Турбовальний двигун, авіація, зрозуміла всім
Відцентрова щабель компресора ТВАД.
Сьогодні продовжуємо серію розповідей про типах авіаційних двигунів.
Як відомо, основний вузол будь-якого газотурбінного двигуна (ГТД) - це турбокомпресор. У ньому компресор працює в зв'язці з турбіною. яка його обертає. Функції турбіни цим можуть і обмежитися. Тоді вся залишилася корисна енергія газового потоку, що проходить через двигун, спрацьовується в вихідному пристрої (реактивному соплі). Як казав мій викладач «спускається на вітер» :-). Тим самим створюється реактивна тяга і ВМД стає звичайним турбореактивним двигуном (ТРД).
Але можна зробити і по-іншому. Турбіну адже можна змусити крім компресора обертати і інші потрібні агрегати, використовуючи ту саму залишилася корисну енергію. Це може бути, наприклад, літаковий повітряний гвинт. В цьому випадку ВМД стає вже турбогвинтовим двигуном. в якому 10-15% енергії все ж витрачається «на повітря» :-), тобто створює реактивну тягу.
Принцип роботи турбовальних двигуна.
Але якщо вся корисна енергія в двигуні спрацьовується на валу і через нього передається для приводу агрегатів, то ми вже маємо так званий турбовальний двигун (ТВАД).
Такий двигун найчастіше має вільну турбіну. Тобто вся турбіна як би поділена на дві частини, між собою механічно незв'язані. Зв'язок між ними тільки газодинамическая. Газовий потік, обертаючи першу турбіну, віддає частину своєї потужності для обертання компресора і далі, обертаючи другу, тим самим через вал цієї (другої) турбіни пускає в хід корисні агрегати. Сопла на такому двигуні немає. Тобто вихідний пристрій для відпрацьованих газів звичайно є, але соплом воно не є і тяги не створює. Просто труба ... Найчастіше ще і викривлена :-).
Компонування двигуна Arriel 1E2.
Турбовальний двигун ARRIEL 1E2.
Eurocopter BK 117 c 2-мя турбовальними двигунами Arriel 1E2.
Вихідний вал ТВАД, з якого знімається вся корисна потужність, може бути направлений як назад, через канал вихідного пристрою, так і вперед, або через порожнистий вал турбокомпресора, або через редуктор поза корпусом двигуна.
Компонування двигуна Arrius 2B2.
Турбовальний двигун ARRIUS 2B2.
Eurocopter EC 135 з 2-ма турбовальними двигунами Arrius 2B2.
Треба сказати, що редуктор - неодмінна приналежність турбовальних двигуна. Адже швидкість обертання як ротора турбокомпресора, так і ротора вільної турбіни велика настільки, що це обертання не може бути безпосередньо передано на наведені агрегати. Вони просто не зможуть виконувати свої функції і навіть можуть зруйнуватися. Тому між вільною турбіною і корисним агрегатом обов'язково ставиться редуктор для зниження частоти обертання приводного вала.
Компонування двигуна Makila 1A1.
Турбовальний двигун MAKILA 1A1
Eurocopter AS 332 Super Puma з 2-ма турбовальними двигунами Makila 1A1
Компресор у ТВАД може бути осьовим (якщо двигун потужний) або відцентровим. Часто компресор буває і змішаним по конструкції, тобто в ньому є як осьові, так і відцентрові ступені. В іншому принцип роботи цього двигуна такий же, як і у ТРД. Прикладом різноманітності конструкцій ТВАД можуть служити двигуни відомої французької двигателестроительной фірми TURBOMEKA. Тут я представляю ряд ілюстрацій на цю тему (їх сьогодні взагалі багато якось вийшло :-) ... Ну багато - не мало ... :-)).
Компонування двигуна Arrius 2K1
Турбовальний двигун ARRIUS 2K1.
Вертоліт Agusta A-109S з 2-ма турбовальними двигунами Arrius 2K1.
Основне своє застосування турбовальний двигун знаходить сьогодні звичайно ж в авіації, здебільшого на вертольотах. Його часто і називають вертолітний ВМД. Корисне навантаження в цьому випадку - несучий гвинт вертольота. Відомим прикладом (крім французів :-)) можуть служити широко поширені досі відмінні класичні вертольоти МІ-8 і МІ-24 з двигунами ТВ2-117 і ТВ3-117.
Вертоліт МІ-8Т з 2-ма турбовальними двигунами ТВ2-117.
Турбовальний двигун ТВ2-117.
Вертоліт МІ-24 з 2-ма турбовальними двигунами ТВ3-117.
Турбовальний двигун ТВ3-117 для вертольота МІ-24.
Крім того ТВАД може застосовуватися в якості допоміжної силової установки (ВСУ. Про неї докладніше в наступній статті :-)), а також у вигляді спеціальних пристроїв для запуску двигунів. Такі пристрої являють собою мініатюрний турбовальний двигун. вільна турбіна якого розкручує ротор основного двигуна при його запуску. Називається такий пристрій турбостартер. Як приклад можу навести турбостартер ТС-21. використовуваний на двигуні АЛ-21Ф-3. який встановлюється на літаки СУ-24. зокрема на мій рідний СУ-24МР :-) ...
Двигун АЛ-21Ф-3 з турбостартером ТС-21.
Турбостартер ТС-21, знятий з двигуна.
Фронтовий бомбардувальник СУ-24М з 2-ма двигунами АЛ-21Ф-3.
Однак, говорячи про турбовальних двигунах. не можна не сказати про зовсім Неавіаційні напрямку їх використання. Справа в тому, що адже спочатку газотурбінний двигун не був монополією авіації. Головний його робочий орган, газова турбіна. створювався задовго до появи літаків. І призначався ВМД для цілей більш прозаїчних, ніж польоти в повітряному стихії :-). Саме ця повітряна стихія його все ж завоювала. Однак Неавіаційні приземлене призначення існує і серйозності своєї не втратило, скоріше навпаки.
На землі, так само як і в повітрі ВМД (турбовальний двигун) застосовується на транспорті.
Перше - це перекачування природного газу по великим магістралях через газоперекачувальні станції. ВМД використовуються тут в якості потужних насосів.
Друге - це водний транспорт. Суду, що використовують турбовальние газотурбінні двигуни називають газотурбоходи. Це найчастіше суду на підводних крилах, у яких гребний гвинт надає руху турбовальний двигун механічно через редуктор або електрично через генератор, який він обертає. Або це судна на повітряній подушці, яка створюється за допомогою ВМД.
Газотурбохід "Циклон-М" з 2-ма газотурбінними двигунами до37.
Пасажирських газотурбоходів за українську історію було всього два. Останнє дуже перспективне судно «Циклон-М» з'явилося в дуже незручне для себе час в 1986 році. Успішно пройшовши всі випробування, воно «благополучно» перестало існувати дляУкаіни. Перебудова ... Більш таких судів не будували. Зате у військових в цьому плані справи йдуть трохи краще. Чого вартий один лише десантний корабель «Зубр». найбільше в світі судно на повітряній подушці.
Десантний корабель на повітряній подушці "Зубр" з газотурбінними двигунами.
І, нарешті, четверте. саме, напевно, екзотичне ... Танки. Грізні бойові машини. На сьогоднішній момент досить широко відомі два типу нині використовуються бойових танків з газотурбінними двигунами. Це американський М1 Abrams і український Т-80.
Танк M1A1 Abrams з газотурбінним двигуном AGT-1500.
У всіх вищеописаних випадках застосування ВМД (суть турбовальний двигун), він зазвичай замінює дизельний двигун. Це відбувається тому, що (як я вже описував тут) при однакових розмірах турбовальний двигун значно перевершує дизельний по потужності, має набагато меншу вагу і гучність.
Танк Т-80 з газотурбінним двигуном ГТД-1000Т.
Однак у нього є і великий недостаток.Он має порівняно низьким коефіцієнтом корисної дії, що обумовлює велику витрату палива. Це природно знижує запас ходу будь-якого транспортного засобу (і танка в тому числі :-)). Крім того він чутливий до бруду і сторонніх предметів, всмоктуваним разом з повітрям. Вони можуть пошкодити лопатки компресора. Тому доводиться створювати досить об'ємні системи очищення при використанні такого двигуна.
Ці недоліки досить серйозні. Саме тому турбовальний двигун отримав набагато більше поширення в авіації, ніж в наземному транспорті. Там цей трудяга-движок, нічого не пускаючи «на вітер» :-), змушує підніматися в повітря вертольоти. І вони в рідній для них стихії з безглуздих, на перший погляд, машин перетворюються в дивовижні за красою і можливостям творіння рук людських ... Все-таки авіація - це здорово :-) ...
P.S. Ви тільки подивіться, що вони витворяють!
Всі фотографії і схеми клікабельні.