Din Enciclopedia revistei "În spatele volanului"
Ideea de a se aplica în motoarele cu turbină cu gaz a apărut mult timp. Dar numai în ultimii ani, designul lor a atins gradul de perfecțiune care le dă dreptul de a exista.
Nivelul înalt de dezvoltare a teoriei motoarelor cu bile, metalurgiei și tehnicilor de producție oferă acum o oportunitate reală de a crea motoare de turbină cu gaze fiabile, care să înlocuiască cu succes motoarele cu piston cu ardere internă.
Ce este un motor cu turbină cu gaz?
În Fig. este prezentată o schemă schematică a unui astfel de motor. Compresorul compresor, amplasat pe același arbore cu o turbină cu gaz, aspiră aerul din atmosferă, îl comprimă și îl pompează în camera de ardere. Pompa de combustibil, de asemenea, acționată de arborele turbinei, pompează combustibilul în injectorul instalat în camera de combustie. Produsele de ardere gazoase sunt trecute prin dispozitivul de ghidare la lamelele de lucru ale roții turbinei cu gaz și îl determină să se rotească într-o anumită direcție. Gazele lucrate în turbină sunt eliberate în atmosferă prin conducta de ramificație. Arborele turbinei cu gaz se rotește în rulmenți.
Comparativ cu motoarele cu ardere internă cu piston, motorul cu turbină cu gaz are avantaje foarte importante. Adevărat, el, de asemenea, nu este încă lipsit de deficiențe, dar acestea sunt eliminate treptat, pe măsură ce se dezvoltă designul.
Caracterizând turbina cu gaz, în primul rând trebuie remarcat faptul că, ca o turbină cu abur, se poate dezvolta viteză mare. Acest lucru face posibilă obținerea unei puteri considerabile de la motoare mult mai mici (în comparație cu pistoanele) și de aproape 10 ori mai ușoare în greutate.
Mișcarea de rotație a arborelui este substanțial singurul tip de mișcare în turbina cu gaz, în timp ce motorul cu ardere internă, în plus față de mișcarea de rotație a arborelui cotit, există un piston și o mișcare complicată a unei tije. Motoarele cu turbină cu gaz nu necesită dispozitive speciale de răcire. Absența frecarea pieselor cu un număr minim de rulmenți furnizează operabilitate lungă și fiabilitate ridicată a motorului cu turbină cu gaz.
Pentru alimentarea motorului cu turbină cu gaz, se utilizează kerosen sau motorină.
Motivul principal care împiedică dezvoltarea motoarelor tip turbină cu gaz auto este necesitatea de a limita în mod artificial temperatura gazelor care intră lamele turbinei. Aceasta reduce eficiența motorului și conduce la creșterea consumului specific de combustibil (la 1 cp). necesară pentru limitarea temperaturii gazului motoarelor tip turbină cu gaz pentru autoturisme și camioane în intervalul 600-700 ° C și în turbinele de aer la 800-900 ° C, deoarece chiar foarte scumpe refratore.
În prezent, există deja unele metode pentru îmbunătățirea eficienței motorului cu turbină cu gaz de răcire lame utilizarea căldurii gazelor de eșapament pentru preîncălzirea aerului care intră în camera de ardere, producția de gaz în generatoarele fără piston de înaltă eficiență care funcționează pe ciclu compresor diesel cu un grad ridicat de compresie și t. e. din succesul o mulțime de muncă în acest domeniu depinde de crearea de soluții extrem de economice la problema motorului cu turbină cu gaz de automobile.
Schema schematică a unui motor cu turbină cu gaz cu două arbori, cu schimbător de căldură
Majoritatea motoarelor existente în turbine cu gaz sunt construite pe așa-numita schemă cu două arbori cu schimbătoare de căldură. Aici, o turbină specială 8 servește pentru a conduce compresorul 1, iar turbina de tracțiune este utilizată pentru a conduce roțile mașinii 7. Arborii turbinelor nu sunt conectați unul la celălalt. Gazele din camera de ardere 2 sunt alimentate mai întâi la lamelele turbinei de acționare a compresorului și apoi la lamele de turbină. Aerul, forțat de compresor, înainte de a intra în camerele de combustie, este încălzit în schimbătoarele de căldură 3 datorită căldurii degajate de gazele de eșapament. Utilizarea schemelor cu două arbori creează o caracteristică avantajoasă de tracțiune a motoarelor cu turbină cu gaz, ceea ce permite reducerea numărului de trepte în cutia de viteze convențională a autovehiculului și îmbunătățirea calităților sale dinamice.
Deoarece arborele de tracțiune al turbinei nu este conectat mecanic la arborele unui compresor cu turbină, numărul de spire acestuia poate varia în funcție de sarcină, fără a exercita o influență semnificativă asupra numărului de rotații ale arborelui compresorului. Ca rezultat, caracteristica cuplului motorului cu turbină cu gaz are forma prezentată în Fig. în cazul în care, pentru comparație, caracteristica motorului cu piston (linia punctată) este, de asemenea, reprezentată grafic.
Din diagrama se poate observa că, în cazul unui motor cu piston, deoarece numărul de rotații care apar sub influența creșterii sarcinii scade, cuplul crește mai întâi într-o anumită măsură și apoi cădea. În același timp, pentru un motor cu turbină cu gaz cu două axe, cuplul crește automat, pe măsură ce crește sarcina. Ca urmare, necesitatea de a comuta cutia de viteze scade sau vine mult mai târziu decât motorul cu piston. Pe de altă parte, accelerația în timpul accelerației pentru un motor cu turbină cu gaz cu două axe va fi semnificativ mai mare.
Caracteristica unui motor cu turbină cu gaz cu un singur arbore diferă de cea prezentată în Fig. și, de regulă, inferior, în ceea ce privește cerințele dinamicii mașinii, la caracteristicile motorului cu piston (cu putere egală).
Schema schematică a unui motor cu turbină cu gaz cu generator de pistoane cu piston liber
O mare perspectivă are un motor cu turbină cu gaz. Acest motor cu turbină cu gaz este produs în așa-numitul generator de liber-piston, care este un doi timpi compresor cu piston diesel și combinate într-un bloc comun. Energia pistoanelor motor diesel transmise direct compresor pistoane. Dat fiind faptul că mișcarea grupurilor piston se realizează exclusiv prin acțiunea presiunii gazului și modul de mișcare depinde numai de fluxul proceselor termodinamice în cilindrii diesel și de compresoare de o astfel de mașină se numește liber-piston. In partea de mijloc este deschisă pe două laturi ale cilindrului 4 având o fantă de purjare cu curgere directă, în care push-pull, fluxul de lucru cu veniturile aprinderii prin compresie. În opus cilindrului pentru a muta două pistoane, una dintre care 9 în timpul cursei de deschidere și în timpul cursei de întoarcere se închide ferestrele de evacuare tăiate în pereții cilindrului. Un alt piston 3, de asemenea, se deschide și se închide porturile purjați. Pistoanele sunt interconectate bare ușor sau mecanism sincronizata pârghie nu este prezentat în diagramă. Când se apropie reciproc, aerul dintre ei se contractează; la atingerea temperaturii punctului mort devine aer comprimat suficient pentru a arde combustibilul, care este injectat printr-o duză 5. Ca rezultat, gazele de ardere sunt formate cu temperatură și presiune ridicată; acestea provoacă pistoanele să se separe părțile laterale, în care pistonul 9 se deschide orificiul de evacuare prin care gazele papură în plenumul de gaze 7. Apoi porturile purjați sunt deschise, prin care cilindrul 4 este alimentat cu aer comprimat, dislocă gazele evacuate din cilindru este amestecat cu ei și, de asemenea, intră în colector de gaze. În timpul în timp ce porturile sunt deschise purjați, aerul comprimat are timp pentru a goli cilindrul din gazele de eșapament și să-l umple, pregătind astfel motorul pentru următoarea cursă de lucru.
Pistoanele 3 și 9 sunt conectate prin intermediul pistoanelor compresoare 2 care se deplasează în cilindrii lor. Cu cursa divergentă a pistoanelor, aerul este aspirat din atmosferă în cilindrii compresorului, în timp ce supapele de admisie cu auto-acționare 10 sunt deschise, iar supapele de evacuare 11 sunt închise. În cursa contorului pistoanelor, supapele de admisie sunt închise, iar supapele de evacuare sunt deschise și prin ele aerul este pompat în receptorul 6 care înconjoară cilindrul diesel. Pistoanele se deplasează unul spre celălalt datorită energiei aerului acumulat în cavitățile tampon 1 în timpul cursei de lucru anterioare. Gazele din colectorul 7 intră în turbina de tracțiune 8, arborele acestuia fiind conectat la transmisie. Următoarea comparație a factorilor de performanță arată că motorul cu turbină gazoasă descris deja în eficiența sa nu este inferior motoarelor cu combustie internă:
Motor diesel 0,26-0,35
Motorul pe benzină 0,22-0,26
Turbină cu gaz cu camere de ardere cu volum constant fără schimbător de căldură 0,12-0,18
Turbină cu gaz cu camere de ardere cu volum constant cu schimbător de căldură 0,15-0,25
Turbină cu gaz cu generator de gaz cu piston liber 0,25-0,35
Astfel, eficiența celor mai bune modele de turbine nu este inferioară eficienței motoarelor diesel. Prin urmare, nu este un accident că numărul de mașini experimentale cu turbină cu gaz de diferite tipuri crește în fiecare an. Toate firmele noi din diferite țări își anunță activitatea în acest domeniu.
Schema unui motor cu turbină cu gaz real
Acest motor cu două camere, fără schimbător de căldură, are o putere efectivă de 370 litri. a. Combustibilul pentru el este kerosen. turația arborelui compresorului atinge 26.000 rot / min, iar viteza de rotație a turbinei de tracțiune la 0 la 13 000 rot / min. Temperatura gazelor care intră lama turbinei este 815 ° C, presiunea aerului la ieșirea compresorului - 3.5 la. Greutatea totală a centralei pentru o masina de curse este de 351 kg, porțiunea letdown cântărește 154 kg, iar partea de tracțiune cu cutia de viteze și transmisia la roțile motoare - 197 kg.
