Войти
Примеры конфигураций газовой турбины: (1) турбореактивный, (2) турбовинтовой, (3) турбовальный (электрогенератор), (4) высокобайпасный турбовентиляторный, (5) малобайпасный дожигание турбовентиляторный двигатель A газовая турбина, также называемая турбиной внутреннего сгорания, является типом двигателя непрерывного действия и двигателя внутреннего сгорания. Основными элементами, общими для всех газотурбинных двигателей, являются:
A четвертый компонент часто используется для повышения эффективности (на турбовальных двигателях и турбовентиляторных двигателях ), для преобразования энергии в механическую или электрическую форму (на турбовальных двигателях и электрогенераторах ), или для достижения большей удельной тяги (на форсажных двигателях ).
Базовая работа газовой турбины - это цикл Брайтона с воздухом в качестве рабочего тела : атмосферный воздух проходит через компрессор, что приводит к более высокому давлению; энергия затем добавляется путем распыления топлива в воздух и его воспламенения, так что при сгорании образуется высокотемпературный поток; этот высокотемпературный сжатый газ поступает в турбину, производя в процессе работу вала, используемую для привода компрессора; неиспользованная энергия выделяется в выхлопных газах, которые могут быть использованы для внешней работы, такой как непосредственное создание тяги в турбореактивном двигателе или вращение второй независимой турбины (известной как силовая турбина), которая может быть подключена к вентилятору, гребному винту или электрическому генератору. Назначение газовой турбины определяет конструкцию, так что достигается наиболее желаемое разделение энергии между тягой и работой вала. Четвертый этап цикла Брайтона (охлаждение рабочего тела) опущен, поскольку газовые турбины - это открытые системы, которые не используют повторно один и тот же воздух.
Газовые турбины используются для питания самолетов, поездов, кораблей, электрических генераторов, насосов, газовых компрессоров и резервуаров.
Эскиз газовой турбины Джона Барбера из его патента В идеальной газовой турбине газы подвергаются четырем термодинамическим процессам: изоэнтропическому сжатию и изобарическое (постоянное давление) горение, изоэнтропическое расширение и отвод тепла. Вместе они составляют цикл Брайтона.
цикл Брайтона В реальной газовой турбине механическая энергия необратимо изменяется (из-за внутреннего трения и турбулентности) на давление и тепловую энергию при сжатии газа (в центробежный или осевой компрессор ). В камеру сгорания добавляется тепло, и удельный объем газа увеличивается, что сопровождается небольшой потерей давления. Во время расширения через каналы статора и ротора в турбине снова происходит необратимое преобразование энергии. Вместо отвода тепла забирается свежий воздух.
Если к двигателю добавлена силовая турбина для привода промышленного генератора или ротора вертолета, выходное давление будет максимально приближено к входному давлению, при этом останется только энергия, достаточная для преодоления потерь давления в выхлопе. воздуховод и удалить выхлоп. Для турбовинтового двигателя будет соблюдаться особый баланс между мощностью гребного винта и реактивной тягой, что обеспечивает наиболее экономичную работу. В турбореактивном двигателе из потока извлекается только давление и энергия, достаточные для приведения в действие компрессора и других компонентов. Оставшиеся газы под высоким давлением ускоряются через сопло, создавая струю для движения самолета.
Чем меньше двигатель, тем выше должна быть скорость вращения вала для достижения необходимой скорости конца лезвия. Скорость конца лопасти определяет максимальные отношения давлений, которые могут быть достигнуты турбиной и компрессором. Это, в свою очередь, ограничивает максимальную мощность и эффективность, которые может получить двигатель. Чтобы остаточная скорость осталась постоянной, если диаметр ротора уменьшается вдвое, скорость вращения должна удвоиться. Например, большие реактивные двигатели работают со скоростью около 10 000-25 000 об / мин, в то время как микротурбины вращаются со скоростью 500 000 об / мин.
С механической точки зрения газовые турбины могут быть значительно менее сложными, чем поршневые двигатели внутреннего сгорания. Простые турбины могут иметь одну главную движущуюся часть, узел компрессор / вал / ротор турбины (см. Изображение выше), с другими движущимися частями в топливной системе. Это, в свою очередь, может сказаться на цене. Например, при стоимости материалов 10 000 ℛℳ Jumo 004 оказался дешевле, чем поршневой двигатель Junkers 213, который стоил 35000 47, и потребовал всего 375 часов работы. выполнение работ с более низкой квалификацией (включая изготовление, сборку и отгрузку) по сравнению с 1400 для BMW 801. Однако это также привело к низкой эффективности и надежности. Более совершенные газовые турбины (например, те, которые используются в современных реактивных двигателях или электростанциях с комбинированным циклом) могут иметь 2 или 3 вала (золотников), сотни лопаток компрессора и турбины, подвижные лопатки статора и обширные внешние трубопроводы. для топливных, масляных и воздушных систем; они используют термостойкие сплавы и изготавливаются с соблюдением жестких требований, требующих точного производства. Все это часто усложняет конструкцию простой газовой турбины, чем поршневой двигатель.
Кроме того, для достижения оптимальной производительности на современных газотурбинных электростанциях газ должен быть подготовлен в соответствии с точными характеристиками топлива. Системы подготовки топливного газа обрабатывают природный газ для достижения точных характеристик топлива перед подачей в турбину с точки зрения давления, температуры, состава газа и соответствующего индекса воббе.
Основным преимуществом газотурбинного двигателя является его отношение мощности к массе. Так как относительно легкий двигатель может производить значительную полезную работу, газовые турбины идеально подходят для движения самолетов.
Упорные подшипники и опорные подшипники являются важной частью конструкции. Это гидродинамические масляные подшипники или подшипники качения с масляным охлаждением. Подшипники из фольги используются в некоторых небольших машинах, таких как микротурбины, а также имеют большой потенциал для использования в небольших газовых турбинах / вспомогательных силовых установках
Серьезная проблема, с которойсталкиваются Конструкция турбины, особенно лопаток турбины, снижает ползучесть, которая вызывается высокими температурами и напряжениями, которые возникают во время работы. Постоянно стремятся к более высоким рабочим температурам, чтобы повысить эффективность, но это происходит за счет более высоких скоростей ползучести. Поэтому было использовано несколько методов в попытке достичь оптимальных характеристик при ограничении ползучести, причем наиболее успешными из них были высокоэффективные покрытия и монокристаллические суперсплавы. Эти технологии работают за счет ограничения деформации, которая возникает с помощью механизмов, которые можно в широком смысле классифицировать как скольжение дислокаций, подъем дислокаций и диффузионный поток.
Защитные покрытия обеспечивают теплоизоляцию лезвия и обеспечивают устойчивость к окислению и коррозии. Термобарьерные покрытия (TBC) часто представляют собой керамику на основе стабилизированной диоксида циркония, а устойчивые к окислению / коррозии покрытия (связующие покрытия) обычно состоят из алюминидов или сплавов MCrAlY (где M обычно представляет собой Fe и / или Cr). Использование TBC ограничивает температурное воздействие на подложку из суперсплава, тем самым уменьшая коэффициент диффузии активных частиц (обычно вакансий) в сплаве и уменьшая ползучесть дислокаций и вакансий. Было обнаружено, что покрытие толщиной 1-200 мкм может снизить температуру лезвия до 200 ° C. Связующие покрытия наносятся непосредственно на поверхность субстрата с использованием цементации набивкой и служат двойной цели: улучшают адгезию ТБП и стойкость субстрата к окислению. Al из связующих покрытий образует Al 2O3на границе раздела TBC-связующее покрытие, что обеспечивает стойкость к окислению, но также приводит к образованию нежелательной зоны взаимной диффузии (ID) между ним и подложкой. Стойкость к окислению перевешивает недостатки, связанные с зоной внутреннего диаметра, поскольку она увеличивает срок службы лопатки и ограничивает потери эффективности, вызванные отложениями на внешней стороне лопаток.
Суперсплавы на основе никеля обладают повышенной прочностью и ползучестью. сопротивление из-за их состава и результирующей микроструктуры . Гамма (γ) ГЦК-никель легирован алюминием и титаном для выделения однородной дисперсии когерентных Ni. 3 (Al, Ti) гамма-первичных (γ ') фаз. Мелкодисперсные выделения γ 'препятствуют движению дислокаций и создают пороговое напряжение, увеличивая напряжение, необходимое для начала ползучести. Кроме того, γ 'представляет собой упорядоченную фазу L1 2, которая затрудняет прохождение дислокаций мимо нее. Дополнительные тугоплавкие элементы, такие как рений и рутений, могут быть добавлены в твердый раствор для улучшения сопротивления ползучести. Добавление этих элементов уменьшает диффузию первичной гамма-фазы, таким образом сохраняя сопротивление усталости , прочность и сопротивление ползучести. Разработка монокристаллических суперсплавов также привела к значительному повышению сопротивления ползучести. Из-за отсутствия границ зерен монокристаллы устраняют ползучесть по методу Coble и, следовательно, деформируются меньшим количеством форм, что снижает скорость ползучести. Хотя монокристаллы имеют более низкую ползучесть при высоких температурах, они имеют значительно более низкие пределы текучести при комнатной температуре, где прочность определяется соотношением Холла-Петча. Следует проявлять осторожность, чтобы оптимизировать параметры конструкции, чтобы ограничить ползучесть при высоких температурах, не снижая при этом предела текучести при низких температурах.
типичный газотурбинный двигатель с осевым потоком, J85, разделенный для отображения. Поток слева направо, многоступенчатый компрессор слева, камеры сгорания в центре, двухступенчатая турбина справа Дыхание воздухом реактивные двигатели - это газовые турбины, оптимизированные для создания тяги выхлопных газов или канальные вентиляторы, подключенные к газовым турбинам. Реактивные двигатели, которые создают тягу за счет прямого импульса выхлопных газов, часто называют турбореактивными двигателями, тогда как те, которые создают тягу с добавлением вытяжного вентилятора, часто называют турбовентиляторными или (редко) вентиляторами. -джеты.
Газовые турбины также используются во многих ракетах на жидком топливе, где газовые турбины используются для питания турбонасоса, что позволяет использовать легкие баки низкого давления, уменьшение пустого веса ракеты.
A турбовинтовые двигатели - это газотурбинный двигатель, приводящий в движение воздушный винт самолета с помощью редуктора. Турбовинтовые двигатели используются на небольших самолетах, таких как авиация общего назначения Cessna 208продемонстрировал свой Концепт-кар Jaguar C-X75. Этот электрический суперкар развивает максимальную скорость 204 миль в час (328 км / ч) и разгоняется от 0 до 100 км / ч за 3,4 секунды. В нем используются литий-ионные батареи для питания четырех электродвигателей, которые в сумме вырабатывают 780 л.с. Он может проехать 68 миль (109 км) на одной зарядке батарей и использует пару газовых турбин Bladon Micro для подзарядки батарей, увеличивая диапазон до 560 миль (900 км).
STP Oil Treatment Special 1967 года на выставке Indianapolis Motor Speedway Зал славы музея, с газовой турбиной Pratt Whitney 
A 1968 Howmet TX, единственный гоночный автомобиль с турбинным двигателем, выигравший гонку Первый гоночный автомобиль (только в концепции), оснащенный турбиной, был создан в 1955 году группой ВВС США в качестве хобби-проекта с турбиной. одолжил их Boeing и гоночный автомобиль, принадлежащий компании Firestone Tire Rubber. Первый гоночный автомобиль, оснащенный турбиной для настоящих гонок, был разработан Rover, и команда BRM Formula One объединила свои усилия для производства Rover-BRM, купе с газотурбинным двигателем, которое участвовало в гонке 1963 24 часа Ле-Мана, за рулем Грэма Хилла и Ричи Гинтера. Он составлял в среднем 107,8 миль в час (173,5 км / ч) и имел максимальную скорость 142 миль в час (229 км / ч). Американец Рэй Хеппенстолл присоединился к Howmet Corporation и McKee Engineering вместе в 1968 году для разработки собственного газотурбинного спортивного автомобиля Howmet TX, который участвовал в нескольких американских и европейских соревнованиях, включая две победы, а также участвовал в гонках <528.>1968 24 часа Ле-Мана. В автомобилях использовались газовые турбины Continental, которые в итоге установили шесть рекордов FIA наземной скорости для автомобилей с турбинным двигателем.
Для гонок на открытых колесах, Революционер 1967 года STP-Paxton Turbocar, представленный легендой гонок и предпринимательства Энди Гранателли и управляемый Парнелли Джонсом, почти выиграл Индианаполис 500 ; Автомобиль с турбинным двигателем Pratt Whitney ST6B-62 был почти на круг впереди автомобиля, занявшего второе место, когда подшипник коробки передач вышел из строя всего за три круга от финишной черты. В следующем году газотурбинный автомобиль STP Lotus 56 выиграл поул-позицию Indianapolis 500, несмотря на то, что новые правила резко ограничили приток воздуха. В 1971 году руководитель Team Lotus Колин Чепмен представил автомобиль Lotus 56B F1, оснащенный газовой турбиной Pratt Whitney STN 6/76.. Чепмен имел репутацию производителя радикальных автомобилей, выигравших чемпионат, но был вынужден отказаться от проекта, потому что было слишком много проблем с турбо-лагом.
прибытие Capstone Turbine привела к разработке нескольких гибридных автобусов, начиная с HEV-1 AVS из Чаттануги, штат Теннесси, в 1999 году, за которым последовали Ebus и ISE Research в Калифорнии, а также DesignLine Corporation в Новой Зеландии (и позже Соединенные Штаты). Турбинные гибриды AVS страдали от проблем с надежностью и контролем качества, что привело к ликвидации AVS в 2003 году. Самая успешная разработка Designline в настоящее время эксплуатируется в 5 городах в 6 странах, более 30 автобусов эксплуатируются по всему миру, а порядка нескольких сотен автобусов эксплуатируют. доставлены в Балтимор и Нью-Йорк.
Brescia Italy использует серийные гибридные автобусы с микротурбинами на маршрутах, проходящих через исторические районы города.
Появился MTT Turbine Superbike в 2000 году (отсюда и обозначение Y2K Superbike от МТТ) и является первым серийным мотоциклом, оснащенным газотурбинным двигателем, а именно турбовальным двигателем Rolls-Royce Allison модели 250, мощностью около 283 кВт (380 л.с.). Прошедший испытания на скорости до 365 км / ч или 227 миль в час (по некоторым данным, команда испытателей выбежала из дороги во время теста), он занесен в Книгу рекордов Гиннеса как самый мощный серийный мотоцикл и самый дорогой серийный мотоцикл с ценой. 185 000 долларов США.
Несколько классов локомотивов приводились в действие газовыми турбинами, последнее воплощение - Bombardier JetTrain.
Морские пехотинцы из 1-й танковый батальон загружает многотопливную турбину Honeywell AGT1500 обратно в танк M1 Abrams в Кэмп-Койоте, Кувейт, февраль 2003 г. Третий Рейх Отдел разработки Вермахта Хира, Heereswaffenamt (Армейский совет по артиллерийскому вооружению) изучил ряд конструкций газотурбинных двигателей для использования в танках, начиная с середины 1944 года. Первый газотурбинный двигатель, предназначенный для использования в силовой установке боевой бронированной машины, BMW 003 на базе GT 101, предназначался для установки на танк Panther.
. Второе применение газовой турбины в боевой бронированной машине произошло в 1954 году, когда С. специально разработал блок PU2979 для танков. A. Parsons and Company был установлен и испытан на британском танке Conqueror. Stridsvagn 103 был разработан в 1950-х годах и был первым серийным основным боевым танком с газотурбинным двигателем, Boeing T50. С тех пор газотурбинные двигатели использовались в качестве вспомогательных силовых установок на некоторых танках и в качестве основных силовых установок в советских / российских Т-80 и американских М1 Абрамс., среди прочего. Они легче и меньше дизельных двигателей при той же постоянной выходной мощности, но модели, установленные на сегодняшний день, имеют меньшую топливную экономичность, чем эквивалентный дизельный двигатель, особенно на холостом ходу, требуя большего количества топлива для достижения той же боевой дальности. В последующих моделях M1 эта проблема была решена с помощью аккумуляторных блоков или вторичных генераторов для питания систем резервуара в неподвижном состоянии, что позволило сэкономить топливо за счет уменьшения потребности в простое основной турбины. На Т-80 можно установить три больших внешних топливных бака для увеличения дальности действия. Россия прекратила производство Т-80 в пользу дизельного Т-90 (на базе Т-72 ), а Украина разработала дизельный Т- 80УД и Т-84 с мощностью, близкой к газотурбинной цистерне. Дизельная силовая установка французского танка Leclerc оснащена гибридной системой наддува "Hyperbar", в которой турбокомпрессор двигателя полностью заменен небольшой газовой турбиной, которая также работает как вспомогательный дизельный турбонагнетатель, что позволяет двигателю не зависеть от частоты вращения контроль уровня наддува и достижение более высокого пикового давления наддува (чем с обычными турбокомпрессорами). Эта система позволяет использовать меньший рабочий объем и более легкий двигатель в качестве силовой установки танка и эффективно устраняет турбо-лаг. Эта специальная газовая турбина / турбонагнетатель также может работать независимо от главного двигателя как обычный ВСУ.
Турбина теоретически более надежна и проста в обслуживании, чем поршневой двигатель, поскольку она имеет более простую конструкцию с меньшим количеством движущихся частей, но на практике детали турбины подвержены более высокому износу из-за их более высоких рабочих скоростей. Лопатки турбины очень чувствительны к пыли и мелкому песку, поэтому при работе в пустыне воздушные фильтры необходимо устанавливать и менять несколько раз в день. Неправильно установленный фильтр, пуля или осколок снаряда, пробивающий фильтр, могут повредить двигатель. Поршневые двигатели (особенно с турбонаддувом) также нуждаются в фильтрах в хорошем состоянии, но они более устойчивы, если фильтр действительно выходит из строя.
Как и большинство современных дизельных двигателей, используемых в цистернах, газовые турбины обычно многотопливные.
Газовая турбина из MGB 2009 Газовые турбины используются на многих военно-морских судах, где они ценятся за их высокую удельная мощность и результирующее ускорение и способность их кораблей двигаться быстро.
Первым военно-морским судном с газотурбинным двигателем был корабль Моторного артиллерийского катера Королевского флота MGB 2009 (ранее MGB 509), переоборудованный в 1947 году. Метрополитен-Виккерс оснастил свой реактивный двигатель F2 / 3 силовой турбиной. Steam Gun Boat Grey Goose был переоборудован в газовые турбины Rolls-Royce в 1952 году и эксплуатировался в таком качестве с 1953 года. Fast Patrol Boats Bold Pioneer и Bold Pathfinder, построенные в 1953 году, были первыми. корабли, созданные специально для газотурбинных двигателей.
Первыми крупномасштабными кораблями с частично газотурбинными двигателями были фрегаты Тип 81 (класс Tribal) Королевского флота с парогазовые установки электростанции. Первый, HMS Ashanti был введен в строй в 1961 году.
ВМС Германии спустили на воду первый Köln-class фрегат в 1961 году с двумя газовыми турбинами Brown, Boveri Cie в первой в мире комбинированной дизельной и газовой двигательной установке.
Датский флот имел 6 торпедных катеров класса Søløven (экспортная версия британского быстрого патрульного катера класса Brave ) на вооружении с 1965 по 1990 год, которые имели 3 Bristol Proteus (позже RR Proteus) Морские газовые турбины мощностью 9510 кВт (12750 л.с.) вместе, плюс два дизельных двигателя General Mot ors мощностью 340 кВт (460 л.с.) для лучшая экономия топлива на низких скоростях. И они также произвели 10 торпедных / управляемых ракетных катеров класса Willemoes (на вооружении с 1974 по 2000 гг.) С 3 газовыми турбинами Rolls Royce Marine Proteus также мощностью 9510 кВт (12750 л.с.), такими же, как у Søløven- и 2 дизельных двигателя General Motors мощностью 600 кВт (800 л.с.), также для повышения экономии топлива на малых скоростях.
ВМС Швеции выпустили 6 торпедных катеров класса Spica в период с 1966 по 1967 год с 3 турбинами Bristol Siddeley Proteus 1282 мощностью 3210 кВт (4300 л.с.) каждая. Позже к ним присоединились 12 модернизированных кораблей класса Norrköping с теми же двигателями. После замены кормовых торпедных аппаратов на противокорабельные ракеты они служили ракетными катерами до тех пор, пока последний не был списан в 2005 году.
Финский флот ввел в эксплуатацию два типа «Турунмаа» корветы, Турунмаа и Карьяла, в 1968 году. Они были оснащены одной газовой турбиной Rolls-Royce Olympus TM1 мощностью 16 410 кВт (22 000 л.с.) и тремя судовыми дизелями Wärtsilä для более медленных двигателей. скорости. Это были самые быстрые корабли в финском флоте; они регулярно развивали скорость 35 узлов и 37,3 узла во время ходовых испытаний. Турунмаас был выведен из эксплуатации в 2002 году. Сегодня «Карьяла» является кораблем-музеем в Турку, а Турунмаа служит плавучим механическим цехом и учебным судном для Политехнического колледжа Сатакунта.
Следующей серией крупных военно-морских судов стали четыре канадских вертолета-эсминца класса «Ирокез», впервые введенные в строй в 1972 году. Они использовали 2 ГТД и 2 маршевых двигателя футов-12. и 3 генератора Solar Saturn 750 кВт.
Газовая турбина LM2500 на USS Ford Первым американским судном с газотурбинным двигателем был U.S. Корабль береговой охраны Point Thatcher, введенный в эксплуатацию в 1961 году, приводился в движение двумя турбинами мощностью 750 кВт (1000 л.с.), в которых использовались гребные винты регулируемого шага. Более крупные резцы класса High Endurance были первым классом резцов большего размера, в которых использовались газовые турбины, первая из которых (USCGC Hamilton ) была введена в эксплуатацию в 1967. С тех пор они приводят в действие США. ВМС фрегаты типа Oliver Hazard Perry, Spruance и эсминцы типа Arleigh Burke и Ticonderoga-class ракетные крейсеры. USS Makin Island, модифицированный десантный корабль Wasp- класса , должен стать первым десантным кораблем ВМФ с газовыми турбинами. Судовая газовая турбина работает в более агрессивной атмосфере из-за наличия морской соли в воздухе и топливе и использования более дешевых видов топлива.
Вплоть до конца 1940-х годов значительный прогресс в области судовых газовых турбин во всем мире происходил в конструкторских бюро и мастерских двигателестроителей, а разработки велись британцами Королевский флот и другие флоты. В то время как интерес к газовой турбине для морских целей, как военно-морских, так и коммерческих, продолжал расти, отсутствие результатов опыта эксплуатации на ранних проектах газовых турбин ограничивало количество запускаемых новых проектов на морских коммерческих судах. В 1951 году дизель-электрический нефтеналивной танкер Auris дедвейтом 12 290 (DWT) был использован для получения опыта эксплуатации с главной силовой газовой турбиной в условиях эксплуатации на море и стал первым океанским торговым судном. для работы от газовой турбины. Построен Хоторн Лесли в Хебберн-он-Тайн, Великобритания, в соответствии с планами и спецификациями, разработанными Англо-Саксонской нефтяной компанией и спущен на воду Корабль принцессе Елизавете исполнился 21 день рождения в 1947 году. Планировка машинного отделения предусматривала экспериментальное использование тяжелого топлива в одном из его высокоскоростных двигателей, а также его замену в будущем. одного из его дизельных двигателей с помощью газовой турбины. В течение трех с половиной лет Auris эксплуатировался в коммерческих целях в качестве танкера с дизель-электрической силовой установкой в первоначальном состоянии, но в 1951 году один из четырех дизельных двигателей мощностью 824 кВт (1105 л.с.), которые были известны как «Faith»., "Надежда", "Благотворительность" и "Благоразумие" - был заменен первым в мире судовым газотурбинным двигателем, газовым турбогенератором открытого цикла мощностью 890 кВт (1200 л.с.), построенным British Thompson-Houston Company в Регби. После успешных ходовых испытаний у побережья Нортумбрии в октябре 1951 года «Аурис» отправился из Хебберн-он-Тайн в Порт-Артур в США, а затем в Кюрасао на юге Карибского моря, возвращаясь в Эйвонмаут после 44 дней в море, успешно завершив свой исторический трансатлантический переход. В это время в море газовая турбина сжигала дизельное топливо и работала без непроизвольной остановки или каких-либо механических затруднений. Впоследствии она посетила Суонси, Халл, Роттердам, Осло и Саутгемптон, пройдя в общей сложности 13 211 морских миль. Затем на Auris были заменены все свои силовые установки на газовую турбину с прямым подключением мощностью 3910 кВт (5250 л.с.), чтобы стать первым гражданским судном, работающим исключительно на газовой турбине.
Несмотря на успех этого раннего экспериментального рейса, газовая турбина не заменила дизельный двигатель в качестве силовой установки для больших торговых судов. На постоянной крейсерской скорости дизельный двигатель просто не имел себе равных в жизненно важной области экономии топлива. Газовая турбина действительно имела больший успех на кораблях Королевского флота и других военно-морских флотах мира, где от боевых кораблей требуется резкое и быстрое изменение скорости.
Морская комиссия США искали варианты обновления Второй мировой войны корабли Liberty, и тяжелые газовые турбины были одним из выбранных. В 1956 году John Sergeant был удлинен и оснащен газовой турбиной высокого давления General Electric 4,900 кВт (6,600 л.с.) с регенерацией выхлопных газов, редуктором и гребным винтом с регулируемым шагом. Он проработал 9 700 часов на остаточном топливе (Бункер C ) в течение 7000 часов. Топливная эффективность была на уровне паровой тяги на уровне 0,318 кг / кВт (0,523 фунта / л.с.) в час, а выходная мощность оказалась выше ожидаемой на уровне 5603 кВт (7514 л.с.) из-за того, что температура окружающей среды на трассе Северного моря была ниже, чем расчетная температура газовой турбины. Это дало кораблю возможность развивать скорость в 18 узлов, по сравнению с 11 узлами с исходной силовой установкой, и значительно превышала запланированные 15 узлов. Судно совершило свой первый трансатлантический переход со средней скоростью 16,8 узла, несмотря на непогоду на пути. Подходящее топливо для бункера C было доступно только в ограниченных портах, потому что качество топлива имело критический характер. Мазут также необходимо было обрабатывать на борту, чтобы уменьшить количество загрязняющих веществ, и это был трудоемкий процесс, который в то время не подходил для автоматизации. В конце концов, винт с изменяемым шагом, который был новой и непроверенной конструкции, закончил испытания, поскольку три последовательные ежегодные проверки выявили растрескивание под напряжением. Однако это не отразилось плохо на концепции судовой газовой турбины, и испытания в целом прошли успешно. Успех этого испытания открыл путь для дальнейших разработок GE в области использования газовых турбин высокого давления для использования в морских условиях с тяжелым топливом. John Sergeant был списан в 1972 году в Портсмуте, штат Пенсильвания.
Boeing Jetfoil 929-100-007 Urzela из TurboJET Boeing выпустила свой первый пассажирский водометный двигатель на подводных крыльях Boeing 929, в апреле 1974 года. Эти корабли были оснащены двумя газовыми турбинами Allison 501 -KF.
В период с 1971 по 1981 год Seatrain Lines эксплуатировались по расписанию контейнерные перевозки между портами на восточном побережье США и портами на северо-западе Европы через Северную Атлантику с четырьмя контейнеровозами дедвейтом 26 000 тонн. Эти корабли оснащались парными газовыми турбинами Pratt Whitney серии FT 4. Четыре корабля этого класса были названы Euroliner, Eurofreighter, Asialiner и Asiafreighter. После резкого повышения цен Организации стран-экспортеров нефти (ОПЕК) в середине 1970-х годов, операции были ограничены ростом цен на топливо. Некоторые модификации систем двигателей на этих кораблях были предприняты, чтобы разрешить сжигание топлива более низкого качества (т.е. судовое дизельное топливо ). Снижение затрат на топливо было успешным при использовании другого непроверенного топлива в судовой газовой турбине, но затраты на техническое обслуживание увеличились с заменой топлива. После 1981 года суда были проданы и переоборудованы, что в то время было более экономичными двигателями, работающими на дизельном топливе, но увеличенный размер двигателя уменьшил грузовое пространство.
Первым пассажирским паромом, в котором использовалась газовая турбина, был GTS Finnjet, построенный в 1977 году и оснащенный двумя турбинами Pratt Whitney FT 4C-1 DLF, вырабатывающими 55 000 кВт (74 000 л.с.) и разгоняющими судно до скорости 31 узел. Однако Finnjet также проиллюстрировал недостатки газотурбинной двигательной установки на коммерческих судах, поскольку высокие цены на топливо сделали его эксплуатацию невыгодной. После четырех лет эксплуатации насудне были установлены дополнительные дизельные двигатели для снижения эксплуатационных расходов в межсезонье. Finnjet был также первым кораблем с комбинированной дизель-электрической и газовой двигательной установкой . Другой пример коммерческого использования газовых турбин на пассажирском судне - быстроходные паромы Stena Line HSS класса. Суда Stena Explorer, Stena Voyager и Stena Discovery класса HSS 1500 используют комбинированные газовые и газовые установки из двух GE LM2500 плюс GE LM1600 мощностью 68 000 кВт (91 000 л.с.). Немного меньший размер Stena Carisma класса HSS 900 использует две турбины ABB - STAL GT35 мощностью 34 000 кВт (46 000 л.с.) брутто. Stena Discovery был выведен из эксплуатации в 2007 году, став еще одной жертвой слишком высоких затрат на топливо.
В июле 2000 года Millennium стал первым круизным лайнером, на котором газовые турбины, в комбинированной дизельной и газовой конфигурации. Лайнер RMS Queen Mary 2 использует комбинированную конфигурацию дизеля и газа.
В морских гонках катамаран C5000 Mystic Miss GEICO 2010 года использует две турбины Lycoming T-55 для своей энергосистемы.
Технология газовых турбин неуклонно развивалась с момента своего создания и продолжает развиваться. Девелопмент активно производит как газовые турбины меньшего размера, так и более мощные и эффективные двигатели. Этим достижениям способствуют компьютерное проектирование (в частности, вычислительная гидродинамика и анализ методом конечных элементов ) и разработка современных материалов: базовые материалы с превосходной жаропрочностью (например, монокристаллические суперсплавы, которые демонстрируют аномалию предела текучести ), или термобарьерные покрытия, которые защищают конструкционный материал от все более высоких температур. Эти достижения обеспечивают более высокие степени сжатия и температуры на входе в турбину, более эффективное сгорание и лучшее охлаждение деталей двигателя.
Вычислительная гидродинамика (CFD) внесла свой вклад в существенное улучшение характеристик и эффективности компонентов газотурбинного двигателя за счет более глубокого понимания сложных явлений вязкого течения и теплопередачи. По этой причине CFD является одним из ключевых вычислительных инструментов, используемых при проектировании и разработке газотурбинных двигателей.
Эффективность простого цикла первых газовых турбин была практически удвоена за счет включения промежуточного охлаждения, регенерации (или рекуперации) и повторного нагрева. Эти улучшения, конечно, происходят за счет увеличения начальных и эксплуатационных затрат, и они не могут быть оправданы, если снижение затрат на топливо не компенсирует увеличение других затрат. Относительно низкие цены на топливо, общее стремление отрасли свести к минимуму затраты на установку и колоссальное увеличение КПД простого цикла примерно до 40 процентов не оставляют желать лучшего выбора этих модификаций.
Что касается выбросов., задача заключается в повышении температуры на входе в турбину при одновременном снижении пиковой температуры пламени для достижения более низких выбросов NOx и соответствия последним нормам по выбросам. В мае 2011 года Mitsubishi Heavy Industries достигла температуры на входе турбины 1600 ° C для газовой турбины мощностью 320 мегаватт и 460 МВт для газовой турбины с комбинированным циклом для выработки электроэнергии, в которой валовой тепловой КПД превышает 60%.
Соответствующие фольговые подшипники были коммерчески внедрены в газовые турбины в 1990-х годах. Они могут выдерживать более сотни тысяч циклов пуска / останова и устраняют необходимость в масляной системе. Применение микроэлектроники и технологии переключения позволило разработать коммерчески жизнеспособное производство электроэнергии с помощью микротурбин для распределения и приведения в движение транспортных средств.
Преимущества и недостатки газотурбинных двигателей:
Британские, немецкие, другие национальные и международные коды st используются для стандартизации процедур и определений, используемых для испытаний газовых турбин. Выбор используемого кода испытаний является соглашением между покупателем и производителем и имеет определенное значение для конструкции турбины и связанных систем. В Соединенных Штатах ASME разработала несколько кодов испытаний на производительность газовых турбин. Сюда входит ASME PTC 22-2014. Эти коды испытаний производительности ASME получили международное признание и принятие для испытаний газовых турбин. Единственная наиболее важная и отличительная характеристика кодов испытаний производительности ASME, включая PTC 22, заключается в том, что неопределенность измерения указывает на качество теста и не должна использоваться в качестве коммерческого допуска.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с Газовые турбины. |
