Газотурбинный двигатель т 80 принцип работы: На что способен танк Т-80

Газотурбинные танки в запас не уходят, они идут в Арктику — Российская газета

Сенсацией проходящего сейчас в рамках Международных военных игр танкового биатлона стало то, что его открыли газотурбинные Т-80УЕ-1. К тому же их экипажи были женскими.

К сожалению, организаторы соревнований танкисток фактически засекретили. Им запретили общаться с журналистами и даже с коллегами по биатлону — танкистами других команд. Если о необычных танковых экипажах подробно рассказать пока не получается, то о тех машинах, которыми управляли женщины, рассказать стоит. Тем более что танки с газотурбинными двигателями известны гораздо меньше, чем с дизельными.

Зачем вообще возникла необходимость ставить авиационный двигатель, приспособленный для чистого воздуха, на машину, которая работает в пыли и грязи? Тем более у нас были дизельные моторы для танков — одни из лучших в мире.

По одной из версий, в конце 1960-х руководством Минобороны СССР была поставлена задача создать танк прорыва. Одно из условий — многотопливность. Идеально для этого подходил газотурбинный двигатель. Он мог работать на всем, что горит. Танки, получившие название Т-80, были разработаны в КБ Кировского завода под руководством конструктора Николая Сергеевича Попова. Там же и выпускались. Позже к производству этих машин подключили завод «Трансмаш» в Омске.

На вооружение Советской армии Т-80, оснащенные газотурбинным двигателем ГТД-1000Т, поступили в 1976 году. Их максимально засекретили и сразу стали отправлять в танковые части советских войск, расквартированные в Восточной Европе. В случае начала большой войны армады этих машин должны были рвануть на запад по европейским автобанам. Танк легко развивал на шоссе скорость 80 км/час. А запасы топлива мог пополнять на любой АЗС, которых в Европе, как известно, много. Причем заливать в баки можно было все — и дизтопливо, и бензин, и керосин.

Эксперты НАТО не сомневались, что Т-80 дойдут до Ла-Манша за два-три дня, остановить их мог только ядерный удар.

После развала Варшавского Договора тысячи газотурбинных танков отправили на базы хранения куда-то за Урал. В Российской армии осталась одна дивизия — Кантемировская и несколько полков, имевших на своем вооружении Т-80. В эпоху безденежья 1990-х годов выпуск этих машин прекратили и всерьез задумались о снятии их с вооружения вообще, с последующей переплавкой. Действительно, Т-80 гораздо дороже в производстве и эксплуатации, чем дизельный Т-72. Ну и зачем нашей армии танки с принципиально разными двигателями? Проще и дешевле оставить один тип — дизельный.

По какому-то высшему провидению окончательное решение не приняли. И когда наша страна озаботилась защитой арктических территорий, выяснилось, что газотурбинный танк подходит для этих целей, как никакой другой. И хотя его боевые характеристики действительно схожи с дизельным аналогом, Т-80 — танк иного уровня, чем Т-72 или Т-90.

Например, «восьмидесятка» может идти по глубокому снежному насту, не проваливаясь. В отличие от дизелей газовая турбина позволяет трогаться с места очень плавно, без рывков и столь же плавно идти дальше. Наст уплотняется, но не рвется, и танк не зарывается в сугробы. Немаловажно и то, что газовая турбина, в отличие от дизеля, легко запускается при самом сильном морозе.

На прошлогоднем форуме «АРМИЯ-2018» было объявлено о начале масштабной и глубокой модернизации Т-80У. Стало ясно, что эти танки остаются в строю.

В открытой печати говорилось о том, какие качества приобретут обновленные машины.

Система управления огнем — и так одна из лучших в мире, станет еще более совершенной. Она будет включать лазерный дальномер, датчики ветра, скорости движения танка и цели, крена, температуры заряда и окружающей среды, танковый баллистический вычислитель. В совокупности с уникальной ходовой частью и высокой плавностью хода новая система управления позволит вести эффективный огонь на пересеченной местности при скорости до 35 км/час и любом положении башни. На такой скорости в движении прицельно стрелять не может ни один танк в мире.

На танке устанавливается оригинальная система кондиционирования и обогрева. Она обеспечивает индивидуальную подводку прохладного или теплого воздуха каждому члену экипажа.

Модернизированный Т-80 будет оснащен многотопливным газотурбинным двигателем мощностью 1250 л.с. Проработан двигатель мощностью 1400 л.с. Отечественный газотурбинный танковый двигатель — вообще наша национальная гордость. Аналогичный двигатель танка «Абрамс» даже близко с ним ставить нельзя. Наш прекрасно работает не только в условиях северов, но и в пустынях. Он оборудован оригинальнейшим устройством, которое через определенные промежутки времени встряхивает работающий мотор, и вся налипающая на лопатках турбин грязь, песок и пыль отрываются и улетают в выхлоп.

Для Т-80 давно создана гидрообъемная передача. И если ее удастся внедрить в процессе модернизации, то количество органов управления сведется к минимуму — штурвал, педаль газа и педаль тормоза.

Уникальная особенность Т-80 — способность прыгать с места на 7 метров. И были случаи, когда в ходе еще первой чеченской войны Т-80, управляемые хорошо подготовленными экипажами, в таком прыжке уходили от уже выпущенной из РПГ-7 ракеты.

На одной из первых выставок IDEX, проходящих в Абу-Даби, Т-80У прыгнул с трамплина на дальность 14 метров. Это стало так и не превзойденным мировым рекордом. Т-80У получил имя «летающего» и долгие годы был неофициальным символом выставок IDEX. Американский «Абрамс» попытался повторить прыжок, но плюхнулся сразу за трамплином, да так, что у него лопнули трубопроводы, на песок потекло масло — танк еле уполз с показательной арены.

По совокупности боевых и эксплуатационных характеристик обновленная «восьмидесятка» может стать лучшим танком в мире. И надежным стражем наших северных земель. От своих дизельных собратьев он будет отличаться так же, как реактивный самолет от поршневых.

Кстати, эту особенность танкисты, получившие первые Т-80, почему-то не учли.

Для газотурбинных машин экипажи изначально надо было готовить абсолютно по-новому, а их учили по методичкам для дизельных танков. Возникало много проблем, в том числе по непомерному расходу топлива. Танкисты привыкли — если дизель запустишь, больше его не выключай, а то в критический момент не заведешь. Газовая турбина запускается сразу и в любой мороз. Но их первоначально гоняли как и дизели, поэтому тонны керосина буквально вылетали в трубу. Осознание пришло позже.

Сейчас при хорошо подготовленном экипаже Т-80У потребляет топлива не намного больше, чем Т-72, а динамические качества танков — не сопоставимы.

В Омске на заводе Транспортного машиностроения, где когда-то производили Т-80У, а сейчас занимаются их модернизацией, еще в конце 1990-х в инициативном порядке сделали два опытных танка, назвав их «Барс» и «Черный орел». Танку, предназначенному для службы в северных снегах, очень бы подошло позабытое сейчас имя «Барс».

На пути к Т-80: танковые газотурбинные двигатели

В пятидесятых годах прошлого века широкое распространение получили газотурбинные двигатели (ГТД) различных классов. Турбореактивные моторы разгоняли авиацию до сверхзвуковых скоростей, а по воде и железным дорогам двигались локомотивы и корабли с первыми моделями газотурбинных двигателей. Предпринимались попытки оснастить такими моторами и грузовики, однако эти эксперименты оказались неудачными. Подобные силовые установки, при всех своих плюсах – экономичности на номинальном режиме работы, компактности и возможности применять различные типы топлива – не были лишены недостатков. Прежде всего, это слишком большой расход топлива при разгоне или торможении, что в итоге и определило нишу, в которой ГТД нашли свое применение. Одним из итогов различных экспериментов с такой силовой установкой стал советский танк Т-80. Но достижение всемирной известности было далеко не простым делом. От начала работ по созданию танкового ГТД до начала его серийного производства прошло почти два десятка лет.
Первые проекты

Идея сделать танк с газотурбинной силовой установкой появилась еще тогда, когда никто и не думал о проекте Т-80. Еще в 1948 году конструкторское бюро турбинного производства Ленинградского Кировского завода начало работу над проектом танкового ГТД мощностью в 700 лошадиных сил. К сожалению, проект был закрыт за бесперспективностью. Дело в том, что 700-сильный двигатель, по расчетам, потреблял чрезвычайно много топлива. Расход признали слишком большим для практического использования. Чуть позже неоднократно предпринимались попытки сконструировать другие двигатели подобного класса, но они тоже не дали никакого результата.

Во второй половине пятидесятых годов ленинградские конструкторы создали еще один двигатель, который дошел до стадии сборки прототипа. Получившийся ГТД-1 не оснащался теплообменником и выдавал мощность до тысячи лошадиных сил при расходе топлива в 350-355 г/л.с. ч. Вскоре на основе этого двигателя сделали две модификации: ГТД1-Гв6 со стационарным теплообменником и ГТД1-Гв7 с вращающимся. К сожалению, несмотря на некоторый прогресс, все три модели ГТД имели расход топлива выше расчетного. Улучшить этот параметр не представлялось возможным, поэтому проекты закрыли.

В целом, все ранние проекты ГТД для сухопутной, в том числе и гусеничной, техники не отличались особыми успехами. Все они не смогли добраться до серийного производства. В то же время, в ходе разработки и испытаний новых моторов удалось найти немало новых оригинальных технических решений, а также собрать нужную информацию. К этому времени сформировались две основные тенденции: попытки приспособить авиационный двигатель для использования на танке и сделать специальный ГТД.

В начале шестидесятых годов произошло несколько событий, которые позитивно сказались на всем направлении. Сначала Научно-исследовательский институт двигателей (НИИД) предложил несколько вариантов моторно-трансмиссионного отделения для танка Т-55. Предлагались два варианта газотурбинного двигателя, отличавшиеся друг от друга мощностью и потреблением топлива. В апреле 1961 года вышло соответствующее распоряжение руководства страны, согласно которому НИИД должен был продолжить работы по начатым проектам, а на Челябинском тракторном заводе создавалось специальное конструкторское бюро, занятое исключительно тематикой ГТД.

Челябинские двигатели

Новое бюро получило индекс ОКБ-6 и объединило усилия с Институтом двигателей. Результатом проектирования стал проект ГТД-700. При мощности до 700 л.с. этот двигатель потреблял 280 г/л.с.ч, что приближалось к требуемым значениям. Столь высокие для своего времени характеристики были обусловлены рядом оригинальных решений. Прежде всего необходимо отметить конструкцию теплообменника, каналы которого были оптимизированы в плане сечения и скорости течения газов. Кроме того, на работе двигателя благотворно сказался новый одноступенчатый воздухоочиститель циклонного типа, задерживавший до 97% пыли. В 1965 году начались испытания двух первых образцов ГТД-700. Работа двигателей на стенде показала все преимущества примененных решений, а также позволила вовремя определить и исправить имеющиеся проблемы. Вскоре собрали еще три двигателя ГТД-700, один из которых позже был установлен на опытный танк «Объект 775Т». В марте 1968 года прошел первый запуск газотурбинного двигателя на танке и через несколько дней начались ходовые испытания. До апреля следующего года экспериментальный танк прошел около 900 километров при наработке двигателя порядка 100 часов.

Несмотря на имеющиеся успехи, в 1969 году испытания двигателя ГТД-700 завершились. В это время прекратились работы над ракетным танком «Объект 775» и, как следствие, его газотурбинной модификацией. Однако развитие двигателя не остановилось. По результатам испытаний сотрудники НИИД провели несколько исследований и пришли к позитивным выводам. Как оказалось, конструкция ГТД-700 позволяла довести мощность до уровня порядка 1000 л.с., а расход топлива снизить до 210-220 г/л.с.ч. Перспективная модификация двигателя получила обозначение ГТД-700М. Ее расчетные характеристики выглядели многообещающе, что привело к дальнейшим разработкам. ВНИИТрансмаш (переименованный ВНИИ-100) и конструкторское бюро ЛКЗ предприняли попытку установить ГТД-700М на танки «Объект 432» и «Объект 287». Однако никаких практических результатов добиться не удалось. Моторно-трансмиссионное отделение первого танка оказалось недостаточно большим для размещения всех агрегатов силовой установки, а второй проект вскоре был закрыт за бесперспективностью. На этом история двигателя ГТД-700 закончилась.

ГТД-3 для «Объекта 432»

Одновременно с НИИД и челябинскими конструкторами над своими проектами ГТД работали в омском ОКБ-29 (сейчас Омское моторостроительное конструкторское бюро) и ленинградском ОКБ-117 (завод им. В.Я. Климова). Стоит отметить, основным направлением работы этих предприятий была адаптация авиационных двигателей к танковым «нуждам». Этим фактом обусловлен целый ряд особенностей получившихся двигателей. Одним из первых переработке подвергся вертолетный турбовальный двигатель ГТД-3, разработанный в Омске. После адаптации для использования на танке он получил новый индекс ГТД-3Т и немного потерял в мощности, с 750 до 700 л.с. Расход топлива в танковом варианте составлял 330-350 г/л.с.ч. Такое потребление горючего было слишком велико для практического использования двигателя, но ГТД-3Т все же был установлен на ходовой макет, базой для которого послужил танк Т-54. Позже подобный эксперимент провели с танком Т-55 (проект ВНИИ-100) и с «Объектом 166ТМ» (проект Уралвагонзавода). Примечательно, что после испытаний своего опытного образца тагильские конструкторы пришли к выводу о нецелесообразности продолжения работ по газотурбинной тематике и вернулись к созданию танков с дизельными двигателями.

В 1965 году ОКБ-29 и ВНИИ-100 получили задание доработать двигатель ГТД-3Т для использования на танке «Объект 432», который вскоре был принят на вооружение под обозначением Т-64. В ходе такой доработки двигатель получил новое обозначение ГТД-3ТЛ и ряд изменений в конструкции. Изменились конструкция компрессора и корпуса турбины, появилась система перепуска газов после компрессора, созданы два новых редуктора (один в составе моторного агрегата, другой располагался на корпусе танка), а также переделана выхлопная труба. Имея сравнительно небольшие габариты, двигатель ГТД-3ТЛ хорошо вписался в моторно-трансмиссионное отделение «Объекта 432», а в свободных объемах уместились дополнительные баки на 200 литров топлива. Стоит отметить, в МТО танка пришлось ставить не только новый двигатель, но и новую трансмиссию, приспособленную для работы с газотурбинным двигателем. Крутящий момент двигателя передавался на главный редуктор и распределялся на две бортовые планетарные коробки передач. В конструкции новой трансмиссии широко использовались детали исходной системы «Объекта 432». Ввиду специфических требований двигателя к подаче воздуха пришлось заново спроектировать оборудование для подводного вождения, имеющее в своем составе воздухопитающие и выхлопные трубы большего диаметра.

В ходе проектирования двигателя ГТД-3ТЛ, с целью проверки некоторых идей, на танке Т-55 установили мотор ГТД-3Т. Танк с газотурбинным двигателем сравнили с аналогичной бронемашиной, оборудованной стандартным дизелем В-55. В результате этих испытаний подтвердились все предварительные расчеты. Так, средняя скорость опытного танка оказалась немного выше скорости серийного, но за это преимущество пришлось платить в 2,5-2,7 раза более высоким расходом топлива. При этом к моменту сравнительных испытаний не были достигнуты требуемые характеристики. Вместо необходимых 700 л.с. ГТД-3ТЛ выдавал лишь 600-610 и сжигал порядка 340 г/л.с.ч вместо требовавшихся 300. Повышенный расход топлива привел к серьезному уменьшению запаса хода. Наконец, ресурс в 200 часов не дотягивал даже до половины от заданных 500. Выявленные недостатки были учтены и вскоре появился полноценный проект ГТД-3ТЛ. К концу 1965 года ОКБ-29 и ВНИИ-100 совместными усилиями завершили разработку нового двигателя. За основу для него был взят не танковый ГТД-3Т, а авиационный ГТД-3Ф. Новый двигатель развивал мощность до 800 л.с. и потреблял не более 300 г/л.с.ч. В 1965-66 годах изготовили два новых двигателя и проверили их на танке «Объект 003», представлявшем собой доработанный «Объект 432».

Одновременно с испытаниями танка «Объект 003» шла разработка «Объекта 004» и силовой установки для него. Предполагалось использовать двигатель ГТД-3ТП, имевший большую мощность в сравнении с ГТД-3ТЛ. Кроме того, мотор с индексом «ТП» должен был размещаться не поперек корпуса танка, а вдоль, что повлекло за собой перекомпоновку некоторых агрегатов. Основные пути развития остались прежними, но их нюансы подверглись определенным коррективам, связанным с выявленными проблемами газотурбинных двигателей. Пришлось серьезно доработать систему забора и фильтрации воздуха, а также отвода выхлопных газов. Еще один серьезный вопрос касался эффективного охлаждения двигателя. Создание новой трансмиссии, повышение характеристик и доведение моторесурса до требуемых 500 часов также остались актуальными. При проектировании двигателя и трансмиссии для танка «Объект 004» старались скомпоновать все агрегаты таким образом, чтобы они могли уместиться в МТО с минимальными его доработками.

Наибольшим изменениям подверглась крыша моторно-трансмиссионного отделения и кормовой лист бронекорпуса. Крышу сделали из сравнительно тонкого и легкого листа с окнами, на которых разместили жалюзи воздухозаборного устройства. В корме появились отверстия для выброса газов двигателя и воздуха из системы охлаждения. Для повышения живучести эти отверстия прикрыли бронированным колпаком. Двигатели и некоторые агрегаты трансмиссии укрепили на заново разработанной раме, которая монтировалась на бронекорпусе без доработок последнего. Сам двигатель установили продольно, с небольшим сдвигом от оси танка влево. Рядом с ним разместились топливный и масляный насосы, 24 прямоточных циклона системы воздухоочистки, компрессор, стартер-генератор и т.п.

Двигатель ГТД-3ТП мог выдавать мощность до 950 л.с. при расходе топлива в 260-270 г/л.с.ч. Характерной чертой этого двигателя стала его схема. В отличие от предыдущих моторов семейства ГТД-3 он был сделан по двухвальной системе. С двигателем была сопряжена четырехскоростная трансмиссия, разработанная с учетом характерных для газотурбинного двигателя нагрузок. Согласно расчетам, трансмиссия могла работать в течение всего срока службы двигателя – до 500 часов. Бортовые коробки передач имели тот же размер, что и на исходном «Объекте 432» и помещались на исходных местах. Приводы управления агрегатами двигателя и трансмиссии в большинстве своем располагались на старых местах.

Насколько известно, «Объект 004» так и остался на чертежах. В ходе его разработки удалось решить несколько важных вопросов, а также определить планы на будущее. Несмотря на уменьшение заметности танка с ГТД в инфракрасном спектре, улучшившееся качество очистки воздуха, создание специальной трансмиссии и т.п., расход топлива оставался на недопустимом уровне.

ГТД из Ленинграда

Еще одним проектом, начавшимся в 1961 году, были ленинградские исследования перспектив турбовального двигателя ГТД-350. Ленинградские Кировский завод и Завод им. Климова совместными усилиями начали изучать поставленный перед ними вопрос. В качестве стенда самых для первых исследований применялся серийный трактор К-700. На него установили двигатель ГТД-350, для работы с которым пришлось немного доработать трансмиссию. Вскоре начался еще один эксперимент. На этот раз «платформой» для газотурбинного двигателя стал бронетранспортер БТР-50П. Подробности этих испытаний не стали достоянием общественности, но известно, что по их результатам двигатель ГТД-350 признали пригодным для использования на сухопутной технике.

На его базе создали два варианта двигателя ГТД-350Т, с теплообменником и без. Без теплообменника газотурбинный двигатель двухвальной системы со свободной турбиной развивал мощность до 400 л.с. и имел расход топлива на уровне 350 г/л.с.ч. Вариант с теплообменником был ощутимо экономичнее – не более 300 г/л.с.ч., хотя и проигрывал в максимальной мощности порядка 5-10 л.с. На основе двух вариантов двигателя ГТД-350Т были сделаны силовые агрегаты для танка. При этом, ввиду сравнительно малой мощности, рассматривались варианты с применением как одного двигателя, так и двух. В результате сравнений наиболее перспективным был признан агрегат с двумя двигателями ГТД-350Т, располагавшимися вдоль корпуса танка. В 1963 году началась сборка опытного образца такой силовой установки. Его установили на шасси экспериментального ракетного танка «Объект 287». Получившуюся машину назвали «Объектом 288».

В 1966-67 годах этот танк прошел заводские испытания, где подтвердил и скорректировал расчетные характеристики. Однако главным результатом поездок по полигону стало понимание того, что перспективы спаренной системы двигателей сомнительны. Силовая установка с двумя двигателями и оригинальным редуктором получилась сложнее в производстве и эксплуатации, а также дороже, чем один ГТД эквивалентной мощности с обычной трансмиссией. Предпринимались некоторые попытки развить двухдвигательную схему, но в итоге конструкторы ЛКЗ и Завода им. Климова остановили работы в этом направлении.

Стоит отметить, проекты ГТД-350Т и «Объект 288» были закрыты только в 1968 году. До этого времени, по настоянию заказчика в лице Минобороны, состоялись сравнительные испытания сразу нескольких танков. В них участвовали дизельные Т-64 и «Объект 287», а также газотурбинные «Объект 288» и «Объект 003». Испытания были суровыми и проходили на разных местностях и в разных погодных условиях. В результате выяснилось, что при имеющихся преимуществах в части габаритов или максимальной мощности существующие газотурбинные двигатели менее пригодны для практического применения, чем освоенные в производстве дизели.

Незадолго до прекращения работ по тематике спаренных двигателей конструкторы ЛКЗ и Завода им. Климова сделали два эскизных проекта, подразумевавших установку на танк «Объект 432» спаренной установки с перспективными двигателями ГТД-Т мощностью по 450 л.с. Рассматривались различные варианты размещения двигателей, но в итоге оба проекта не получили продолжения. Спаренные силовые установки оказались неудобными для практического применения и более не использовались.

Двигатель для Т-64А

Принятый на вооружение в шестидесятых годах танк Т-64А при всех своих преимуществах не был лишен недостатков. Высокая степень новизны и несколько оригинальных идей стали причиной технических и эксплуатационных проблем. Немало нареканий вызвал двигатель 5ТДФ. В частности, и из-за них было решено всерьез заняться перспективным ГТД для этого танка. В 1967 году появилось соответствующее постановление руководства страны. К этому времени уже имелся определенный опыт в сфере оснащения танка «Объект 432» газотурбинной силовой установкой, поэтому конструкторам не пришлось начинать с нуля. Весной 1968-го года на ленинградском Заводе им. Климова развернулись проектные работы по двигателю ГТД-1000Т.

Главным вопросом, стоявшим перед конструкторами, было снижение расхода топлива. Остальные нюансы проекта уже были отработаны и не нуждались в столь большом внимании. Улучшать экономичность предложили несколькими путями: повысить температуру газов, улучшить охлаждение элементов конструкции, модернизировать теплообменник, а также повысить КПД всех механизмов. Кроме того, при создании ГТД-1000Т применили оригинальный подход: координацией действий нескольких предприятий, занятых в проекте, должна была заниматься сводная группа из 20 их сотрудников, представлявших каждую организацию.

Благодаря такому подходу достаточно быстро удалось определиться с конкретным обликом перспективного двигателя. Таким образом, в планы входило создание трехвального ГТД с двухкаскадным турбокомпрессором, кольцевой камерой сгорания и охлаждаемым сопловым аппаратом. Силовая турбина – одноступенчатая с регулируемым сопловым аппаратом перед ней. В конструкцию двигателя ГТД-1000Т сразу ввели встроенный понижающий редуктор, который мог преобразовывать вращение силовой турбины со скоростью порядка 25-26 тыс. оборотов в минуту в 3-3,2 тыс. Выходной вал редуктора разместили таким образом, что он мог передавать крутящий момент на бортовые коробки передач «Объекта 432» без лишних деталей трансмиссии.

По предложению сотрудников ВНИИТрансмаш, для очистки поступающего воздуха применили блок прямоточных циклонов. Выведение выделенной из воздуха пыли было обязанностью дополнительных центробежных вентиляторов, которые, кроме того, обдували масляные радиаторы. Использование такой простой и эффективной системы очистки воздуха привело к отказу от теплообменника. В случае его использования для достижения требуемых характеристик требовалось очищать воздух почти на все 100%, что было, как минимум, очень сложно. Двигатель ГТД-1000Т без теплообменника мог работать даже если в воздухе оставалось до 3% пыли.

Отдельно стоит отметить компоновку двигателя. На корпусе собственно газотурбинного агрегата установили циклоны, радиаторы, насосы, маслобак, компрессор, генератор и прочие части силовой установки. Получившийся моноблок имел габариты, пригодные для установки в моторно-трансмиссионное отделение танка Т-64А. Кроме того, в сравнении с оригинальной силовой установкой, двигатель ГТД-1000Т оставлял внутри бронированного корпуса объем, достаточный для размещения баков на 200 литров топлива.

Весной 1969 года началась сборка опытных экземпляров Т-64А с газотурбинной силовой установкой. Интересно, что в создании прототипов участвовали сразу несколько предприятий: Ленинградский Кировский и Ижорский заводы, Завод им. Климова, а также Харьковский завод транспортного машиностроения. Чуть позже руководство оборонной промышленности решило построить опытную партию из 20 танков Т-64А с газотурбинной силовой установкой и распределить их по различным испытаниям. 7-8 танков предназначались для заводских, 2-3 для полигонных, а оставшиеся машины должны были пройти войсковые испытания в разных условиях.

За несколько месяцев испытаний в условиях полигонов и испытательных баз было собрано нужное количество информации. Двигатели ГТД-1000Т показали все свои преимущества, а также доказали пригодность для использования на практике. Однако выяснилась другая проблема. При мощности в 1000 л.с. двигатель не слишком удачно взаимодействовал с имеющейся ходовой частью. Ее ресурс заметно снижался. Более того, к моменту окончания испытаний почти все двадцать опытных танков нуждались в ремонте ходовой или трансмиссии.

На финишной прямой

Самым очевидным решением проблемы выглядела доработка ходовой части танка Т-64А для использования вместе с ГТД-1000Т. Однако такой процесс мог занять слишком много времени и с инициативой выступили конструкторы ЛКЗ. По их мнению, нужно было не модернизировать имеющуюся технику, а создавать новую, изначально рассчитанную под большие нагрузки. Так появился проект «Объект 219».

Как известно, за несколько лет разработки этот проект успел претерпеть массу изменений. Корректировались почти все элементы конструкции. Точно так же доработкам подвергся и двигатель ГТД-1000Т и сопряженные с ним системы. Пожалуй, самым главным вопросом в это время было повышение степени очистки воздуха. В результате массы исследований выбрали воздухоочиститель с 28 циклонами, оснащенными вентиляторами с особой формой лопасти. Для уменьшения износа некоторые детали циклонов покрыли полиуретаном. Изменение воздухоочистительной системы сократило поступление пыли в двигатель примерно на один процент.

Еще во время испытаний в Средней Азии проявилась другая проблема газотурбинного двигателя. В тамошних грунтах и песках было повышенное содержание кремнезема. Такая пыль, попав в двигатель, спекалась на его агрегатах в виде стекловидной корки. Она мешала нормальному течению газов в тракте двигателя, а также увеличивала его износ. Эту проблему пытались решить при помощи специальных химических покрытий, впрыска в двигатель особого раствора, создания вокруг деталей воздушной прослойки и даже применения неких материалов, постепенно разрушавшихся и уносивших с собой пригоревшую пыль. Однако ни один из предложенных методов не помог. В 1973 году эту проблему решили. Группа специалистов Завода им. Климова предложила установить на наиболее подверженную загрязнению часть двигателя – сопловой аппарат – специальный пневмовибратор. При необходимости или через определенный промежуток времени в этот агрегат подавался воздух от компрессора и сопловой аппарат начинал вибрировать с частотой в 400 Гц. Налипшие частички пыли буквально стряхивались и выдувались выхлопными газами. Чуть позже вибратор заменили восемью пневмоударниками более простой конструкции.

В результате всех доработок наконец удалось довести ресурс двигателя ГТД-1000Т до требуемых 500 часов. Расход топлива танков «Объект 219» был примерно в 1,5-1,8 раза больше, чем у бронемашин с дизельными двигателями. Соответствующим образом сократился и запас хода. Тем не менее, по совокупности технических и боевых характеристик танк «Объект 219сп2» признали пригодным для принятия на вооружение. В 1976 году вышло постановление Совмина, в котором танк получил обозначение Т-80. В дальнейшем эта бронемашина претерпела ряд изменений, на ее базе было создано несколько модификаций, в том числе и с новыми двигателями. Но это уже совсем другая история.

По материалам сайтов:
журнал ««Техника и вооружение: вчера, сегодня, завтра…»»
http://armor.kiev.ua/
http://army-guide.com/
http://t80leningrad.narod.ru/

«летающий танк» снова в строю

Фото: Министерство обороны РФ

В июле Ростех передал Министерству обороны очередную партию танков Т-80БВМ производства «Омсктрансмаша». Это самая современная модификация советского и российского танка Т-80, принятого на вооружение 45 лет назад. За его умение совершать невероятные прыжки с трамплина «восьмидесятый» называли летающим танком. В годы холодной войны советские подразделения в Восточной Европе, оснащенные Т-80, держали в напряжении руководство НАТО. Мощные газотурбинные двигатели позволяли этим танкам совершать молниеносные броски по европейским автобанам. Рассказываем об истории создания Т-80 и особенностях модернизированной версии.
 

Газотурбинный двигатель до Ла-Манша доведет

1993 год, ОАЭ, международная выставка-продажа оружия IDEX в Абу-Даби. Американский танк «Абрамс», герой операции «Буря в пустыне», уступает в дуэли своему российскому «коллеге» − танку Т-80У. Победив в дальности выстрела, «восьмидесятый» не унимается и совершает впечатляющий прыжок с трамплина на расстояние 14 метров, который «Абрамс» даже не пытается повторить. Так был поставлен на место лучший, по версии создателей, танк в мире, а за советско-российским Т-80 закрепилась слава «летающего танка». 

Основной танк Т-80, которому в июле этого года исполнилось 45 лет, стал во многом необычной машиной. Считается, что своим появлением он обязан теории танкового прорыва времен холодной войны. Философия Т-80 – стремительная атака и скоростное передвижение по автотрассам. В случае начала военных действий советские танковые части, расположенные в Восточной Европе, могли за короткое время совершить бросок в любую часть континента. На шоссе Т-80 был способен развивать рекордную для танков скорость до 80 км/ч. 

Для обеспечения таких скоростных показателей «восьмидесятый» оснащался газотурбинным двигателем ГТД-1000Т, созданным на основе авиационных наработок на заводе им. В.Я. Климова (сегодня «ОДК-Климов»). Еще одним преимуществом такой силовой установки перед традиционным для танков дизелем стала повышенная приспособленность Т-80 к низким температурам. Если дизельному мотору для запуска в сильный минус требовалось длительное (около получаса) прогревание, то ГТД готов к атаке и обороне менее чем через минуту после запуска. 

Эта способность оперативно включаться в работу на морозе и уберегла проект Т-80 от забвения в 1990-е годы. Из-за своей сравнительной дороговизны и высокого расхода топлива Т-80 не стал столь массовым, как другие основные советские танки, но все же только на «Омсктрансмаше» к этому времени было выпущено более 5 тыс. единиц. С развалом Советского Союза и Варшавского блока содержать такое количество недешевых и прожорливых машин стало нецелесообразно. «Восьмидесятые» в основной своей массе были отправлены в глубокий тыл на сохранение. 

Когда в 2000-е годы активизировалась программа освоения Арктики, морозостойкий танк оказался как нельзя кстати. Была объявлена масштабная программа модернизации, результатом которой стало появление новейшей модели Т-80БВМ. Именно эти танки производства Омского завода транспортного машиностроения (входит в концерн УВЗ) сегодня поставляются военным.
 

Т-80БВМ: машины арктической закалки 

Т-80БВМ − это глубокая модернизация танка Т-80БВ, поступившего на вооружение в 1985 году. Долгосрочный контракт на капитальный ремонт с глубокой модернизацией танков Т-80БВ между Уралвагонзаводом и Минобороны РФ был заключен в 2017 году на Международном военно-техническом форуме «Армия-2017». 

На новой версии «восьмидесятого» устанавливается доработанный газотурбинный двигатель ГТД-1250 мощностью 1250 л.с., более мощный и более экономный, чем его предшественники. Для защиты от средств поражения противника Т-80БВМ оснащается комплексом модульной динамической защиты «Реликт» и противокумулятивными решетчатыми экранами. Такая защита способна обезопасить танк даже от попадания современных снарядов тандемного типа. На машине используется стабилизатор вооружения и прибор наблюдения механика-водителя ТВН-5, а также новый многоканальный прицел наводчика «Сосна-У», включающий в себя визирный, тепловизионный, дальномерный каналы и канал управления ракетой. Боевая масса танка – 46 тонн. 

Благодаря модернизации повысились основные боевые качества танка: его огневая мощь, защищенность, подвижность и командная управляемость. При этом Т-80БВМ сохранил способность хорошо работать на самом лютом морозе, что дает ему широкие перспективы в освоении Арктики. Танк по-прежнему может заводиться при температуре -40 ℃, разгоняться по прямой до 80 км/ч, делать эффектные полицейские развороты и рекордные прыжки. Обновленные Т-80БВМ уже несколько лет поступают в армию, укрепляя боевой потенциал танковых подразделений северных, дальневосточных и других территорий страны. 

«Реактивные танки» возвращаются: для чего Россия будет модернизировать Т-80

Динамическая защита, новый прицельный комплекс и автомат сопровождения целей, а также боеприпасы повышенного могущества, но, самое главное, топливная экономичность. Минобороны и Научно-производственная корпорация «Уралвагонзавод» окончательно определились с обликом модернизации уникального для российской армии «реактивного танка» Т-80. Долгосрочный контракт был подписан в рамках выставки-форума «Армия-2017», и уже в ближайшее время в цехах «Омсктрансмаша» начнется работа по модернизации самых быстрых и маневренных танковых болидов советской и российской армии.

По данным специализированного издания MilitaryBalance, в настоящее время на складах российской армии находится три тысячи танков Т-80БВ. Еще 200 танков Т-80У стоит на вооружении танковых полков 4-й гвардейской танковой Кантемировской дивизии. Впервые вернуть в строй танки Т-80 планировали еще в начале нулевых годов. В  рамках той программы военные хотели восстановить все имеющиеся Т-80. Для танка была отработана система единого боевого отделения, новая пушка, для которой были разработаны специальный боеприпас повышенного могущества, система динамической защиты и ряд других улучшений. Но работа так и не началась.

Т-80 уникален, прежде всего, своей силовой установкой. Вместо привычного дизеля у него газотурбинная установка, близкая по конструкции к вертолетному двигателю. Т-80 стал первым в мире серийным танком с такой компоновкой. Звук работающего Т-80 не спутать ни с одним другим танком. Он напоминает взлетающий самолет. Впрочем, в движении этот рев быстро сходит на нет, превращаясь в свист ветра. За это в войсках Т-80 называют «реактивным танком».

Газотурбинный двигатель (ГТД), установленный на Т-80, превосходит дизельный по многим параметрам: запускается в любой мороз, вплоть до минус 40 градусов, за три минуты. Для дизеля норматив – 30 мин. Его надо сначала «подогреть». Это обусловлено тем, что в ГТД нет жидкостной системы охлаждения. Ему не нужны ни вода, ни антифриз, ни тосол, ни само устройство подачи охлаждающей жидкости. Во-вторых, у ГТД лучшая приемистость, чем у дизеля. А это дает огромный выигрыш в скорости и маневрировании на поле боя. Танк способен разогнаться до 70 км/ч. В-третьих, танк с ГТД легче ремонтируется: для замены силового блока с ГТД требуется не более четырех часов, для замены же дизеля – в два-три раза больше времени.

Правда, ремонт ГТД требует его полного демонтажа и отправки на завод-изготовитель. В полевых условиях из-за сложности конструкции починить его практически невозможно. Этот момент – один из недостатков газотурбинной установки. Второй и самый главный – ее прожорливость. По сравнению с дизельными танками расход топлива у Т-80 достигает в наиболее тяжелых условиях восьми литров на километр. Для сравнения: у танков Т-72 и Т-90 этот показатель составляет два-четыре литра. Собственно, этот момент и поставил в свое время вопрос о целесообразности эксплуатации Т-80 в войсках. По сравнению с обычными машинами он оказался слишком дорог. Тем более что исчезла и главная цель его существования.

В конце 70-х  годов прошлого века, когда он создавался, Т-80 рассматривали как машину первого удара. Группировка Т-80 была развернута в основном в Западной группе советских войск в Германии. В угрожаемый период они буквально за несколько дней должны были сокрушить оборону НАТО в Европе и мощным клином выйти к берегам Ла-Манша. При этом Т-80 был абсолютно автономен. Силовая установка танка всеядна. То есть заправить машину в ходе броска к Ла-Маншу советские танкисты могли на любой бензоколонке, аэродроме или железнодорожной станции.

Как говорят в Минобороны, сегодня у ГТД больше достоинств, чем недостатков. Вызвано это тем, что в последние время, пока Т-80 стоял на базах хранения, конструкторы из санкт-петербургского АО «Специальное конструкторское бюро транспортного машиностроения» (входит в состав корпорации «Уралвагонзавод») занимались повышением его эффективности. Главное из нововведений – это система синхронного включения генератора и стартера запуска двигателя. Именно этот момент делает Т-80 более экономичным, приближая расход топлива на нем к показателям дизельных Т-72Б3 и Т-90.

На обновленном танке будет стоять современная система управления огнем «Сосна-У» с тепловизором, лазерным дальномером и автоматом сопровождения цели. От вражеских снарядов и ракет Т-80 защитят блоки современной динамической защиты. Благодаря этому «реактивный танк» вновь займет достойное место в танковых бригадах и армиях как средство первого удара. Правда, новым местом службы для него станет не западная граница, а Крайний Север. Бывший начальник Главного автобронетанкового управления Минобороны Сергей Маев говорит, что после модернизации Т-80 военные получат не только современнейший танк, но и машину, приспособленную для  работы в условиях низких температур. То есть способную действовать в составе мотострелковых соединений арктических бригад российской армии.

Танк Т-80

Машина принята на вооружение в 1976 году и стала первым в мире серийным танком с основной силовой установкой на базе газотурбинного двигателя. Разработки танковых ГТД в СССР начались в 1955-1958 годах. Тогда были изготовлены и испытаны два опытных газотурбинных двигателя мощностью 1000 л. с. В дальнейшем работы по танковым ГТД проводились в Омске Отдельным КБ №29 (1961-1965 гг.), ОКБ Челябинского тракторного завода и с 1968 года Научно-производственным объединением им. Климова.Коллектив последнего создал газотурбинный двигатель, получивший наименование ГТД-1000Т. В конструкции боевой машины частично использованы отработанные элементы танка Т-64А: пушка, боеприпасы, автомат заряжания, отдельные узлы системы управления огнем и броневой защиты.

Новый двигатель, увеличившаяся масса танка и изменившиеся динамические характеристики явились причинами разработки новой ходовой части: гусениц с обрезиненными беговыми дорожками, гидроамортизаторов и торсионных валов с улучшенными характеристиками, опорных и поддерживающих катков, ведущих и направляющих колес новой конструкции.

Таким образом, по отдельным элементам конструкции Т-80 был унифицирован с ранее выпущенными танками Т-64А и Т-72, однако в целом это новая машина с повышенным уровнем боевых и технических характеристик. Рассмотрим подробнее модификацию танка Т-80БВ, который был принят на вооружение в 1985 году. Танк имеет классическую схему общей компоновки с экипажем из трех человек. Механик-водитель размещен в центре отделения управления. Улучшение обзорности с его места достигнуто установкой трех смотровых приборов вместо одного, как на танках Т-64 и Т-72. Предусмотрен обогрев рабочего места механика-водителя за счет отбора воздуха от компрессора ГТД.

Боевое отделение по компоновке подобно боевому отделению танка Т-64Б. Кроме 28 выстрелов в механизированной боеукладке, в пределах боевого отделения находятся три выстрела (7 снарядов и заряды к ним размещены в отделении управления). В моторно-трансмиссионном отделении продольно расположен моторный моноблок, что потребовало некоторого увеличения длины корпуса по сравнению с Т-64А. Газотурбинный двигатель выполнен в блоке со встроенным понижающим коническо-цилиндрическим редуктором, кинематически связан с двумя бортовыми планетарными коробками передач. В состав моноблока входят собственно ГТД, воздухоочиститель, масляные баки и радиаторы двигателя и трансмиссии, топливные фильтры и приводные агрегаты: топливоподкачивающий насос, компрессор, вентиляторы системы охлаждения и пылеудаления, генератор, стартер и масляный насос трансмиссии.

Моноблок массой 1050 кг крепится в корпусе на трех опорах. В МТО размещено четыре топливных бака емкостью 385 литров, общий запас топлива в забронированном объеме составляет 1140 литров. Основным вооружением танка является танковая 125-мм гладкоствольная пушка-пусковая установка. Боекомплект состоит из 38 выстрелов раздельно-гильзового заряжания, 28 из которых размещены во вращающемся транспортере автомата заряжания такого же типа, как на танке Т-64БВ. Система управления огнем 1АЗЗ включает прицел-дальномер 1Г42 с электроблоком, танковый баллистический вычислитель 1В517, блок разрешения выстрела 1Г43, стабилизатор вооружения 2Э26М, комплект датчиков, преобразователь напряжения с регулятором частоты и напряжения.

С пушкой спарен пулемет ПКТ калибра 7,62-мм. Для стрельбы по воздушным целям имеется зенитный пулемет НСВТ калибра 12,7-мм, установленный на основании люка командира танка. Броневая защита лобовой части корпуса и башни представляет собой многослойные комбинированные преграды, остальное бронирование корпуса и башни монолитная стальная броня, с большим дифференцированием толщин и углов наклона, дополнительная защищенность от кумулятивных снарядов достигнута установкой комплекта навесной динамической защиты. Защита от оружия массового поражения обеспечивается прочностью и жесткостью корпуса и башни, применением подбоя и надбоя, системой герметизации и подачи очищенного воздуха в обитаемые отделения.

Для постановки дымовых завес используются ТДА и дымовые гранатометы. Корпус танка сварной, верхняя лобовая деталь имеет угол наклона 68° от вертикали. Башня литая, борта корпуса защищены резинотканевыми противокумулятивными экранами. Танк оснащен оборудованием для самоокапывания и для навешивания минного трала. На Т-80БВ установлен газотурбинный двигатель ГТД -1000ТФ, выполненный по трехвальной схеме, с двумя независимыми турбокомпрессорами и свободной силовой турбиной. Сопловой аппарат турбины регулируемый, что обеспечивает торможение танка двигателем, ограничивает частоту вращения турбины и предотвращает ее разнос при переключении передач. Мощность двигателя — 1100 л. с. Он приспособлен для работы на реактивных топливах ТС-1, ТС-2, дизельных топливах и автомобильных низкооктановых бензинах.

Процесс пуска двигателя автоматизирован, раскрутка роторов компрессоров осуществляется двумя электромашинами. Двигатель выполнен в одном блоке с понижающим редуктором, который обеспечивает связь с бортовыми коробками передач. Общая емкость топливной системы составляет 1840 литров. Трансмиссия танка механическая, планетарная. Она состоит из двух агрегатов, каждый из которых включает бортовую коробку передач, бортовой редуктор и гидросервоприводы системы управления движением. В состав трансмиссии входит также масляная система, обеспечивающая смазку агрегатов и работу гидросервоприводов. Три планетарных ряда и пять фрикционных устройств управления в каждой БКП обеспечивают четыре передачи вперед и одну назад. Гусеничный движитель состоит из гусениц с обрезиненной беговой дорожкой и резинометаллическими шарнирами, опорных катков с резиновыми шинами и поддерживающих катков с наружной амортизацией, цельнометаллических направляющих колес и ведущих колес, механизмов натяжения червячного типа.

На танке применена индивидуальная, торсионная подвеска с несоосным расположением торсионных валов, с гидравлическими телескопическими амортизаторами на первых, вторых и шестых узлах подвески. Танк оснащен оборудованием для подводного вождения, обеспечивающим преодоление водных преград глубиной до пяти метров без ограничения ширины. Характерна воздухопитающая труба увеличенного диаметра. Модернизация танка Т-80 привела к появлению основного танка Т-80У. Эта машина представляет собой дальнейшее развитие танка Т-80Б. Усовершенствования коснулись всех основных боевых и эксплуатационных свойств. Прежде всего, значительно повышена живучесть танка за счет изменения конструкции броневых преград, включения встроенной динамической защиты, некоторого увеличения массы материала, отпущенного на бронирование. Улучшены возможности ведения как дальнего, так и ближнего огневого боя благодаря использованию нового комплекса управляемого вооружения, повышению характеристик оружия и системы управления огнем.

Показатели подвижности возросли вследствие применения более мощного ГТД (1250 л. с.), совершенствования трансмиссии и приводов управления движением. Танк принят на вооружение в 1985 году. С 1987 года в Харькове было освоено производство модификации с дизельным двигателем, получившей индекс Т-80УД. Использование двухтактного дизельного двигателя привело к конструктивным изменениям в трансмиссии и приводах управления движением. Имеются и другие конструктивные отличия, например в установке зенитного пулемета. Основные же характеристики остались без изменений. С целью улучшения противоминной стойкости танка сиденье механика-водителя крепится не к днищу, а подвешивается к крыше (подбашенному листу). Слева за сиденьем установлен пиллерс, повышающий жесткость конструкции. В боевом отделении, в отличие от танка Т-80БВ, дополнительно размещено семь выстрелов (немеханизированная боеукладка). Несколько изменилось взаимное расположение приборов вследствие введения дублированного управления огнем и использования тепловизора.

Топливные баки размещены в отделении управления, в боевом отделении и в МТО. Емкость внутренних топливных баков составляет 1090 литров. Еще 680 литров топлива помещается в пяти наружных баках. Можно устанавливать на танк три дополнительные бочки по 200 литров каждая. Таким образом, возимый запас топлива достигает 2370 литров. Для питания потребителей электроэнергией и подзарядки АКБ при неработающем основном двигателе, подачи электроэнергии совместно с АКБ при запуске и прокрутке основного двигателя, на танке имеется газотурбинный энергоагрегат с генератором мощностью 18 кВт он размещен в корме машины в бункере на левой надгусеничной полке. Пульт управления энергоагрегатом находится в отделении управления. Основным вооружением является 125-мм модернизированная гладкоствольная пушка-пусковая установка 2А46М-1. Прицел-дальномер/прибор наведения имеет независимую стабилизацию поля зрения в двух плоскостях и панкратическую систему увеличения от 3,6 до 12 крат. Он обеспечивает наведение и стабилизацию информационного лазерного луча, измерение и индикацию дальности до целей и выработку сигналов управления приводами пушки и башни.

Для выверки нулевой линии прицеливания без выхода экипажа из танка имеется устройство встроенного контроля, состоящее из целика на дульной части ствола, длиннофокусного объектива и призмы между защитным стеклом и головкой прицел-дальномера. Боекомплект к пушке состоит из 45 выстрелов раздельно-гильзового заряжания. В его состав входит выстрел с управляемой ракетой 9М119, имеющей кумулятивную боевую часть. Основная часть боекомплекта размещается во вращающемся транспортере механизма заряжания (28 выстрелов). Другие артиллерийские выстрелы находятся в немеханизированных укладках в корпусе и башне (7 снарядов и зарядов в отделении управления, остальные — в боевом отделении). Комплекс управления огнем обеспечивает поиск целей и слежение за ними командиром и наводчиком, автоматический ввод поправок на отклонение условий стрельбы от нормальных, наведение и стабилизацию пушки и спаренного с ней пулемета, пуск и автоматическое наведение ракеты, целеуказание от командира. Функционально он объединяет комплекс управления пушкой и спаренным пулеметом; комплекс управляемого оружия. Стабилизатор вооружения включает усовершенствованный малогабаритный электрогидравлический привод вертикального наведения пушки и электромашинный привод башни.

Ночной прицельный комплекс наводчика включает тепловизионный прицел, которым может пользоваться и командир танка с помощью своего видеосмотрового устройства, и параллелограммный привод с устройством ввода поправок в положение осветителя. Прицельно-наблюдательный комплекс командира ПНК-4С обеспечивает наблюдение за полем боя, приоритетное дублированное управление пушкой и спаренным пулеметом, стрельбу из пушки днем и ночью артиллерийскими снарядами, целеуказание. Комбинированный дневной/ночной прицел ТКН-4С командира имеет независимую стабилизацию поля зрения в вертикальной плоскости. В состав прицела входят два дневных оптических канала (1-кратного и 7,5-кратного увеличения) и пассивно-активный ночной канал. В качестве вспомогательного оружия танк имеет спаренный с пушкой пулемет ПКТ калибра 7,62-мм и зенитный пулемет НСВТ калибра 12,7-мм. Комплекс управляемого вооружения 9К119 состоит из аппаратуры, установленной в танке и выстрела с управляемой ракетой. Для наведения ракеты используется полуавтоматическая система дистанционного управления по лучу лазера. Дальность стрельбы ракетой — до 5000 метров. Корпус имеет сварную конструкцию с большими углами наклона носовых деталей.

Верхний лобовой лист — комбинированный, с углом наклона 68° от вертикали. Башня литая, в лобовом секторе имеет комбинированную броневую защиту. Динамическая защита выполнена во встроенном варианте и обеспечивает прирост защищенности как от кумулятивных, так и от кинетических снарядов Защита экипажа от поражающих факторов ОМП обеспечивается системой коллективной защиты, аналогичной системе танка Т-80БВ. В комплект машины входят индивидуальные противорадиационные жилеты. Танк оснащен быстродействующей системой ППО ЗЭЦ13 «Иней». На танке установлен 1250-сильный газотурбинный двигатель ГТД-1250, выполненный по трехвальной схеме, с двумя независимыми компрессорами и свободной силовой турбиной. Основным топливом считается дизельное. Кроме того, разрешается использовать низкооктановые бензины, реактивные топлива. Трансмиссия имеет, по сравнению с танком Т-80БВ, некоторые отличия, обусловленные повышенной мощностью двигателя и использованием гидротормоза. Ходовая часть такая же, как у танка Т-80БВ.

Тактико-технические характеристики основного боевого танка Т-80У 

Боевая масса, т	46
Экипаж, чел	3
Габаритные размеры, мм:
длина с пушкой вперед	9530
ширина	3460
высота	2202
клиренс	451
Броня, мм
	комбинированная, со встроенной динамической защитой
Вооружение:
	125-мм гладкоствольная пушка-пусковая установка 2А46М-1; 7,62-мм пулемет ПКТ; 12,7-мм пулемет НСВТ; 8 дымовых гранатометов
Боекомплект:
	45 выстрелов, 2000 патронов калибра 7,62-мм, 500 патронов калибра 12,7-мм
Двигатель	ГТД-1250, многотопливный , газотурбинный, трехзальный, мощность 1250 л. с.
Удельное давление на грунт, кг/см	0,85
Скорость по шоссе, км/ч	70
Запас хода по шоссе, км	400
Преодолеваемые препятствия:
высота стенки, м	0,90
ширина рва, м	2,80
глубина брода, м	1,40 (c подготовкой 5 м)

Основные модификации танка Т-80

• Т-80 (1976 г.) — базовый образец.
• Т-80Б (1978 г.) — установлена модернизированная пушка, усовершенствованная СУО, введен КУВ, улучшены характеристики защиты. С 1980 года устанавливается двигатель ГТД-1000ТФ мощностью 1100 л. с.
• Т-80БВ (1985 г.) — установлена навесная динамическая защита.
• Т-80У (1985 г.) — установлена модернизированная пушка, новая СУО с дублированием от командира, введен новый комплекс управляемого оружия с наведением ракеты по лазерному лучу, газотурбинный двигатель ГТД-1000ТФ мощностью 1100 л. с. (или ГТД-1250 мощностью 1250 л. с.), улучшены характеристики защиты. С 1992 года на танке устанавливается тепловизор.
• Т-80УД (1987 г.) — установлен дизель 6ТД мощностью 1000 л. с., динамическая защита во встроенном исполнении.
• Т-80УК танк командира подразделения с радиостанцией Р-163-50К.

Источники:

• Танк Т-80Б. Техническое описание и инструкция по эксплуатации;
• Танк Т-80. Техническое описание и инструкция по эксплуатации;
• Филип Трюитт. «Танки и самоходные установки»;
• И.Бачурин, В.Зенкин, С.Рощин «Основной боевой танк Т-80»;
• Г. Л. Холявский «Полная энциклопедия танков мира 1915 — 2000 гг»;
• Christoper Chant «World Encyclopedia of the Tank»;
• Кристофер Ф. Фосс. «Справочники Джейн. Танки и боевые машины»;
• Крис Шант. «Танки. Иллюстрированная энциклопедия».

< Назад		Вперед >

Газотурбинный двигатель(ГТД).

Газотурбинный двигатель – это разновидность теплового двигателя, который работает по не очень простому принципу. Газ в двигателе сжимается и нагревается, после чего, энергия этого газа преобразуется в механическую работу. Как Вы могли заметить, с первых слов описания данного двигателя, все процессы происходят в потоке движущегося газа, что кардинально отличается от принципа работы поршневого двигателя.

Как работает газотурбинный двигатель? Если рассматривать, более подробно процесс работы газотурбинного двигателя, то можно выделить несколько этапов, которые в соединении описывают сложный процесс преобразования энергии сжатого газа в механическую работу. Какие это этапы?

• Подача и смесь. Атмосферный воздух в сжатом виде поступает из компрессора в камеру сгорания. Туда же поступает и топливо, в результате чего получается топливная смесь, которая в процессе сгорания выделяет очень много энергии.
• Преобразование. После того, как топливная смесь в процессе сгорания преобразуется в энергию, необходимо преобразовать ее в механическую работу. Это происходит благодаря вращению специальных «лопаток» струей газа под большим давлением.
• Разделение работы. Часть полученной механической работы от энергии топливной смеси, уходит на сжатия воздуха для следующей подачи, в компрессоре, а остальная энергия передается на приводимый агрегат.

Именно та работа, которая передается на приводимый агрегат и называется полезной! К слову, газотурбинный двигатель по праву считается двигателем, имеющим наибольшую удельную мощность, среди остальных двигателей внутреннего сгорания. Топливом к газотурбинному двигателю можно считать практически любое горючее: керосин, бензин, мазут, природный газ, дизельное топливо, судовое топливо, водяной газ, спирт, а также мелкий уголь!

Принцип работы газотурбинных двигателей.
Чтобы добиться высокого КПД в тепловом двигателе, необходимо добиться высокой температуры сгорания топливной смеси, но не всегда это можно достичь. Препятствиями можно назвать не способность материалов, из которых построен двигатель (никель, сталь, керамика и прочие) выдерживать большие температуры и давление. Очень большое количество трудов инженеров было направлено на то, чтобы успешно отводить тепло от турбины и использовать его там, где это необходимо. Смело можно сказать, что их работа была проведена не зря, ведь в настоящее время, благодаря подобным разработкам, было достигнута эта цель путем перенаправления тепла выхлопных газов, сжатому воздуху. Такой процесс называется рекуперирование. Это очень успешных подход, ведь в противном случае тепло выхлопных газов было бы просто утеряно, а так, оно способно служить источником нагрева сжатого воздуха, перед процессом дальнейшего сгорания. Таким образом, можно смело утверждать, что без этого процесса и специальных теплообменников (рекуператоров) не удалось бы достигнуть столь высокого КПД.

Максимальная скорость вращения турбинных лопаток, определяет максимальное давление, которое нужно достигнуть для получения наивысшей мощности двигателя. При этом, как правило, чем меньше двигатель, тем выше должна быть частота вращения вала, для поддержания максимальной скорость турбинных лопаток.

Устройство газотурбинного двигателя.
Что касается устройства, тут все не так и сложно, как можно себе представить. Газотурбинный двигатель состоит из камеры сгорания, где также установлены свечи зажигания и форсунка, для подачи топлива и получения искры в камере сгорания. Турбинное колесо со специальными лопатками установлено на одном валу с компрессором. К устройство двигателя также относятся: понижающий редуктор, теплообменник, выпускной трубопровод, впускной канал, а также диффузор и сопла.

При вращении вала компрессора, его лопасти захватывают воздух, который поступает через впускной канал. После того, как компрессор увеличивает скорость движения до 500 метров в секунду, он нагнетает его в диффузор. На выходе диффузора, скорость воздуха уменьшается, но с тем же повышается его давление. После диффузора, воздух попадает в теплообменник, где нагревается теплом отработанных газов и переходит в камеру сгорания. Помимо подогретого и сжатого воздуха, в камеру сгорания постоянно подается топливо в распыленном виде, через форсунку. Топливо смешивается с воздухом, образуя топливную смесь, далее эта смесь воспламеняется, с помощью искры, которую производит свеча. В результате сгорания, давление в камере повышается, нагретые газы проходят через сопло и попадают на лопатки турбинного колеса, которые приводятся в движение. Крутящий момент турбинного колеса передается через понижающий редуктор на трансмиссию автомобиля. Отработанные газы подходят в теплообменник, где подогревают поступивший сжатый воздух и выходят в атмосферу.

Основным недостатком газотурбинного двигателя  является стоимость тепло прочных материалов, из которых должен быть построен двигатель. Помимо этого сложность работ и высокая степень очистки воздуха, который попадает в двигатель, также хорошо бьют по карману, но не смотря ни на что, разработка и усовершенствование газотурбинного двигателя уже вовсю проходит как в нашей стране, так и за границей.

Типы газотурбинных двигателей.
Касательно типов, их очень большое количество, при этом суть работы одна и та же, но выполнение – немного различно. В зависимости от типов, газотурбинный двигатель имеет широкое применение на морских судах, железнодорожных составах, автомобилях, самолетах, вертолетах и даже в танках.К слову на сегодняшний день лишь американский танк Абрамс М1А1 оснащен газотурбинным двигателем.У советских инженеров тоже были попытки применить ГТД на танках,было даже несколько прототипов на базе Т-80,но почему то дальнейшие разработки были свёрнуты.

Т-80У

Основной танк 

Т-80У / «объект 219АС» разработан СКБ-2 ПО «Кировский завод» (г.Ленинград, главный конструктор Н.Попов) в качестве варианта глубокой модернизации основного танка Т-80 и как развитие прототипа Т-80А / «объект 219А» с использованием наработок по «объекту 219В».

На танк установлена встроенная в корпус динамическая защита, усиленные бортовые экраны, оборудование самоокапывания, крепление для установки колейного минного трала, установлен модернизированный комплекс оборудования.

Танк Т-80У принят на вооружение в 1985 г. и серийно производился с 1985 г. на Ленинградском Кировском Заводе и на Омском Заводе Транспортного Машиностроения. В 1990 г. танки оснащены новым двигателем ГТД-1250 и ПТРК 9К119М «Инвар».

Основной танк Т-80У (фото — Виталий Кузьмин, https://www.vitalykuzmin.net/)

 

Танки Т-80У в ВС России

Танки Т-80У считались в конце 1980-начале 1990-х годов наиболее совершенными советскими танками — «танками прорыва». По состоянию на 2010 г. в Вооруженных Силах России насчитывалось около 6500 танков Т-80У и Т-80БВ. Количество танков Т-80 в составе действующих частей постепенно сокращается и на 2017 г. насчитывается 450 танков Т-80БВ и Т-80У, Кроме того около 3000 танков Т-80Б, Т-80БВ, Т-80У находится на на хранении.

 

Конструкция танка

Танк выполнен по классической схеме — отделение управления в передней части корпуса, боевое отделение в центральной и моторное отделение в кормовой части. Корпус сварной из катанных листов, угол наклона лобового верхнего листа 68 град. По сравнению с другими вариантами Т-80 изменено бронирование. 

Башня полусферическая сварная обтекаемой формы с узкой амбразурой для пушки. Лобовая часть корпуса и башни имеет трехслойное комбинированное бронирование с керамическим наполнителем. 

На танк Т-80У устанавливается встроенная динамическая защита лобовой части корпуса и передней полусферы башни. На Т-80У(М) кроме динамического бронирования по типу Т-80У на бортах башни устанавливается по три дополнительных блока. На танках Т-80УМ1 изменен комплекс встроенной динамической защиты башни. Кроме того на танках Т-80У(М) впервые в серии на корпус и башню для снижения эффективной площади рассеивания наносилось радиопоглощающее покрытие.

На танках Т-80У установлен газотурбинный двигатель ГТД-1250 мощностью 1250 л.с. 

ТТХ танка Т-80У

Экипаж - 3 чел.

Длина - 9,656 м
Длина корпуса - 7,012 м
Ширина – 3,606 м
Высота – 2,202 м
Клиренс - 431 мм
Масса боевая – 46 т

Скорость максимальная: 
- 80 км/ч (по шоссе)
- 48 км/ч (по пересеченной местности)
Запас хода - 450 км (с внешними баками)

Основной танк Т-80У (фото — Виталий Кузьмин, https://www.vitalykuzmin.net/)

 

---

Вооружение

Основное орудие - 125-мм гладкоствольная пушка 2А46М-1 "Рапира" с эжекционной продувкой ствола. Пушка стабилизирована в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Боекомплект 45 выстрелов.

Ракетный комплекс - танк оснащен ПТРК 9К119 "Рефлекс" и 9К119М "Инвар" с ракетами запускаемыми через ствол основного орудия.

Пулеметы:
- спаренный с пушкой 7,62-мм пулемет ПКТ , боекомплект - 1250 выстрелов
- зенитный 12.7-мм пулемет НСВТ-12.7 "Утес" на крыше башни танка, боекомплект - 500 выстрелов.

Основной танк Т-80У (фото — Виталий Кузьмин, https://www.vitalykuzmin.net/)

 

Бортовое оборудование

Система управления огнем 1А45-1 - Т-80УМ1, Т-80У(мод.), Т-80УЕ1 с баллистическим вычислителем 1В558 и датчиками системы замера параметров атмосферы Т04-В8;
Оптический прицел-дальномер с лазерным прицелом-дальномером 1Г42 "Иртыш";
Ночной прицел ТПН-4-49-23 "Буран-ПА" и тепловизионный прицел ТО1-ПО2Т "Агава-2Т" / "Агава-2ТИ" ;
Радиостанция Р-173 с цифровым управлением;
Аппаратура постановки дымовых завес ТДА (термо-динамическая аппаратура). Так же на танк устанавливается 8 ПУ калибра 81 мм системы постановки дымовых завес 902Б "Туча";
Оборудование подводного вождения танка (ОПВТ) обеспечивает преодоление водных преград шириной до 1000 м и глубиной до 5 м. На танках Т-80У - до 5.5. м глубины;
Оборудование для самоокапывания с бульдозерным отвалом шириной 2140 мм.

Модификации:

Т-80У / «объект 219АС» — основной танк, глубокая модернизация Т-80, развитие прототипа Т-80А / «объект 219А» с использованием наработок по «объекту 219В».  

Т-80УК / «объект 630А» — командирский вариант Т-80У. Принят на вооружение в начале 1990-х. Установлены: система «Штора-1», тепловизор «Агава-2», новый датчик параметров атмосферы, радиостанции Р-163У и Р-163К, навигационная система ТНА-4, система дистанционного подрыва ОФ-снарядов, автономная энергоустановка АБ-1-П28.

Т-80УЕ — вариант Т-80УМ, разработанный специально для поставок в Грецию.

Т-80УЕ-1 / «объект 219АС-1» — вариант модернизации танка Т-80БВ с использованием компонентов и агрегатов Т-80У. 

Т-80УА / «объект 219АМ-1» — вариант модернизации танка Т-80У. При модернизации по варианту Т-80УА на танк устанавливается: пушка 2А46М-4, модернизированный комплекс управления огнём (КУО) 1А45-1, устройство учёта изгиба ствола УУИ-2, дневно-ночной прицельный комплекс командира ТО1-КО4, ночной прицельный комплекс наводчика ТО1-КО5 (как вариант устанавливается тепловизионный прицел «Плиса»), комплекс оптико-электронного подавления «Штора».

Т-80УМ / «объект 219АС-М» — модернизация Т-80У 1992 года. Модернизированный вариант Т-80У (тепловизор «Агава-2», радиопоглощающее покрытие, радиостанция Р-163-50У).

Т-80УМ1 «Барс» / «объект 219АС-М1» —  основной танк разработки КБ Омского ЗТМ. 1997 год. Вариант Т-80УМ с комплексом активной защиты «Арена-Э», установлен двигатель ГТД-1250Г, пушка 2А46М-4, оснащён дополнительно следующими системами и комплексами: «Штора-1», «Велиж», ТВН-5, Р-163-50У, Р-163УП, системой кондиционирования воздуха.

Т-80УМ2 — опытный основной боевой танк с КАЗ «Дрозд-2».

«Черный орел» / «объект 640» — перспективный основной танк разработки КБ Омского завода транспортного машиностроения. Проект закрыт в 2000-е годы. 

 

«Новый оборонный заказ. Стратегии»

Газовая турбина открытого цикла — обзор

Газовые турбины

(Глава 12.2)

Для малых и средних промышленных предприятий обычно используются простые газовые турбины открытого цикла, работающие либо на природном газе, либо на легком мазуте. Двухтопливные системы легко приспособлены, и в некоторых случаях может быть предусмотрено автоматическое переключение нагрузки между двумя видами топлива.

Машина может быть простой одновальной, где силовая турбина, компрессор и выходной привод находятся на общем валу; или двухвальный тип, в котором компрессор и его приводная турбина находятся на одном валу, а силовая турбина находится на выходном приводном валу.Оба типа подходят для приводов генератора, но имеют несколько разные характеристики регулирования мощности; также они могут быть разработаны на основе двигателей, изначально предназначенных для использования в самолетах, или агрегатов, специально разработанных для наземного применения. Первые утверждают, что они легче, компактнее и эффективнее при частичной нагрузке, в то время как вторые более надежны, но у них есть много общего. В этой стране обычные размеры блоков составляют от 0,5 до 3,5 МВт, но могут быть получены блоки до 60 МВт.

В диапазоне малых промышленных размеров КПД выработки электроэнергии может составлять от 14 до 20% при полной нагрузке, но более крупные блоки могут достигать более 30%. Удельный расход топлива типичной установки мощностью 1,25 МВт может варьироваться от 0,51 кг дизельного топлива / кВт · ч при полной нагрузке до 0,63 кг при половинной нагрузке при температуре окружающей среды 15 ° C, однако возрастает с повышением температуры окружающей среды, особенно при частичной нагрузке.

После вычета теплового эквивалента электрической мощности из общего количества подводимого тепла, практически весь остаток используется для рекуперации тепла.Радиационные потери и потери в маслоохладителях составляют всего 1-2%. Отходящий газ чистый — почти весь воздух имеет температуру выше 500 ° C при полной нагрузке. Если бы отработанные газы пропускались через котел-утилизатор для выработки пара, установка мощностью 1,25 МВт могла бы производить около 4500 кг / ч при манометре 1,75 МПа, повышая комбинированный КПД выработки электроэнергии и пара примерно до 50%. Если требуется дополнительный пар, отработанный газ можно использовать в качестве предварительно нагретого воздуха для горения для сжигания дополнительного топлива в котле-утилизаторе; таким образом, дополнительные 13 000 кг / ч пара при 1.75 МПа можно было с комфортом поднять, увеличив общий тепловой КПД до более чем 70%, а в качестве дополнительного топлива можно было использовать тяжелую нефть.

Газовая турбина, как один только электрический генератор, менее эффективна, чем дизельный двигатель. Однако его потенциал рекуперации отходящего тепла больше, и он более гибкий.

Таким образом, дизельный двигатель будет использоваться там, где потребность в электроэнергии высока по сравнению с потребностью в паре или тепле, например, менее 3 кг пара на кВт · ч.Газовая турбина не может полностью раскрыть свой потенциал теплового КПД, если на 1 кВт · ч не требуется более 4 кг пара. Эти цифры выгодно отличаются от паровой турбины с прямым противодавлением, где в типичных средних промышленных диапазонах входного и технологического давления пара нагрузка пара должна превышать 10 кг / кВт · ч.

В качестве альтернативы производству пара отходящий газ можно использовать напрямую или через теплообменник для многих промышленных осушителей.

Газовые турбины имеют много преимуществ перед дизельными двигателями для комбинированных энергетических и тепловых установок.Они имеют небольшой вес и работают с незначительной вибрацией, требуя недорогого фундамента. Затраты на техническое обслуживание низкие, а надежность высока. Также обычно не требуется система водяного охлаждения, поскольку для охлаждения масла обычно достаточно простого воздухоохладителя с вентилятором.

Начальная стоимость обычно выше, чем у дизельных двигателей, хотя обычно это компенсируется более низкими эксплуатационными расходами для непрерывно работающей установки. Проблемой газовых турбин может быть шум. Даже небольшие блоки в диапазоне 1–3 МВт могут издавать звуковое давление около 100 дБА на расстоянии 1 м (гл.19.7), но в основном в высокочастотном диапазоне (4000 с ^-1 ), который легко ослабляется. Наиболее распространенным подходом является установка акустических кожухов вокруг самой машины или размещение каждой машины в акустической камере прочной конструкции. В любом случае на впускных и выпускных отверстиях для воздуха требуются глушители. Оборудование для рекуперации тепла и дымоход часто обеспечивают достаточное ослабление шума выхлопных газов.

Газовая турбина — обзор

Описание

Электростанции, работающие на природном газе, вырабатывают электроэнергию с помощью газовых турбин, которые выглядят и звучат очень похоже на большой реактивный авиационный двигатель, установленный на полу.Многие из этих турбин на самом деле производятся крупными марками авиационных двигателей, такими как Pratt and Whitney или General Electric. Подобно реактивному двигателю, газовые турбины имеют спереди компрессор, который нагнетает воздух в камеру сгорания. В эту камеру закачивают природный газ и сжигают. Горячий выхлоп затем поворачивает серию лопаток турбины, выходя из задней части двигателя. Турбина приводит в действие компрессор спереди, а также включает электрический генератор. В большинстве генераторов природного газа используется эффективная и экономичная система комбинированного цикла, которая улавливает горячие выхлопные газы из газовой турбины и использует их для кипячения воды, создавая сжатый пар для вращения второй турбины и другого генератора.

Электростанции, работающие на природном газе, могут быть построены и введены в эксплуатацию довольно быстро. Газовые турбины — это, по сути, готовые изделия, которые можно приобрести у крупных поставщиков. Площадь земельного участка, необходимая для завода по производству природного газа, значительно меньше, чем для угольной электростанции аналогичного размера. На газовых заводах не требуется склад для хранения топлива, предварительная очистка, измельчение и кондиционирование, конвейерные ленты для перемещения материалов или приспособления для обработки объемов золы и других продуктов сгорания.Обычно они состоят из относительно скромного промышленного здания, часто из стандартных сборных стальных конструкций, расположенного на нескольких акрах земли с линиями электропередач и подстанцией. Процесс производства электроэнергии осуществляется внутри здания, и единственными выбросами являются водяной пар и выхлопные газы CO ₂ .

Большинству электростанций с комбинированным циклом, работающих на природном газе, в США менее 10 лет. Система CC с двумя генераторами по цене одного очень экономична.Возвращаясь к сравнению затрат на электроэнергию в Таблице 7.1, можно сказать, что природный газ CC имеет самую низкую стоимость электроэнергии на мегаватт-час среди всех источников в таблице, не субсидируемых налоговыми льготами. В сочетании с обилием сланцевого газа и, как следствие, низкими ценами на природный газ, производство электроэнергии с использованием природного газа CC является довольно экономичным и заменило уголь в качестве основного источника электроэнергии в Соединенных Штатах.

Это имело несколько неожиданных побочных эффектов, включая общее сокращение выбросов CO ₂ в Соединенных Штатах по сравнению с десятилетием назад, а также остановку ряда угольных шахт с увольнениями многих горняков.Как упоминалось выше, на природный газ приходится треть выбросов CO ₂ по сравнению с углем в пересчете на БТЕ. Преобладание природного газа CC вытесняет старые угольные электростанции, что привело к заметному сокращению выбросов CO ₂ в США.

Угольная промышленность упорно отказывалась признавать рост добычи сланцевого газа в течение первого десятилетия 21 века, хотя большая часть этого происходила в бассейне Аппалачей, который они не могли не заметить.Многим безработным угольщикам сказали, что их увольнения были вызваны так называемой «войной с углем», мифом, распространенным угольными компаниями, которые обвиняют закрытие шахт в якобы чрезмерных экологических нормах, наложенных на шахты и угледобывающих предприятий. Агентство по охране окружающей среды США. По сути, именно дешевый газ, точнее, дешевая электроэнергия из дешевого газа закрыла шахты. На момент написания этой статьи экологические нормы были смягчены Управлением по охране окружающей среды Трампа, но экономика угля не улучшилась.Лишь несколько угольных компаний, такие как Consol в Питтсбурге, создали подразделения по добыче сланцевого газа и пережили бум. Многие другие обанкротились.

Социальные и экологические аспекты

Электростанции, работающие на природном газе, редко замечаются общественностью. Если на месте бывшей угольной электростанции не будут установлены газовые турбины и она не останется внушительным сооружением на ландшафте, электростанции, работающие на природном газе, практически не заметны. Обычно они размещаются в невзрачном промышленном здании среднего размера с относительно небольшими вытяжными трубами, и, за исключением всех расположенных поблизости линий электропередач, они хорошо сочетаются с другими отраслями промышленности.Воздействие на окружающую среду невелико, за исключением выбросов CO ₂ , которые можно решить с помощью CCS. Интересно отметить в Таблице 7.1, что даже при оснащении CCS стоимость электроэнергии от газотурбинной электростанции с комбинированным циклом все еще находится в средней части ценового диапазона.

История авиации | GE Aviation

От турбокомпрессора до самого мощного в мире коммерческого реактивного двигателя — история GE в создании двигателей для самолетов в мире насчитывает более 100 лет инноваций.

GE Aviation: столетие полетов

Когда Соединенные Штаты вступили в Первую мировую войну в 1917 году, правительство США искало компанию для разработки первого «ускорителя» авиационного двигателя для молодой авиационной промышленности США. Этот бустер или турбонагнетатель, установленный на поршневом двигателе, использовал выхлопные газы двигателя для приведения в действие воздушного компрессора для увеличения мощности на большой высоте.

GE первой приняла вызов, но другая команда также запросила шанс разработать турбокомпрессор.Контракты были присуждены на первом конкурсе военных авиадвигателей в США. В условиях секретности военного времени обе компании тестировали и разрабатывали различные конструкции, пока армия не потребовала проведения демонстрационных испытаний.

В суровой атмосфере Пайкс-Пик, на высоте 14000 футов над уровнем моря, GE продемонстрировала 350-сильный авиадвигатель Liberty с турбонаддувом и занялась бизнесом по созданию самолетов, летящих выше, быстрее и эффективнее, чем когда-либо прежде. Испытания первого турбонагнетателя на вершине горы привели к заключению первого государственного контракта GE, связанного с авиацией, и проложили путь для GE стать мировым лидером в области производства реактивных двигателей.

Более двух десятилетий GE производила турбокомпрессоры, которые позволяли самолетам, в том числе многим из них, находившимся на вооружении во время Второй мировой войны, летать выше и с большей полезной нагрузкой. Опыт компании в области турбин и турбокомпрессоров повлиял на решение ВВС США выбрать GE для разработки первого в стране реактивного двигателя.

С тех пор подразделение авиадвигателей GE Aviation неоднократно становилось лидером. Среди них: первый в Америке реактивный двигатель, первые турбореактивные двигатели, обеспечивающие полеты на скорости в два и три раза превышающие скорость звука, и первый в мире двухконтурный двухконтурный двухконтурный двухконтактный двухконтактный двухконтактный двухконтурные двигатели, введенный в эксплуатацию.

Сегодня GE Aviation — глобальный поставщик двигателей, систем и услуг с доходом, превышающим 30 миллиардов долларов. Являясь лидером в области авиационных технологий, GE Aviation продолжает проектировать, разрабатывать и производить реактивные двигатели, компоненты и интегрированные системы для военной, коммерческой, деловой и общей авиации, а также авиационные газовые турбины для морского применения. Кроме того, GE Aviation — ведущий мировой ресурс по комплексному обслуживанию двигателей.

GE построила первый в Америке реактивный двигатель

Поскольку принципы и проблемы турбонагнетателей применимы и к газовым турбинам, GE была логичным выбором для создания первого в Америке реактивного двигателя.

В 1941 году авиакорпус армии США выбрал завод GE в Линне, штат Массачусетс, для создания реактивного двигателя, основанного на конструкции британского сэра Фрэнка Уиттла. Шесть месяцев спустя, 18 апреля 1942 года, инженеры GE успешно запустили двигатель I-A.

В октябре 1942 года в Мурок Драй Лейк, Калифорния, два двигателя I-A привели в действие исторический первый полет самолета Bell XP-59A Airacomet, положивший начало эпохе реактивных двигателей для Соединенных Штатов. Рейтинг тяги I-A составлял 1250 фунтов; рейтинг тяги GE90-115B более чем в 90 раз выше — 115 000 фунтов.

Двигатель I-A включал в себя центробежный компрессор, как и все более мощные двигатели, разработанные GE в течение следующих двух лет, кульминацией которых стал двигатель J33 с тягой 4000 фунтов. J33 привел в действие первый действующий реактивный истребитель армейской авиации США P-80 Shooting Star, который в 1947 году установил мировой рекорд скорости 620 миль в час. До конца того же года двигатель GE J35 приводил в движение Douglas D- 558-1 Skystreak до рекордных 650 миль в час.J35 был первым турбореактивным двигателем GE, оснащенным осевым компрессором — компрессором, который с тех пор использовался во всех двигателях GE.

Однако авиационный корпус, обеспокоенный прекращением поставок турбокомпрессоров, разместил производство реактивных двигателей GE у других производителей. Затем GE приступила к разработке другого. Получившийся J47 вернул GE к производству реактивных двигателей. Но спрос на J47 для установки почти на все новые военные самолеты фронтовой авиации, особенно на F-86 Sabre Jet, означал, что завод в Линне не мог за ними угнаться.GE потребовалась вторая фабрика.

GE выбрала завод, находящийся в федеральной собственности, недалеко от Цинциннати, штат Огайо, где во время Второй мировой войны производились поршневые двигатели Wright Aeronautical. Компания GE официально открыла завод 28 февраля 1949 года со второй производственной линией J47, чтобы дополнить первоначальную линию в Линне. Позже завод будет называться Evendale и станет всемирной штаб-квартирой GE Aviation.

С ростом спроса в связи с войной в Корее J47 стал самой производимой газовой турбиной в мире.К концу 1950-х годов было поставлено более 35 000 двигателей J47. Этот двигатель получил два основных преимущества: это был первый турбореактивный двигатель, сертифицированный для гражданского использования Управлением гражданской авиации США, и первый, в котором для увеличения тяги использовалась форсажная камера с электронным управлением.

Война вызвала бум. Количество рабочих мест на предприятии GE в Эвендейле увеличилось в десять раз, с 1200 до 12000 человек за 20 месяцев, что потребовало утроения производственных площадей.В 1951 году GE объявила, что завод в Эвендейле станет одним из поистине великих мировых центров производства реактивных двигателей в мирное и военное время. В 1954 году производственный комплекс Evendale, практически пустой всего шесть лет назад, был назначен GE для производства больших реактивных двигателей, в то время как дочерний завод в Линне, Массачусетс, сосредоточился на разработке и производстве малых реактивных двигателей.

Исторические военные паровозы: холодная война за защиту сегодняшней свободы

Военное подразделение GE Aviation сегодня работает над инновациями, которые изменят задачи завтрашнего дня.От революционного двигателя с адаптивным циклом (ACE) в сотрудничестве с исследовательской лабораторией ВВС до двигателя T901 для армейской программы усовершенствованных турбинных двигателей (ITEP) портфолио GE Aviation следующего поколения включает беспрецедентную скорость, мощность, топливную экономичность и сокращение затрат на техническое обслуживание. расходы. Эти достижения навсегда изменят подход военных к защите свободы.

Это стремление к использованию предыдущих технологий, знаний и опыта восходит к первому поколению инженеров компании.GE быстро развивала свой бизнес по производству реактивных двигателей благодаря индустриализации наиболее производимого боевого двигателя J47, который был произведен более 35 000 единиц.

В связи с необходимостью увеличения мощности истребителей серии Century, которые будут летать со скоростью более чем в два раза превышающей скорость звука, GE предложила одну из самых важных разработок для реактивного двигателя — регулируемый статор для своего турбореактивного двигателя J79. Подвижные лопатки статора в двигателе помогли компрессору справиться с огромными внутренними колебаниями воздушного потока от взлета до высоких сверхзвуковых скоростей.

За 30 лет было построено более 17000 самолетов J79, на которых установлены такие самолеты, как F-104 Starfighter, F-4 Phantom II, RA-5C Vigilante и B-58 Hustler. Для авиалайнера серии Convair 880/990 создание двигателя J79 CJ805 ознаменовало выход GE на рынок гражданских авиалиний.

Тем временем GE занялась разработкой новой газовой турбины для преобразования возможностей вертолета. Турбовальный двигатель T58 мощностью 800 лошадиных сил был установлен на Sikorsky HSS-1F во время первого полета вертолета с турбинным двигателем в США.Этот двигатель, который впервые был запущен в 1950-х годах, был предшественником линейки небольших двигателей Lynn.

В 1950-е и 1960-е годы произошли дальнейшие успехи. J93 был разработан для установки на самый большой, самый летающий и самый быстрый бомбардировщик в мире, экспериментальный XB-70 Valkyrie ВВС США. Шесть турбореактивных двигателей с тягой 28 800 фунтов довели демонстратор до 500 000 фунтов до трехкратной скорости звука на высоте 74 000 футов. Технологии, впервые примененные в J93, используются в современных двигателях для военных и коммерческих автомобилей.

Большим успехом того периода стал турбореактивный двигатель J85 производства Lynn. По контракту с ВВС США на создание недорогого истребителя для воздушных боев, Northrop построила истребитель F-5 Freedom Fighter на базе двигателя GE J85. Вскоре F-5 стал стандартным самолетом противовоздушной обороны более 30 стран. J85 установлен на сверхзвуковом учебно-тренировочном самолете T-38 Talon ВВС США.

GE представила турбовинтовой турбовинтовой двигатель T64 со свободной турбиной в 1964 году, отличающийся такими техническими инновациями, как коррозионностойкие и жаропрочные покрытия, которые способствовали развитию вертолетов большой грузоподъемности.T64 использовался на вертолетах семейства Sikorsky CH-53 Sea Stallion, которые служат ВМС США, Корпусу морской пехоты США и нескольким международным вооруженным силам.

Когда ВМС США нуждались в надежном и эффективном двигателе для питания Lockheed S-3 Viking для авианосной противолодочной войны, GE предложила двигатель TF34 с большим байпасом. TF34 также был выбран ВВС США для установки на самолет непосредственной поддержки с воздуха A-10 Thunderbolt II.

Достижения в области компрессоров, камер сгорания и турбин в 1960-х годах привели к решению предложить более компактный основной двигатель с одноступенчатой ​​турбиной и только двумя опорными площадками вместо трех, в результате чего для двигателя U был выбран двигатель GE F101.Бомбардировщик В-1 С. ВВС.

В начале 1970-х годов армия обратилась к GE за улучшенным турбовальным двигателем для вертолетов нового поколения. Получился легендарный Т700. Используя уроки войны во Вьетнаме, T700 предоставил армии исключительно надежную мощность, созданную с использованием революционной модульной архитектуры. Модульный T700 был разработан для обеспечения ремонтопригодности в полевых условиях с целью снижения затрат и повышения степени готовности армейских вертолетов. В последующие десятилетия для T700 было введено множество усовершенствованных технологий.Кроме того, для коммерческого рынка было представлено семейство турбовальных и турбовинтовых двигателей CT7, производных от T700. Поставлено более 25 000 двигателей T700 / CT7. С момента своего появления более 40 лет назад варианты T700 и CT7 продолжают находить новые применения как одно из самых популярных семейств турбовальных и турбовинтовых двигателей в истории авиации.

Роль военных двигателей GE продолжала расти во время наращивания обороноспособности в 1980-х годах. В 1984 году ВВС США выбрали высоконадежный двигатель F110 компании GE, основанный на конструкции F101, для истребителя F-16C / D, положив начало «Великой войне двигателей» — жесткой конкуренции между GE и ее соперником Pratt & Whitney.F110 сейчас используется на большинстве F-16C / D ВВС США. F110 также используется в самолетах F-16 по всему миру, выбранных Израилем, Грецией, Турцией, Египтом, Бахрейном, Объединенными Арабскими Эмиратами, Чили и Оманом. Кроме того, F110 используется на японском одномоторном истребителе F-2 и экспортных версиях F-15 Eagle, эксплуатируемых Кореей, Саудовской Аравией и Сингапуром. С конца 1980-х по 2006 год ВМС США эксплуатировали модернизированную версию F-14 Tomcat с двигателем F110. Производная от F110, F118, питает U.Бомбардировщик-невидимка В-2 S. Air Force и высотный разведывательный самолет У-2С.

Также в 1980-х годах был запущен в производство двигатель F404 для F / A-18 Hornet. F404 — самый распространенный в мире истребительный двигатель: более 3700 самолетов устанавливают 10 типов самолетов по всему миру. К ним относятся Boeing F / A-18 Hornet, Saab JAS 39 Gripen, корейский T-50, индийский Tejas Mark I и стелс-истребитель Lockheed Martin F-117 до его вывода из эксплуатации в 2008 году.

GE позиционируется как мировой лидер в области военного двигателя в 21 веке.F414, турбовентиляторный двигатель для фронтового ударного истребителя F / A-18E / F Super Hornet и электронного штурмовика EA-18G Growler, развивает тягу 22 000 фунтов. Он также является предпочтительным двигателем для JAS 39E Gripen Next Generation и HAL Tejas Mark II. GE Aviation может увеличить прочность и тягу F414 на целых 25 процентов.

GE впервые получила финансирование для начала разработки конкурентоспособного двигателя для Joint Strike Fighter (JSF) в 1996 году и в конечном итоге объединилась с Rolls Royce для заключения контракта на полномасштабную разработку.Команда успешно завершила испытания двигателя F136 с укороченным взлетом и вертикальной посадкой (STOVL) на испытательном полигоне GE в Пиблсе, штат Огайо, в 2008 году. Обширные наземные испытания F136, разработанного для всех вариантов самолетов JSF для ВВС. ВМС и Корпус морской пехоты впервые использовали керамические матричные композиты в компонентах, разработанных GE, и проложили путь для более широкого использования этих революционных материалов в коммерческих и военных двигателях GE следующего поколения.

Из-за финансовых проблем правительства США и сокращения бюджета Министерства обороны США в 2011 году Конгресс принял решение прекратить финансирование разработки F136, и программа была отменена примерно на 80%.

Опираясь на свои конструктивные возможности для высокопроизводительных двигателей боевых самолетов, GE в 2014 году успешно завершила испытания первого в мире адаптивного трехпоточного двигателя в рамках программы Adaptive Versatile Engine Technology (ADVENT), проводимой Исследовательской лабораторией ВВС США.

К следующему десятилетию двигатель с адаптивным циклом (также называемый двигателем с переменным циклом) может произвести революцию в реактивных истребителях. Двигатель с регулируемым циклом позволяет выбирать между режимом высокой тяги для максимальной мощности и режимом высокой эффективности для оптимальной экономии топлива и увеличения дальности полета самолета.В 2018 году ВВС США заключили с GE контракт на 437 миллионов долларов на дальнейшее развитие технологии двигателей с адаптивным циклом, поддерживая 11-летние усилия компании по этой технологии, начиная с 2007 года.

Военный портфель нового поколения

GE также включает турбовальный вал T901 (выбранный правительством США в 2019 году), который сейчас находится в стадии разработки, а также турбовальный вал T408 для тяжелых задач нового Sikorsky CH-53 King Stallion для Корпуса морской пехоты США. T408 способен производить более 7500 лошадиных сил на валу и сочетает в себе прорывные технологии, инновационные схемы охлаждения и долговечность, чтобы обеспечить множество критически важных преимуществ в самых суровых условиях эксплуатации.

T901 разрабатывается как замена двигателя T700, установленного на существующих вертолетах Black Hawk и Apache, в рамках Программы усовершенствованных турбинных двигателей армии США (ITEP). По сравнению с наиболее совершенными двигателями T700, находящимися в эксплуатации, T901 обеспечивает на 25 процентов лучшую экономию топлива, на 35 процентов меньшие затраты на приобретение и техническое обслуживание, на 20 процентов более длительный срок службы и на 65 процентов больше мощности к весу.

GE Aviation ежегодно инвестирует более 1 миллиарда долларов в исследования и разработки, позволяя компании возглавлять достижения в области силовых установок военного назначения для будущих поколений.

GE становится ведущим поставщиком двигателей для коммерческих автомобилей

Основываясь на технологии военного двигателя TF39, GE в 1971 году агрессивно продвинулась на гражданский рынок, представив на Douglas DC-10 производный двигатель — турбовентиляторный двигатель CF6-6 с высоким байпасом. Семейство CF6 расширилось, и в него вошли модели CF6-50, CF6-80A, CF6-80C2 и CF6-80E1. В 1980-х годах семейство двигателей CF6 стало наиболее популярным двигателем для широкофюзеляжных самолетов, включая Boeing 747 и 767, Airbus A300, A310, A330 и McDonnell Douglas MD-11.

CF6, находящийся на вооружении с 1971 года, продолжает увеличивать свой впечатляющий рекорд налет часов, больше, чем у любого другого двигателя коммерческого самолета, когда-либо накопленного. Для сравнения: это эквивалент одного двигателя, работающего 24 часа в сутки, 365 дней в году на протяжении более 26000 лет.

Двигатель CF6-80C2, введенный в эксплуатацию в 1985 году, установил новые стандарты надежности в коммерческой эксплуатации и сыграл важную роль в становлении GE как ведущего поставщика больших коммерческих двигателей.

Возможно, самым большим комплиментом CF6-80C2 стал выбор правительством США двигателя для самолета 747 президента США Air Force One.

Семейство двигателей CF6, эксплуатируемых с 1971 года, продолжает увеличивать свой впечатляющий рекорд наработки летных часов — больше, чем любой другой когда-либо накопленный коммерческий реактивный двигатель большой тяги. Для сравнения: это эквивалент одного двигателя, работающего 24 часа в сутки, 365 дней в году на протяжении более 28000 лет.

В 1971 году Safran Aircraft Engines (ранее Snecma) из Франции выбрала GE в качестве партнера для разработки нового двухконтурного двухконтурного двигателя с тягой 20 000 фунтов. Три года спустя была официально учреждена совместная компания 50/50 под названием CFM International, которая стала одним из величайших успехов в истории авиации.

Это оригинальное сотрудничество в области двигателей объединило технологию вентилятора Safran с технологией основного двигателя из военного двигателя F101 компании GE.Сотрудничество GE / Safran было основано на желании получить долю на рынке самолетов малой и средней дальности, на котором в начале 1970-х годов доминировали двигатели с малой двухконтурной скоростью. CFM хотела конкурировать с двигателем Pratt & Whitney JT8D, который затем использовался для двухрежимных самолетов Boeing 737-100 / -200 и McDonnell Douglas DC-9, а также для трехрежимного самолета Boeing 727.

CFM доказал, что терпение — это достоинство, поскольку объединенная компания не получила свой первый заказ до 1979 года, когда турбовентиляторный двигатель CFM56-2 был выбран для модернизации двигателя самолета DC-8 Series 60, переименованного в DC-8 Super 70s.Затем ВВС США выбрали военную версию CFM56-2, обозначенную в данном заявлении как F108, для модернизации своего парка самолетов-заправщиков KC-135 до конфигурации KC-135R. С этими знаковыми заказами модель CFM56 была на пути к успеху.

Оригинальный CFM56-2 будет установлен на более чем 550 коммерческих и военных самолетах по всему миру.

В 1981 году компания Boeing приняла знаменательное решение, выбрав турбовентиляторный двигатель CFM56-3 для установки на популярные самолеты Boeing 737-300 / 400/500 серии «Classic».Также в 1980-х годах семейство двигателей CFM56-5 было разработано для использования в очень популярных Airbus Industrie A318, A319, A320 и A321. CFM56-5C также приводил в действие оригинальный четырехмоторный Airbus A340.

В начале 1990-х годов компания Boeing выбрала двигатель CFM56-7 для серии 737-600 / -700 / -800 / -900 нового поколения. CFM56-7 будет подвергаться агрессивному производству более 20 лет.

CFM International продолжает совершенствовать силовые установки для реактивных двигателей.В 1995 году компания вошла в историю, когда первый двигатель CFM56-5B, оснащенный двойной кольцевой камерой сгорания (DAC), поступил на коммерческую эксплуатацию в Swissair. Технологическая программа TECH56, запущенная в 1998 году, усовершенствованная силовая установка для модернизации существующих двигателей и послужила базовой технологией для турбовентиляторного двигателя CFM следующего поколения, получившего в конечном итоге название LEAP.

В 2008 году CFM International запустила двигатель LEAP, который станет двигателем для новых узкофюзеляжных самолетов, которые скоро появятся. В этом двигателе реализовано несколько новых технологий, в том числе передние лопасти вентилятора из углеродного волокна и первые композитные компоненты с керамической матрицей в горячей секции коммерческого реактивного двигателя.

К 2011 году двигатель LEAP был успешно запущен на Airbus A320 neo, Boeing 737 MAX и COMAC C919. К 2018 году портфель заказов LEAP превысил 15 000 двигателей. Это составляет семь лет производства двигателей. Также в 2018 году поставки LEAP превысили поставки CFM56.

FlightGlobal Ascend База данных парка самолетов оценила семейство CFM56 как самое популярное семейство коммерческих реактивных двигателей в истории авиации с более чем 23 000 поставленных двигателей.В этом новом десятилетии семейство двигателей CFM International, включая CFM56 и LEAP, будет представлять собой наиболее производимые реактивные двигатели в истории реактивных двигателей.

Знаменитый истребительный двигатель

GE J47 1940-х и 1950-х годов, самый производимый реактивный двигатель из когда-либо поставленных более 35 000 двигателей, теперь оглядывается на парк двигателей CFM56 и LEAP.

Судовые и промышленные газовые турбины

Являясь ведущим мировым производителем авиационных газовых турбин, для GE было логичным шагом расширить свою деятельность на морскую и промышленную арены.Тысячи авиационных газотурбинных двигателей GE были проданы для морского и промышленного использования.

В 1959 году GE представила LM1500, производную от очень успешного J79. Первоначально LM1500 был установлен на борту судна на подводных крыльях.

В 1968 году GE представила LM2500, газовую турбину номинальной мощностью на валу 20 000 лошадиных сил, основанную на двигателе TF39. LM2500 стал опорой текущего морского и промышленного бизнеса GE, имея более пятидесяти классов судов в 24 военно-морских силах мира и несколько быстрых паромов.В 1980-х годах GE представила LM1600 на базе двигателя F404. В течение 1990-х годов были представлены улучшенные версии LM2500, LM1600 и LM6000 с более низким уровнем выбросов.

GE Industrial Aeroderivative Gas Turbines, часть GE Power Systems, взяла на себя ответственность за проектирование, разработку и производство авиационных газовых турбин для промышленного применения. Штаб-квартира GE Industrial Aeroderivative Gas Turbines расположена на заводе в Эвендейле, как и GE Marine Engines, которая остается частью GE Aviation.

Лидерство в 21 веке

Самый мощный в мире реактивный двигатель

С большой помпой в начале 1990-х годов GE разработала турбовентиляторный двигатель GE90 для двухмоторного Boeing 777. Базовый двигатель GE90 был сертифицирован на самолет в 1995 году. Он стал самым большим и самым мощным реактивным двигателем в мире, а также первым коммерческий реактивный двигатель, работающий с передними лопастями вентилятора из углеродного волокна.

Тем не менее, семейство GE90 действительно стало самостоятельным в июле 1999 года, когда компания Boeing выбрала производный двигатель GE90-115B в качестве эксклюзивного двигателя для своих самолетов 777-200LR и -300ER с большей дальностью полета.Это была одна из самых значительных побед в истории GE Aviation.

Двигатель GE90-115B оснащен самым большим в мире вентилятором (128 дюймов), составными лопастями вентилятора и самым высоким коэффициентом двухконтурности двигателя (9: 1), что обеспечивает максимальную тяговую эффективность среди всех двигателей коммерческого транспорта того времени.

GE90-115B с тягой 115 000 фунтов стал успешным завершением стратегии GE по созданию нового двигателя GE90 с осевой линией специально для семейства самолетов Boeing 777.777-300ER с двигателем GE90-115B успешно поступил на пассажирские перевозки в 2004 году и стал одним из самых надежных реактивных двигателей большой тяги в истории.

Затем, в 2013 году, опираясь на успех GE90-115B, GE представила двигатель GE9X в качестве единственного двигателя для нового самолета Boeing 777X. В классе тяги 105 000 фунтов GE9X оснащен 134-дюймовым вентилятором, что превышает 128-дюймовый вентилятор GE90-115B. Количество лопастей вентилятора GE9X уменьшено до 16 по сравнению с 18 для GEnx и 22 для GE90-115B.

GE9X имеет несколько композитных компонентов с керамической матрицей в горячей секции двигателя. Ожидается, что двигатель обеспечит половину 20-процентного повышения топливной эффективности самолета по сравнению с предыдущими моделями 777.

В 2019 году GE объявила, что GE9X стал самым мощным коммерческим реактивным двигателем после достижения 134 300 фунтов тяги во время наземных испытаний в Пиблсе, штат Огайо. Это побило предыдущий рекорд, установленный двигателем GE90-115B весом 127 900 фунтов (также во время наземных испытаний в Пиблсе) еще в 2002 году.

К 2020 году у GE9X было заказано более 700 двигателей для Boeing 777X.

Начало эры региональных реактивных самолетов

В начале 1990-х годов GE сыграла значительную роль в популяризации региональных самолетов в авиационной отрасли.

История начинается в 1980-х годах, когда GE разработала коммерческий ТРДД CF34 на основе очень успешного военного двигателя TF34 для Fairchild Republic A-10 и Lockheed S-3A.

Двигатели CF34-3 компании

впервые использовались в корпоративных самолетах Bombardier CL601 и CL604. В 1992 году CF34-3 был представлен на очень успешных региональных авиалайнерах Bombardier CRJ100 и CRJ200 с 50 пассажирами. Шла революция.

В конце 1990-х годов GE разработала семейство двигателей CF34-8, которые устанавливаются на Bombardier CRJ700 и CRJ900, а также на региональные авиалайнеры Embraer 170 и Embraer 175. Кроме того, GE разработала семейство двигателей CF34-10, которые устанавливаются на региональные авиалайнеры Embraer 190 и Embraer 195.

В 2002 году китайское агентство COMAC выбрало двигатель CF34-10 для установки на региональный самолет ARJ21.

Ноябрь 2008 года ознаменовал начало программы летных испытаний самолета ARJ21 с двигателем GE и, таким образом, первого полета первого китайского регионального реактивного самолета отечественной разработки. ARJ21 поступил на вооружение в 2016 году.

По своей природе тихий CF34 сделал путешествие на региональном реактивном самолете более комфортным и продуктивным. Низкий уровень шума также способствует большей эксплуатационной гибкости.GE оставалась приверженной CF34 и инвестировала более 1 миллиарда долларов в новые технологии для семейства двигателей в период с 2005 по 2015 год.

В 2017 году GE отпраздновала 25-летие производства региональных самолетов, поставив более 6500 двигателей CF34. Региональные самолеты с двигателем GE, производимые Bombardier, Embraer и COMAC, работают в 130 странах, совершая 12 000 пассажирских рейсов в день.

Двигатель самого большого коммерческого авиалайнера

Engine Alliance, совместное предприятие GE и Pratt & Whitney в соотношении 50/50, было образовано в августе 1996 года для производства нового турбовентиляторного двигателя большой тяги для самолетов большой дальности.

GP7200 является производным от двух наиболее успешных программ широкофюзеляжных двигателей за всю историю — семейств GE90 и PW4000. Основанный на ядре GE90 и системе низкого давления PW4000, GP7200 продолжит обеспечивать выдающуюся производительность, надежность, экологичность и ценность для клиентов.

В 2001 году Air France запустила GP7200 на новом Airbus A380-800. Семь лет спустя, в 2008 году, GP7200 поступил в коммерческую эксплуатацию на самолет A380-800 Эмирейтс.

Устанавливая новые стандарты эффективности двигателя

Выбрав в 2004 году GE для установки на новый Boeing 787 Dreamliner, компания запустила GEnx с тягой от 55 000 до 70 000 фунтов. GEnx пришел на смену семейству двигателей CF6, которые более 40 лет использовались в широкофюзеляжных самолетах коммерческого и военного назначения.

Двигатель GEnx будет соответствовать или превосходить агрессивные целевые показатели Boeing для двухмоторного Dreamliner.787 перевозит от 200 до 250 пассажиров на расстояние до 8300 морских миль и потребляет на 20 процентов меньше топлива, чем предыдущие самолеты сопоставимых размеров.

GEnx также был выбран для установки на четырехмоторный Boeing 747-8. Первый полет самолетов 787 и 747-8 состоялся в 2010 году.

Год спустя 787 с приводом от GEnx установил мировой рекорд скорости с общим временем в пути 42 часа 27 минут. В этой весовой категории не было ранее установленных мировых рекордов скорости.GEnx был на пути к успеху.

К 2020 году более 2500 двигателей GEnx были проданы как самые продаваемые двигатели GE с высокой тягой в истории. GEnx — самый надежный и часто используемый двигатель на Боинге 787. GEnx имеет компрессор с самой высокой степенью сжатия в коммерческой эксплуатации на сегодняшний день, что обеспечивает лучшую топливную экономичность для двигателя в своем классе тяги. В результате GEnx обслуживает самые протяженные маршруты Dreamliner, такие как беспосадочный рейс Qantas из Нью-Йорка в Сидней с рекордными показателями.

Выходим за рамки двигателя

За последние два десятилетия GE Aviation добилась значительных успехов в развитии авиационных технологий, выходящих за рамки реактивного движения.

В 2007 году GE приобрела Smiths Aerospace, британского поставщика интегрированных систем для производителей самолетов и компонентов двигателей. Приобретение расширило предложения GE для клиентов в авиации, добавив инновационные системы управления полетом, управление электропитанием, механические системы срабатывания и вычислительные системы бортовых платформ.Этот бизнес-сегмент получил название GE Aviation Systems.

В 2009 году GE Aviation Systems достигла важной вехи, поставив Boeing 787 Dreamliner с авиационными системами от взлета до приземления, включая общую базовую систему и систему шасси, во время первых летных испытаний самолета.

Бывшие электростанции Smiths в Вандалии, Огайо, и Челтенхэме, Англия, также открыли для GE огромный деловой потенциал в области электроснабжения и распределения электроэнергии для современных самолетов.

В 2010–2011 годах GE Aviation предприняла два смелых шага, чтобы создать для клиентов все возможности системного проектирования и моделирования. Во-первых, он основал Центр исследований и развития электроэнергетических интегрированных систем (EPISCENTER) в кампусе Дейтонского университета в Дейтоне, штат Огайо. Во-вторых, компания создала дочерний центр электроснабжения и распределения в Великобритании — Центр интеграции электроэнергии (EPIC) в кампусе GE Aviation Bishops Cleeve в Челтенхэме.

Эти центры позволили GE испытать полные электрические системы самолета, используя возможности моделирования и моделирования в области электроснабжения и распределения.

Прогресс вскоре ускорился. В 2015 году GE выиграла контракт на поставку электрической системы управления кредитами, резервного генератора и резервного преобразователя для Boeing 777X. Это была первая система генерации электроэнергии GE для коммерческого авиалайнера после многих лет снабжения энергией военных самолетов.

В 2016 году GE успешно извлекла энергию из реактивных двигателей для выработки электроэнергии для будущих требований к самолетам. С помощью НАСА и ВВС США компания GE продемонстрировала «двойную золотниковую» мощность одного мегаватта от двигателя истребителя F110, потребляя 250 киловатт от турбины высокого давления двигателя и 750 киловатт от турбины низкого давления.

Также в 2016 году GE Aviation объединила свои растущие цифровые услуги в рамках единой компании под названием GE Aviation, Digital Solutions.Широкий ассортимент цифровых продуктов компании продолжает завоевывать популярность среди авиакомпаний по всему миру при поддержке глобальной сети цифровых центров взаимодействия с клиентами. Активный переход GE к цифровым продуктам был вызван в основном приобретением в 2012 году небольшой компании Austin Digital в Остине, штат Техас, которая открыла GE новые способы использования анализа полетных данных для оптимизации полетных операций клиентов.

Приверженность бизнесу и авиации общего назначения

В начале 2008 года GE Aviation создала новую организацию, специализирующуюся на рынке деловой авиации и авиации общего назначения.Таким образом, начинается новое путешествие.

Турбовинтовые машины для бизнеса и личного пользования: от H80 до Catalyst

В том же году GE приобрела Walter Engines, чешского производителя малых турбовинтовых двигателей. Приобретение расширило предложения GE для клиентов в авиации и позволило компании сделать важный первый шаг на рынке небольших турбовинтовых самолетов.

Вскоре после этого GE выпустила новый турбовинтовой двигатель на базе двигателя Walter M601, названный GE H80, для сегментов коммунальных, сельскохозяйственных и модернизированных самолетов.Компания Thrush Aircraft выпустила H80 для установки на свой воздушный аппликатор Thrush 510G.

Это было первое применение двигателя H80 и первая установка нового двигателя в Северной Америке на базе семейства двигателей Walter M601. В 2010 году двигатель H80 успешно выполнил свой первый полет на самолете Thrush 510G.

Турбовинтовой двигатель H80 стал важным первым шагом для GE. В 2015 году GE представила турбовинтовой двигатель Catalyst для нового самолета Textron Cessna.Дизайн Catalyst основан на широком технологическом портфеле GE. Благодаря использованию трехмерного аэродинамического дизайна из программы GE9X, Catalyst имеет вдвое больший коэффициент давления, чем турбовинтовой в своем классе, и может обеспечить гораздо большую топливную экономичность и мощность.

Двигатель Catalyst также оснащен электронным двигателем и системой пропеллера, которая впервые была представлена ​​в семействе турбовинтовых H80. Система регулирует шаг двигателя и гребного винта с помощью блока FADEC. Единственный рычаг Catalyst упрощает работу пилота и увеличивает производительность без перегрузки двигателя.Система управляет шагом двигателя и гребного винта как единой системы.

Малая авиация бизнес-класса

В 2004 году GE и Honda создали совместное предприятие 50/50 под названием GE Honda Aero Engines. Совместная компания объединила ресурсы GE и Honda Aero, Inc., дочерней компании Honda, созданной для управления бизнесом по производству авиационных двигателей. Двигатель GE Honda HF120 был запущен в производство в 2006 году и выбран для установки на передовой легкий HondaJet компании Honda Aircraft.HF120 совершил первый полет в конце 2010 года и поступил в эксплуатацию в 2015 году.

Большой салон бизнес-авиации

В 2010 году компания Bombardier выбрала GE Aviation в качестве поставщика интегрированной системы силовой установки для новых самолетов бизнес-класса Global 7000 и Global 8000, начав разработку нового двигателя для бизнес-джетов GE, получившего название двигателя Passport.

Двигатель Passport еще больше усиливает присутствие GE в сегменте сверхдальних и больших салонов бизнес-авиации, в который входят самолеты, способные преодолевать расстояние до 7900 морских миль с восемью пассажирами.В двигателе используются передовые технологии как коммерческих, так и военных двигателей GE, разработанных за счет ежегодных инвестиций компании в размере 1 млрд долларов США в исследования и разработки новых технологий.

Расширение присутствия через производственный ренессанс

По мере приближения второго десятилетия нового столетия становилось все более очевидным, что GE Aviation необходимо резко расширить и модернизировать свои производственные возможности, чтобы справиться с растущим объемом заказов на коммерческие двигатели, а также для внедрения новых технологий (таких как современные материалы). в эти двигатели.

К 2014 году GE и ее партнерские компании столкнулись с отставанием в более чем 15 000 коммерческих двигателей. К 2020 году количество коммерческих реактивных двигателей стремительно приближалось к беспрецедентным 40 000 двигателей.

С 2010 по 2016 год GE Aviation инвестировала в США 4,3 миллиарда долларов в создание новых заводов и расширение существующих, включая 350 миллионов долларов в реконструкцию всемирной штаб-квартиры компании в Эвендейле, штат Огайо. Еще 1,1 миллиарда долларов было инвестировано в сеть международных офисов GE Aviation.Среди кардинальных изменений:

• Auburn Аддитивное производство: Новый завод GE в Оберне, штат Алабама, специализирующийся на крупномасштабном аддитивном производстве, с установленными рядами аддитивных машин для производства тысяч топливных форсунок для двигателя LEAP каждый год.
• Сборка двигателя в Лафайете: Новый узел двигателей в Лафайете, штат Индиана, открытый в 2016 году, производит двигатели LEAP. Завод также является специализированным цехом технического обслуживания и ремонта LEAP.
• Evendale Лаборатория CMC: Лаборатория CMC Fastworks в Эвендейле также занимается производством компонентов из композитных материалов с керамической матрицей (CMC).
• Asheville CMC Производство: В 2014 году GE открыла в Эшвилле, Северная Каролина, завод по серийному производству компонентов CMC для двигателей коммерческого и военного назначения.
• Расширение Peebles: Историческое испытательное предприятие GE Peebles в сельском округе Адамс, штат Огайо, в течение этого столетия претерпело два крупных расширения.В настоящее время в составе комплекса 11 испытательных площадок для двигателей, в том числе 2 больших закрытых.
• Хантсвилл Материалы CMC: В 2019 году GE открыла уникальный производственный комплекс в Хантсвилле, штат Алабама, для производства запатентованных материалов, используемых для создания компонентов CMC.

Взгляд в будущее

GE Aviation вступает во второе столетие своего существования в невероятном положении, чтобы еще больше расширить границы авиации. GE Aviation и ее партнерские компании, обслуживающие более 65 000 двигателей и быстро растущие, создали самый большой в мире парк действующих двигателей и создали прочную основу для бизнеса.

Инновационный портфель новых коммерческих двигателей

GE, представленных уже в этом столетии, обширен: семейства GEnx и GE9X, семейство CFM LEAP, реактивные двигатели GE Honda HF120 и Passport, а также турбовинтовые двигатели Catalyst.

На военной арене реактивные двигатели нового поколения GE и усовершенствованные турбовальные двигатели, такие как T901 и T408, устанавливают рекорды тяговых характеристик, но при этом являются более широкими возможностями для будущих авиационных систем.

Значительный прогресс в мониторинге тенденций в реальном времени и анализе полетных данных принесет дополнительную пользу эксплуатантам самолетов, поскольку GE лучше понимает, что огромные массивы цифровых полетных данных говорят о своем парке двигателей.

Обладая более чем 80 объектами, GE Aviation будет продолжать работать на мировой арене и продвигать авиацию во всех уголках земного шара.

энтропии (обновлено 25.02.10)

энтропии (обновлено 25.02.10)

Глава 6: Энтропия — новое свойство

а) Определение и оценка энтропии

Следуя Второму закону, разработанному в Глава 5 мы рассматриваем Clausius Неравенство , которое приводит к определению нового объекта Энтропия (S — кДж / К) следующим образом:

Действительно, очень странное определение, и его трудно понять. постигать.Он определяется в дифференциальном формате как обратимый теплоотдача, деленная на температуру. В попытке попробовать и поймите это мы перепишем определение следующим образом:

Это определение выгодно сравнить с эквивалентное определение работы следующее:

Таким образом, это обретает смысл. Выполненная работа требует обоих движущая сила (давление P) и движения (изменение объема d V). Мы неявно оценили проделанную работу для обратимых процессов — всегда пренебрегая трением или любой другой необратимостью.Точно так же мы можно утверждать, что теплопередача требует как движущей силы (температура T) и некоторая эквивалентная форма «движения» (изменение энтропии d S). Поскольку температуру можно рассматривать как представленный колебанием молекул, именно эта передача колебательная энергия, которую мы определяем как энтропия.

Теперь продолжим с увеличением . в Принципе энтропии , который также выводится из неравенства Клаузиуса, и утверждает, что для любого процесс, полное изменение энтропии системы или контрольного объема вместе со своим адиабатическим окружением всегда больше чем или равно нулю.Это полное изменение энтропии обозначается как Сгенерированная энтропия во время процесса (S _gen [кДж / K] или s _gen [кДж / кг.K]. Для обратимых процессов энтропия сгенерированный всегда будет нулевым.

Воспользуемся дифференциальной формой уравнения энергии вывести T. d s отношения, которые можно использовать для оценки изменение энтропии (Δs) для процессов с двухфазными жидкостями (пар, R134a, CO ₂ ), твердые вещества или жидкости, или идеальные газы.

Наконец, мы представляем удобную энтропию . Сводный лист по уравнениям , в котором резюмируются соответствующие отношения, касающиеся генерации и оценки энтропии изменения энтропии Δs. Изэнтропик Сводная таблица процессов расширяет отношения изменения энтропии для оценки изоэнтропии процессы.

Одно из важных приложений изоэнтропической процессов заключается в определении эффективности различных адиабатических составные части. К ним относятся турбины, компрессоры и авиалайнер. насадки.Таким образом, мы сделали заявление, что паровые турбины спроектирован так, чтобы быть адиабатическим, и чтобы любые тепловые потери от турбины приведет к снижению выходной мощности, однако только сейчас мы можем заявите, что идеальная турбина изоэнтропична. Это позволяет нам, чтобы оценить Adiabatic КПД (иногда обозначается как изоэнтропическая эффективность) этих компонентов, и мы расширяем лист изоэнтропического процесса с адиабатическим Сводная таблица эффективности .

Есть две диаграммы свойств энтропии в обычное использование, температура-энтропия ( T-s ) и энтальпия-энтропия ( ч-с ) Диаграммы «Молье».Мы будем обнаружили, что диаграмма h-s чрезвычайно полезна для оценки адиабатические турбины и компрессоры, и дополняет P-h диаграмму, которую мы использовали в главе 4 для оценки всей мощности пара установки или холодильные системы. Диаграмма h-s для пара представлена представлено ниже:

Важной характеристикой диаграммы h_s является что идеальную адиабатическую турбину можно удобно изобразить как вертикальная линия, позволяющая интуитивно визуально оценить производительность турбины.Определим адиабатический КПД турбины как следует:

Обратите внимание, что для самой турбины будет всегда будет увеличение энтропии, что означает, что турбина адиабатический КПД всегда будет меньше 100%.

Адиабатическая паровая турбина Пример

Рассмотрим адиабатическую паровую турбину с турбиной. адиабатический КПД η _T = 80%, при работе условия показаны на следующей диаграмме:

• a) Использование пара таблицы , определяют энтальпию и значения энтропии на станции (1) и станции (2s), предполагая, что турбина изэнтропическая.[ч ₁ = 3479 кДж / кг, с ₁ = 7,764 кДж / кг · К; h _{2 с} = 2461 кДж / кг, с _{2 с} = s ₁ ]

• б) Из определение адиабатического КПД турбины (показано на схеме), и учитывая, что η _T = 80%, определите фактические значения энтальпии и энтропии, а также температура на станции (2а). [h _2a = 2665 кДж / кг, с _2a = 8,38 кДж / кг. K, T _2a = 88 ° C]

• c) Постройте фактическую и изэнтропические турбинные процессы (станции (1) — (2a) и (1) — (2s)) на энтальпия-энтропия ч-с «Молье» диаграмму и укажите фактическую удельную работу турбины (w _a ) а также удельная работа изэнтропической турбины (w _s ) на схеме.

• г) Определите фактическую выходную мощность турбина (кВт). [1629 кВт]

График диаграммы h-s следует. Обратите внимание, что мы указали все значения энтальпии и энтропии (которые мы определяется из паровых таблиц) на участке. Это позволяет проверить осуществимость наших результатов.

Мы используем несколько более простой подход для несжимаемые жидкости, как в следующей задаче.

К сожалению, мы обнаруживаем, что при сверхкритических давлениях и температурах> 100 ° C, жидкая вода больше не ведет себя как несжимаемая жидкость, например:

Хладагент R134a Компрессоры

Одним из интересных аспектов компрессоров является то, что их можно сделать более эффективными за счет охлаждения.Причина, по которой мы все еще учитывать адиабатический КПД компрессоров, которые обычно в холодильных установках, системах кондиционирования воздуха и тепловых насосах является то, что их охлаждение считается нецелесообразным. Таким образом, идеальный компрессор (потребляющий минимум мощности) считается изэнтропический, а адиабатический КПД компрессора определяется следующим образом:

Мы также предоставили R134a энтальпия-энтропия ( час-с ) диаграмма , которую мы считаем полезной для оценка адиабатических компрессоров, которые обычно используются в системы охлаждения, кондиционирования и теплового насоса.

Мы также расширим диаграмму h-s на область идеального газа и использовать ее с пользой, когда мы рассматриваем газовую турбину и системы реактивных двигателей в части b) ниже.

К части b) энтропии — Авиационные газотурбинные двигатели

______________________________________________________________________________________

Инженерная термодинамика, Израиль Уриэли под лицензией Creative Общедоступное авторское право — Некоммерческое использование — Совместное использование 3.0 Соединенные Штаты Лицензия

Как работает турбовентиляторный двигатель?

Когда вы садитесь на борт рейса авиакомпании, вы можете не уделять много времени размышлениям о двигателях. Но они единственная причина, по которой 700 000 фунтов алюминия и пассажиры могут лететь по воздуху со скоростью 80% от скорости звука. Итак, как они работают? Давайте взглянем.

Основы

Реактивные двигатели, которые также называют газовыми турбинами, работают за счет засасывания воздуха в переднюю часть двигателя с помощью вентилятора.Оттуда двигатель сжимает воздух, смешивает с ним топливо, воспламеняет топливно-воздушную смесь и выбрасывает ее в заднюю часть двигателя, создавая тягу.

Это довольно простое объяснение того, как это работает, поэтому давайте взглянем на каждую часть реактивного двигателя, чтобы увидеть, что происходит на самом деле.

Части реактивного двигателя

Существует 4 основных типа газотурбинных двигателей, но в этом примере мы будем использовать турбовентиляторный двигатель, который является наиболее распространенным типом газотурбинных двигателей, используемых сегодня на авиалайнерах.

Вентилятор

Первая часть ТРДД — вентилятор. Это также та часть, которую вы можете увидеть, когда смотрите на переднюю часть реактивного самолета.

Вентилятор, который почти всегда состоит из титановых лопастей, всасывает огромных количеств воздуха в двигатель.

Воздух проходит через две части двигателя. Часть воздуха направляется в ядро ​​двигателя, где происходит сгорание. Остальной воздух, называемый «перепускным воздухом», перемещается по внешней стороне сердечника двигателя через воздуховод.Этот перепускной воздух создает дополнительную тягу, охлаждает двигатель и делает его тише, подавляя выхлопной воздух, выходящий из двигателя. В современных турбовентиляторных двигателях байпасный воздух создает большую часть тяги двигателя.

Компрессор

Компрессор расположен в первой части сердечника двигателя. И он, как вы, наверное, догадались, сжимает воздух .

В компрессоре, который называется «компрессором с осевым потоком», используется ряд вращающихся лопастей в форме аэродинамического профиля для ускорения и сжатия воздуха.Это называется осевым потоком, потому что воздух проходит через двигатель в направлении, параллельном валу двигателя (в отличие от центробежного потока).

По мере того, как воздух проходит через компрессор, каждый набор лопастей становится немного меньше, что добавляет воздуху больше энергии и сжатия.

Между каждым набором лопаток компрессора находятся неподвижные лопатки аэродинамической формы, называемые «статорами». Эти статоры (также называемые лопастями) увеличивают давление воздуха, преобразуя энергию вращения в статическое давление.Статоры также подготавливают воздух для входа в следующий набор вращающихся лопастей. Другими словами, они «расправляют» поток воздуха.

В сочетании пара вращающихся и неподвижных лопастей называется столиком.

Камера сгорания

Возгорание происходит в камере сгорания. Когда воздух выходит из компрессора и попадает в камеру сгорания, он смешивается с топливом и воспламеняется.

Звучит просто, но на самом деле это очень сложный процесс. Это потому, что камера сгорания должна поддерживать стабильное сгорание топливно-воздушной смеси, в то время как воздух движется через камеру сгорания с чрезвычайно высокой скоростью.

В корпусе находятся все части камеры сгорания, а внутри него диффузор — первая часть, которая действительно работает.

Диффузор замедляет выход воздуха из компрессора, облегчая его воспламенение. Купол и завихритель добавляют воздуху турбулентность, что облегчает его смешивание с топливом. А топливная форсунка, как вы, наверное, догадались, распыляет топливо в воздух, создавая топливно-воздушную смесь, которая может воспламениться.

Отсюда происходит фактическое сгорание гильзы.Вкладыш имеет несколько входных отверстий, позволяющих воздуху входить в несколько точек зоны горения.

Последняя основная часть — это воспламенитель, который очень похож на свечи зажигания в вашем автомобиле или самолете с поршневым двигателем. Как только воспламенитель зажигает огонь, он становится самоподдерживающимся, а воспламенитель выключается (хотя он часто используется в качестве резервного в плохую погоду и в условиях обледенения).

Турбина

Как только воздух проходит через камеру сгорания, он проходит через турбину.Турбина представляет собой серию лопаток в форме аэродинамического профиля, которые очень похожи на лопатки в компрессоре. Когда горячий воздух с высокой скоростью проходит над лопатками турбины, они извлекают энергию из воздуха, вращая турбину по кругу и вращая вал двигателя, с которым она связана.

Это тот же вал, к которому подсоединены вентилятор и компрессор, поэтому при вращении турбины вентилятор и компрессор в передней части двигателя продолжают всасывать больше воздуха, который вскоре смешивается с топливом и сгорает.

Сопло

Последний этап процесса происходит в сопле. Форсунка — это, по сути, выхлопной канал двигателя, из которого в спину выходит высокоскоростной воздух.

Это также та часть, где вступает в действие третий закон сэра Исаака Ньютона: на каждое действие существует равное и противоположное противодействие. Проще говоря, выталкивая воздух из задней части двигателя на высокой скорости, самолет толкает вперед.

В некоторых двигателях в выхлопном сопле есть смеситель.Это просто смешивает часть перепускного воздуха, протекающего вокруг двигателя, с горячим, сгоревшим воздухом, делая двигатель тише.

Собираем все вместе

Реактивные двигатели создают невероятную тягу, втягивая воздух, сжимая его, воспламеняя и выбрасывая назад. И все это делается очень экономно.

Итак, в следующий раз, когда вы подниметесь на борт авиалайнера, будь вы пилот впереди или едете сзади, найдите секунду, чтобы поблагодарить инженеров, благодаря которым ваш самолет мог лететь по небу на 80% скорости. звука.

Узнайте, что делает Republic как лидер отрасли здесь .

Станьте лучшим пилотом.
Подпишитесь на рассылку Boldmethod и еженедельно получайте практические советы и информацию о полетах прямо на свой почтовый ящик.

Обзор технологий современных систем фильтрации на входе газовой турбины

Система фильтрации воздуха на входе имеет важное значение для успешной работы газовой турбины.Система фильтрации защищает газовую турбину от вредного мусора в окружающем воздухе, который может привести к таким проблемам, как FOD, эрозия, загрязнение и коррозия. Если не решить эти проблемы, это приведет к сокращению срока службы и снижению производительности газовой турбины. Современные системы фильтрации состоят из нескольких ступеней фильтрации. Каждая ступень выбирается в зависимости от местных условий эксплуатации и рабочих характеристик газовой турбины. Выбор этих систем может оказаться сложной задачей.В этой статье представлен обзор соображений по выбору системы фильтрации на входе, охватывающий (1) характеристики фильтров и систем фильтрации, (2) обзор многих типов фильтров, (3) подробный обзор различных сред, в которых газовая турбина может работать, (4) процесс оценки площадки, на которой газовая турбина будет или установлена, и (5) метод сравнения различных вариантов системы фильтрации с анализом стоимости жизненного цикла.

1. Введение

Газовые турбины во время работы поглощают большое количество окружающего воздуха.По этой причине качество воздуха, поступающего в турбину, является важным фактором в работе и сроке службы газовой турбины. Система фильтрации используется для контроля качества воздуха путем удаления присутствующих вредных загрязняющих веществ. Выбор системы фильтрации может оказаться непростой задачей, поскольку необходимо учитывать множество факторов. Систему следует выбирать на основе принципа работы и целей турбины, загрязнителей, присутствующих в окружающем воздухе, и ожидаемых изменений в загрязнителях в будущем из-за временных источников выбросов или сезонных изменений.В этом документе изложены основные соображения по выбору и установке системы фильтрации на входе газовой турбины. Сначала рассматриваются последствия, которые могут возникнуть из-за неправильной фильтрации на входе, затем обсуждаются различные характеристики, после этого описываются компоненты системы фильтрации и соображения для рабочей среды, и, наконец, процедура количественного сравнения системы фильтрации на входе варианты предусмотрены.

2. Последствия плохой фильтрации на входе

Когда качество воздуха, поступающего в газовую турбину, не контролируется должным образом, может произойти несколько последствий.Ниже рассматриваются некоторые из наиболее распространенных механизмов деградации, включая эрозию, загрязнение и коррозию.

2.1. Эрозия

Эрозия возникает, когда твердые или жидкие частицы размером приблизительно 10 мкм м и более сталкиваются с вращающимися или неподвижными поверхностями в газовой турбине. Частицы будут сталкиваться с поверхностью и удалять крошечные частицы металла, что в конечном итоге приведет к изменению геометрии поверхности. Это изменение геометрии вызывает отклонения в траектории воздушного потока, придание шероховатости гладким поверхностям, изменение зазоров и уменьшение площадей поперечного сечения металлических компонентов, возможно, в областях с высоким напряжением.Эрозия — это необратимый процесс; поэтому компоненты газовой турбины необходимо заменить, чтобы восстановить их первоначальное состояние. Однако частицы размером 10 мкм мкм и более легко удаляются коммерческими фильтрами [1–3].

2.2. Обрастание

Загрязнение лопаток компрессора — важный механизм, ведущий к ухудшению характеристик газовых турбин со временем. Загрязнение вызвано прилипанием частиц к аэродинамическим профилям и поверхностям межтрубного пространства. Частицы, вызывающие загрязнение, обычно имеют размер менее 2-10 мкм мкм.Дым, масляные туманы, углерод и морские соли являются типичными примерами. Загрязнение можно контролировать с помощью соответствующей системы фильтрации воздуха и часто в некоторой степени обратить вспять с помощью промывки компонентов детергентом. На адгезию влияет масляный или водяной туман. В результате нарост материала вызывает повышенную шероховатость поверхности и до некоторой степени изменяет форму аэродинамического профиля (если нарост материала образует более толстые слои отложений). Загрязнение, в свою очередь, вызывает снижение производительности газовой турбины.

Коммерческие фильтры могут удалять большинство частиц, вызывающих засорение. Но есть несколько субмикронных частиц, которые сложно удалить из потока. Накопление частиц, не удаленных системой фильтрации на входе, удаляется с помощью промывки компрессора. Этот процесс восстанавливает большую часть производительности компрессора, но не может вернуть газовую турбину в исходное состояние [1–5].

2.3. Коррозия

При налипании химически активных частиц на поверхности газовой турбины может возникнуть коррозия.Коррозия, возникающая в компрессорной секции, называется «холодная коррозия» и возникает из-за влажных отложений солей, кислоты и агрессивных газов, таких как хлор и сульфиды. Коррозия в камерах сгорания и турбинных секциях называется «горячей коррозией». Это также называют высокотемпературной коррозией. Горячая коррозия требует взаимодействия металлической поверхности с другим химическим веществом при повышенных температурах. Горячая коррозия — это форма ускоренного окисления, которая возникает в результате химической реакции между компонентом и расплавленными солями, осаждаемыми на его поверхности.Горячая коррозия представляет собой сложную серию химических реакций, из-за чего скорость коррозии очень трудно предсказать. Это ускоренное окисление сплавов, вызванное отложением солей (например, Na ₂ SO ₄ ). Тип I или высокотемпературная горячая коррозия происходит в диапазоне температур от 1346 до 1742 ° F (от 730 до 950 ° C). Коррозия типа II или низкотемпературная горячая коррозия происходит в диапазоне температур от 1022 до 1346 ° F (от 550 до 730 ° C). Некоторые из наиболее распространенных форм горячей коррозии — это сульфидирование, азотирование, хлорирование, науглероживание, а также горячая коррозия ванадием, калием и свинцом.Сульфидирование Горячая коррозия требует взаимодействия поверхности металла с сульфатом натрия или сульфатом калия, солями, которые могут образовываться в газовых турбинах в результате реакции оксидов серы, воды и хлорида натрия (поваренная соль) или хлорида калия, соответственно. Обычно ее разделяют на горячую коррозию типа I и типа II, причем горячая коррозия типа I имеет место выше температуры плавления сульфата натрия (1623 ° F (884 ° C)), а тип II — ниже этой температуры. Горячая коррозия вызывается диффузией серы из расплавленного сульфата натрия в металлическую основу, что предотвращает образование защитной пленки окисления и приводит к быстрому удалению поверхностного металла.Следует отметить, что для возникновения горячей коррозии и сера, и соль (например, хлорид натрия или хлорид или хлорид калия) должны присутствовать в потоке очень горячего газа в камере сгорания и после нее. Сера и соль могут поступать из поступающего воздуха, из топлива или воды (если впрыскивается вода). Механизм горячей коррозии калия подобен сульфидированию, но менее часто наблюдается в газовых турбинах, если топливо не содержит значительных количеств калия.

Коррозия — это необратимый механизм деградации.Следовательно, корродированные компоненты необходимо заменить, чтобы восстановить исходные характеристики газовой турбины. Коррозия также инициирует или продвигает другие механизмы повреждения в газовой турбине. Например, коррозия может проникать в трещины или другие дефекты материала и ускорять распространение трещин [1–3].

3. Фильтрующие характеристики

3.1. Механизмы фильтрации

Фильтры в системе фильтрации используют множество различных механизмов для удаления загрязняющих веществ из воздуха. Фильтрующий материал, размер волокна, плотность упаковки материала, размер частиц и электростатический заряд влияют на то, как фильтр удаляет загрязнения.Каждый фильтр обычно имеет различные механизмы, работающие вместе для удаления загрязнений. На рисунке 1 показаны четыре механизма фильтрации.

Первый механизм фильтрации — инерционный. Этот тип фильтрации применим к частицам диаметром более 1 мкм м. Инерция крупных тяжелых частиц в потоке потока заставляет частицы продолжать движение по прямому пути, поскольку поток потока движется вокруг волокна фильтра. Затем частицы ударяются и прикрепляются к фильтрующему материалу и удерживаются на месте, как показано на верхнем рисунке Рисунка 1.Этот тип механизма фильтрации эффективен в высокоскоростных системах фильтрации.

Следующий механизм фильтрации, диффузия, эффективен для очень мелких частиц, обычно размером менее 0,5 мкм мкм. Эффективность увеличивается с уменьшением скорости потока. Мелкие частицы взаимодействуют с соседними частицами и молекулами газа. Траектория мелких частиц случайным образом колеблется относительно основного потока, особенно в турбулентном потоке. Когда эти частицы диффундируют в потоке, они сталкиваются с волокном и захватываются.Чем меньше размер частицы и ниже скорость потока через фильтрующий материал, тем выше вероятность захвата частицы.

Следующие два механизма фильтрации являются наиболее известными: перехват и просеивание. Перехват происходит с частицами среднего размера, которые недостаточно велики, чтобы покинуть путь потока из-за инерции, или недостаточно малы, чтобы диффундировать. Частицы будут следовать за потоком потока, где они коснутся волокна в фильтрующем материале и будут улавливаться и удерживаться.Просеивание — это ситуация, когда пространство между волокнами фильтра меньше, чем сама частица, что заставляет частицу улавливаться и удерживаться.

Другой механизм, не показанный на рисунке 1, — это электростатический заряд. Этот тип фильтрации эффективен для частиц размером от 0,01 до 1 мкм м (рис. 2). Фильтр работает за счет притяжения частиц к заряженному фильтру. В газовых турбинах этот заряд подается на фильтр перед установкой в ​​результате производственного процесса.Фильтры всегда со временем теряют свой электростатический заряд, потому что частицы, захваченные на их поверхности, занимают заряженную площадь поверхности, нейтрализуя их электростатический заряд. По мере потери заряда эффективность фильтрации мелких частиц снижается. С другой стороны, когда фильтр загружен, эффективность фильтрации увеличивается, тем самым в некоторой степени противодействуя эффекту потери заряда. Это компенсирует некоторую потерю эффективности фильтрации из-за потери заряда. На рисунке 2 показано сравнение общей эффективности фильтра на основе различных применяемых механизмов фильтрации.На рисунке показана разница между кривой эффективности фильтра до и после потери заряда. Характеристики фильтра должны основываться на разряженном состоянии [6, 7].

3.2. Эффективность фильтра и классификация

Эффективность фильтра — это широкий термин. В общем, эффективность фильтра — это отношение веса, объема, площади или количества частиц, захваченных фильтром, к весу, объему, площади или количеству частиц, попадающих в фильтр, соответственно.Общий расчет КПД показан в (1), где 𝑊 — переменная, для которой рассчитывается КПД. Эффективность можно выразить несколькими способами: максимальное, минимальное или среднее значение срока службы. Многие фильтры плохо справляются с мелкими частицами в начале своего срока службы, но по мере того, как фильтрующий материал насыщается частицами, он способен улавливать более мелкие частицы. В этом случае средний КПД будет фактически выше, чем начальный КПД. Некоторые фильтры никогда не достигнут заявленной максимальной эффективности, пока они не будут заменены = вход − 𝑊 выход𝑊 вход ∗ 100%.(1)

Эффективность фильтра — это компромисс с потерей давления на фильтре. Обычно потеря давления в системе фильтрации увеличивается с увеличением эффективности фильтрации. По мере того, как фильтры становятся более эффективными, через них проникает меньше пыли. Кроме того, воздушный поток более ограничен фильтрами с более высокой эффективностью. Это приводит к более высокой потере давления. Инженеры по фильтрам должны определить приемлемые потери давления и эффективность для своего применения. Исследования показали, что более высокая потеря давления из-за использования высокоэффективного фильтра оказывает меньшее влияние на снижение мощности газовой турбины, чем плохое качество воздуха на входе.

Эффективность фильтра нельзя назвать общей характеристикой. Эффективность фильтра зависит от размера частиц, обычно она ниже для мелких частиц и выше для крупных. Они также меняются в зависимости от рабочей скорости. Фильтры, предназначенные для средних и низких скоростей, будут иметь плохие характеристики при более высоких скоростях, и наоборот. Следовательно, диапазон размеров частиц и скорость потока должны быть связаны с заявленной эффективностью. Например, фильтр может иметь 95-процентную эффективность фильтрации для частиц размером более 5 мкм м при объемном расходе 3000 кубических футов в минуту (5097 м ³ / ч), но эффективность может быть снижена до менее 70 процентов для частиц. менее 5 мкм м или при объемном расходе 4000 кубических футов в минуту (6796 м ³ / ч).

Фильтры

рассчитаны на рабочие характеристики в соответствии со стандартами, установленными в Соединенных Штатах Америки и Европе. Эти рейтинги фильтров основаны на результатах стандартных тестов производительности. В США стандарт ASHRAE 52.2: 2007 определяет требования к тестам производительности и методологию расчета эффективности. В этом стандарте эффективности определены для различных диапазонов размеров частиц. Фильтру присваивается рейтинг минимального отчетного значения эффективности (MERV), основанный на его характеристиках в диапазонах размеров частиц (эффективность подсчета частиц) и удерживающей способности (весовая эффективность).Удержание веса представляет собой сравнение веса пыли, проникающей через фильтр, с пылью, подаваемой в поток. В этом стандарте фильтр с MERV, равным 10, будет иметь минимальную эффективность от 50 до 65 процентов для частиц размером от 1 до 3 мкм мкм и более 85 процентов для частиц размером от 3 до 10 мкм мкм [8, 9 ].

Для определения производительности используются европейские стандарты EN 779: 2002 и EN 1822: 2009. EN 779: 2002 используется для оценки фильтров грубой и тонкой очистки.В стандарте EN 1822: 2009 представлена ​​методика определения характеристик высокоэффективных фильтров: эффективных воздушных фильтров для твердых частиц (EPA), высокоэффективных воздушных фильтров для твердых частиц (HEPA) и воздушных фильтров для сверхнизких твердых частиц (ULPA). В стандарте EN 779: 2002 производительность определяется при средней эффективности отделения, которая представляет собой среднее значение эффективности удаления 0,3 мкм мкм частиц при четырех испытательных расходах (эффективность подсчета частиц) для фильтров тонкой очистки и со средней задерживающей способностью (весовая эффективность ) для фильтров грубой очистки.Этот стандарт присваивает фильтрам буквенное и цифровое обозначение: от G1 до G4 (фильтры грубой очистки) и от F5 до F9 (фильтры тонкой очистки). Эффективность фильтра определяется на основе эффективности по размеру наиболее проникающих частиц (MPPS) в стандарте EN 1822: 2009. MPPS определяется как размер частиц, который имеет минимальную эффективность фильтрации или максимальное проникновение во время испытания фильтра. Испытанные размеры частиц находятся в диапазоне от 0,15 до 0,3 мкм мкм. Эффективность фильтра рассчитывается на основе количества частиц. Эти фильтры имеют рейтинг от E10 до E12 для фильтров типа EPA, от h23 до h24 для фильтров типа HEPA и от U15 до U17 для фильтров ULPA.Таблица 1 дает общий обзор эффективности для каждого рейтинга фильтра и сравнение рейтингов фильтров между американскими и европейскими стандартами [10–16].

9069 ≤ 85–95 9069 ASHRAE 52.2: 2007 [10] EN 779: 2002 [11] EN 1822: 2009 [12–16] класс ASHRAE Средняя эффективность по размеру частиц в микронах (%) Класс фильтра EN E 1 E 2 E 3 Средняя эффективность разделения (A м ) Средняя эффективность разделения (E м ) Общая эффективность фильтрации при разделении (%) Эффективность локальной фильтрации (%) MERV 0.3–1,0 1,0–3,0 3,0–10,0 1 <20 G8 50704 2 <20 3 <20 G2 65 ≤ A 4 м 4 9069 <20 5 20–35 G3 80 ≤ A м <90 6 35–50 7 50–70 G4 90 ≤ A м 8 > 70 9 <50 > 85 F5 40 ≤ E м <60 10 50–65 > 85 11 65–80 > 85 F6 60 ≤ E м <80 12 > 80 > 90 13 <75 > 90 > ≤ E м <90 14 75–85 > 90 > 90 F8 90 ≤ E м <95 > 90 > 90 F9 95 ≤ E м E10 85 > 95 > 95 E11 95 E12 99.5 17 h23 99,95 99,75 18 19 h24 99,995 99.975 20 U15 99.9995 99,9975 U16 99,99995 99,99975 U17 99,999995 99,9999

Примечание. Корреляция между стандартами ASHRAE и EN является приблизительной.

Если двигатель поглощает 220 фунтов / год (100 кг / год) загрязняющих веществ при отсутствии системы фильтрации в типичном оффшорном применении, фильтр F5 снизит это количество примерно до 46 фунтов / год (21 кг / год). ), фильтр F6 до 13 фунтов / год (6 кг / год), система фильтров F7 / E10 до 0.44 фунта / год (0,20 кг / год), а для системы F7 / F9 / E10 — всего 0,11 фунта / год (0,05 кг / год). Это указывает на два вывода: в то время как крупные частицы влияют на деградацию загрязнения, значительная их часть приходится на более мелкие частицы. На общее поступление загрязняющих веществ можно повлиять на несколько порядков при использовании соответствующей системы фильтрации воздуха. Кроме того, с системами фильтрации этого типа практически нет частиц размером более нескольких микрон, попадающих в двигатель [17].

3.3. Потеря давления на фильтре

Как упоминалось выше, более высокая потеря давления происходит с более эффективным фильтром из-за ограничений воздушного потока. Потеря давления оказывает прямое влияние на характеристики газовой турбины, так как вызывает снижение давления на входе компрессора. Чтобы компрессор преодолел потери в системе впуска, газовая турбина будет потреблять больше топлива, а также будет иметь пониженную выходную мощность. По мере увеличения потери давления мощность уменьшается, а скорость нагрева линейно увеличивается. Снижение потери давления на 0,2 дюйма вод.ст. (50 Па) может привести к 0.Повышение выходной мощности на 1 процент. Типичные потери давления во входных системах фильтрации могут составлять от 2 до 6 дюймов вод. Ст. (От 500 до 1500 Па) [18].

Характеристики фильтра необходимо оценивать по всему диапазону потерь давления в течение его срока службы, а не только в новом. Потеря давления будет увеличиваться в течение срока службы фильтра. Следовательно, можно ожидать снижения производительности газовой турбины в течение срока службы фильтра, или фильтры придется периодически менять или очищать, чтобы поддерживать низкие потери давления.Изменение потери давления во времени сильно зависит от выбора фильтра, а также от типа и количества загрязнителей.

3.4. Загрузка фильтра (поверхность или глубина)

Во время работы, когда фильтр собирает частицы, он медленно загружается, пока не достигнет «полного» состояния. Это состояние обычно определяется как достижение фильтром заданной потери давления или когда заканчивается интервал технического обслуживания. Фильтры загружаются двумя способами: поверхностной и глубинной.

Глубинная загрузка — это тип фильтрации, при котором частицы задерживаются внутри фильтрующего материала.Чтобы восстановить первоначальную потерю давления или состояние, необходимо заменить фильтр.

Другой тип фильтра — фильтр с поверхностной загрузкой. При таком типе загрузки частицы собираются на поверхности фильтра. Небольшое количество частиц может проникнуть в волокнистый материал, но не настолько, чтобы потребовать замены фильтра. Фильтры с поверхностной загрузкой чаще всего используются в самоочищающихся системах, но не ограничиваются ими, потому что пыль можно легко удалить импульсами воздуха, когда перепад давления в фильтре достигнет определенного уровня.После очистки фильтра потеря давления на фильтре будет близка к исходному состоянию. Эффективность фильтра с поверхностной загрузкой фактически увеличивается по мере того, как поверхность загружена пылью, потому что на поверхности материала образуется пылевой корок, создавая дополнительный фильтрующий слой, а также уменьшается количество доступного проходного сечения в фильтрующем материале [19, 20 ].

3.5. Face Velocity

Системы фильтрации четко подразделяются на системы с высокой, средней или низкой скоростью.Скорость системы фильтрации определяется как фактический объемный расход воздуха, деленный на общую площадь поверхности фильтра. В низкоскоростных системах поток воздуха на поверхности фильтра составляет менее 500 футов / мин (2,54 м / с). Средние скорости находятся в диапазоне от 610 до 680 фут / мин (от 3,1 до 3,45 м / с). В высокоскоростных системах поток воздуха на поверхности фильтра превышает 780 футов / мин (4 м / с).

3.5.1. Высокоскоростные системы

Исторически высокоскоростные системы использовались на морских судах и морских платформах, где пространство и вес имеют большое значение.Однако сегодня системы с низкой, средней и высокой скоростью используются в морских и морских установках. Преимуществами высокоскоростных систем являются уменьшенный размер (площадь поперечного сечения), вес и начальная стоимость. Эффективность фильтрации мелких частиц значительно ниже, чем у систем с более низкой скоростью, а пылеулавливающая способность ниже.

В высокоскоростных системах обычно используются лопастные сепараторы перед фильтрующим материалом, а часто и после него, для удаления воды из воздушного потока.Для эффективной работы лопаток необходимы более высокие скорости потока. В конечном счете, этот тип системы требует большего количества замен фильтров по сравнению с более низкоскоростной системой аналогичной производительности [21, 22].

3.5.2. Низкоскоростные системы

Низкоскоростные системы являются стандартом для наземных приложений; однако высокоскоростные системы также используются в некоторых прибрежных приложениях. Низкоскоростные системы характеризуются большой площадью входной поверхности, большими корпусами фильтров и, как правило, несколькими ступенями фильтров.Двух- или трехступенчатые фильтры имеют преимущество перед высокоскоростными системами, поскольку они имеют высокоэффективную ступень фильтрации в качестве конечной ступени для удаления множества мелких частиц (особенно соли) размером менее 1 мкм м. Недавно разработанные фильтрующие материалы также могут препятствовать проникновению воды в среду и, таким образом, в газовую турбину. Более низкая скорость также обеспечивает меньшую потерю давления или более высокую эффективность фильтрации. Использование предварительных фильтров для удаления большинства частиц продлевает срок службы высокоэффективных фильтров.В целом, низкоскоростные системы могут быть более эффективными при уменьшении массы загрязняющих веществ, попадающих в систему, тем самым увеличивая интервалы водной промывки двигателя (рис. 3).

3.6. Воздействие воды и соли

Во многих средах, в которых работают газовые турбины, будет влажная среда. Это может быть тропическая среда, где идут дожди в течение значительного времени, или прибрежное место с океаном или озерным туманом. Таблица 2 представляет собой список различных типов влаги с указанием размера их частиц.Разница между работой фильтра во влажных и сухих условиях может быть значительной. В некоторых случаях потеря давления на фильтре может значительно увеличиться даже при небольшом количестве влаги. Это верно для фильтров из целлюлозного волокна, которые разбухают во влажном состоянии. Эти фильтры также будут удерживать влагу, что может привести к увеличению потерь давления на фильтре в течение длительного времени.

дым 0.01 до 2 Описание Размер жидкости ( мкм м) Влажность влажность Аэрозоли для градирни От 1 до 50 Водяной туман 1 до 50 Облака и туман 2 до 150 Водяной туман ) от 10 до 500 Морось от 50 до 400 Дождь от 400 до 1000

9 прямое влияние на срок службы газа турбина, если ее не снять должным образом.Он часто попадает в двигатель, растворенный в водяных брызгах. Соль может привести к загрязнению и коррозии. Производители газовых турбин обычно рекомендуют строгие критерии в отношении количества соли, которая может попасть в газовую турбину (менее 0,01 ppm). В прибрежных районах содержание соли в воздухе может легко варьироваться от 0,05 до 0,5 промилле в обычный день. Если система фильтрации не оборудована для обработки соли, она может попасть в компрессор и горячую часть газовой турбины. Соль присутствует в воздухе в виде солевой пыли или растворена в морской воде и содержит хлорид натрия, хлорид магния и сульфат кальция.Соль также может поступать из локализованных источников, таких как сухой солевой слой [2, 23]. Соль на лопатках компрессора должна быть удалена путем промывки водой или прямой чисткой лопастей.

4. Компоненты системы фильтрации

Для защиты газовой турбины от различных загрязнений, присутствующих в окружающем воздухе, используется несколько устройств фильтрации. Ниже рассматривается каждое из устройств, используемых в современных системах фильтрации.

4.1. Защита от непогоды и сетки для мусора

Защитные жалюзи или козырьки и сетки для мусора являются наиболее простыми из механизмов фильтрации, но они важны для уменьшения количества влаги и твердых загрязнителей, которые попадают в основную систему фильтрации.Они не классифицируются как фильтры, но являются частью системы фильтрации и помогают удалять крупные предметы или загрязняющие вещества, переносимые потоком.

Козырьки от атмосферных воздействий представляют собой покрытия из листового металла на входе в систему фильтрации (см. Рисунок 4). Отверстие кожуха направлено вниз, поэтому окружающий воздух должен поворачиваться вверх, чтобы попасть во входную систему фильтрации. Переворачивание воздуха эффективно снижает проникновение дождя и снега. Кожухи и жалюзи используются в большинстве систем фильтрации на входе, и они необходимы для систем в районах с большим количеством осадков или снега.Для всех систем с высокоэффективным фильтром настоятельно рекомендуется использовать козырьки или другую аналогичную систему защиты от атмосферных воздействий.

После погодозащищенного кожуха находится серия поворотных лопаток, называемых погодными заслонками, которые перенаправляют воздух так, чтобы он поворачивался. Погодные жалюзи также эффективно снижают проникновение воды и снега. После непогоды вытяжка или жалюзи — это сетка для мусора или насекомых. Экраны для мусора захватывают большие куски бумаги, картона, пакетов и других предметов.Экраны также отражают птиц, листья и насекомых. Сетки, которые устанавливаются специально для предотвращения попадания насекомых в систему фильтрации, называются сетками от насекомых. Эти экраны будут иметь более мелкую сетку, чем экраны для мусора. Козырьки от погодных условий, жалюзи, сетки для мусора и сетки от насекомых используются в большинстве систем фильтрации из-за их недорогой стоимости и конструкции, а также незначительной потери давления [9].

4.2. Защита от обледенения

Защита от обледенения используется в климатических условиях с морозной погодой.Морозный климат с дождем или снегом может вызвать обледенение входных компонентов, что может привести к физическому повреждению входных каналов или компрессора газовой турбины. Этот лед также может повлиять на работу газовой турбины. Если на фильтрующих элементах образуется лед, то лед на этих фильтрах будет блокировать путь потока, что приведет к увеличению скорости на других фильтрах. Это вызывает снижение эффективности фильтрации. Также могут быть повреждены фильтрующие элементы со льдом. На рис. 5 показан пример образования льда на фильтрах из-за сноса градирни.

Нагреватели, стравливающий воздух компрессор или самоочищающиеся фильтры часто используются во впускной системе в холодных условиях для предотвращения образования льда на впускном патрубке или фильтрующих элементах. Следует отметить, что любое место во впускной системе (даже за системой фильтрации), которое создает перепад давления, потенциально может иметь образование льда. На некоторых предприятиях входные направляющие лопатки (IGV) используются для управления потоком при работе с частичной нагрузкой. Если IGV частично закрыты, то при правильных погодных условиях в этом месте может образоваться лед.Чтобы предотвратить нарастание льда в этой ситуации, может потребоваться ограничить приближение IGV или предусмотреть средства для нагрева входящего воздуха, чтобы избежать образования льда.

4.3. Инерционные сепараторы

Инерционное разделение использует преимущества физических принципов импульса, силы тяжести, центробежных сил и столкновения, а также физической разницы между фазами, чтобы заставить частицы перемещаться из газового потока таким образом, чтобы они могли уноситься. или осушен. Более высокий импульс частиц пыли или воды, содержащихся в воздушном потоке, заставляет их двигаться вперед, в то время как воздух может быть отведен к боковым портам и выходить по другому пути, чем пыль.Существует много типов инерционных сепараторов, но обычно для фильтрации на входе газовой турбины используются лопастные и циклонные сепараторы [7, 9].

4.4. Коалесцеры влаги

В средах с высокой концентрацией жидкой влаги в воздухе необходимы коалесцеры для удаления жидкой влаги. Коалесцер улавливает мелкие капли воды своими волокнами. По мере захвата частицы они соединяются с другими частицами, образуя более крупные капли воды.Коалесцеры предназначены для того, чтобы капли либо стекали через фильтр, либо возвращались обратно в поток. Если высвобождаются более крупные капли, они улавливаются сепаратором ниже по потоку. На рисунке 6 показан пример того, как распределение капель по размеру изменяется в коалесцере, который выпускает капли [7, 9].

4.5. Предварительные фильтры

Воздух содержит смесь крупных и мелких частиц. Если используется одноступенчатый высокоэффективный фильтр, накопление крупных и мелких твердых частиц может быстро привести к увеличению потерь давления и нагрузке на фильтр.Предварительные фильтры используются для увеличения срока службы высокоэффективного фильтра, расположенного ниже по потоку, за счет улавливания более крупных твердых частиц. Следовательно, высокоэффективный фильтр должен удалять только более мелкие частицы из воздушного потока, что увеличивает срок службы фильтра. Предварительные фильтры обычно улавливают твердые частицы размером более 10 мкм мкм, но некоторые предварительные фильтры также улавливают твердые частицы размером от 2 до 5 мкм мкм. Эти фильтры обычно состоят из синтетического волокна большого диаметра в одноразовой рамной конструкции.Карманные фильтры также обычно используются для предварительных фильтров. Они имеют большую площадь поверхности, что снижает потери давления на фильтре [7, 9]. Во многих установках предварительные фильтры можно заменять без остановки двигателя.

4.6. Высокоэффективные фильтры

Как обсуждалось выше, существуют фильтры для удаления крупных твердых частиц, которые предотвращают эрозию и FOD. Более мелкие частицы, которые приводят к коррозии, загрязнению и закупорке охлаждающего канала, удаляются с помощью высокоэффективных фильтров.Эти типы фильтров имеют среднее расстояние более 80 процентов. Три распространенных типа высокоэффективных фильтров — это EPA, HEPA и ULPA. Фильтры EPA и HEPA определены как имеющие минимальную эффективность 85 процентов и 99,95 процентов соответственно для всех частиц размером более или равных 0,3 мкм мкм. Фильтры ULPA имеют минимальную эффективность 99,9995% для частиц того же размера или более 0,12 мкм мкм [11–16]. Часто эти названия используются нечетко при обсуждении высокоэффективной фильтрации.Однако большинство высокоэффективных фильтров, используемых для фильтрации на входе газовой турбины, не удовлетворяют этим требованиям.

В высокоэффективных фильтрах газовых турбин используется гофрированный материал, увеличивающий площадь поверхности. Для достижения высокой эффективности фильтрации поток через волокно фильтра сильно ограничен, что приводит к большим потерям давления, если только торцевая скорость не поддерживается на низком уровне. Складки помогают снизить потерю давления. Начальная потеря давления на высокоэффективных фильтрах может составлять до 1 дюйм вод. Ст. (250 Па) с конечной потерей давления в диапазоне 2.5 дюймов вод. Ст. (625 Па) для прямоугольных фильтров и 4 дюйма вод. Ст. (2000 Па) для картриджных фильтров. На срок службы фильтров сильно влияют другие формы фильтрации на входе. Если есть этапы фильтрации для удаления более крупных твердых частиц и жидкой влаги, то эти фильтры будут иметь более длительный срок службы. Минимальная фильтрация перед высокоэффективными фильтрами приведет к более частой замене или очистке. Высокоэффективные фильтры оцениваются по различным стандартам. Большинство фильтров, используемых в газовых турбинах, не классифицируются как EPA, HEPA или ULPA.Фильтры, используемые в газовых турбинах, соответствуют требованиям ASHRAE 52.2: 2007 и EN 779: 2002.

Существует много различных конструкций фильтров высокоэффективного типа: прямоугольные, цилиндрические / картриджные и рукавные. Прямоугольные высокоэффективные фильтры конструируются путем складывания непрерывного листа материала в близко расположенные складки в прямоугольной жесткой раме. Прямоугольные фильтры загружаются по глубине; поэтому, как только они достигают максимально допустимой потери давления, их следует заменить. Два примера прямоугольных высокоэффективных фильтров показаны на рисунке 7.Высокоэффективные фильтры также могут быть изготовлены из материалов, которые не позволяют воде просачиваться через фильтрующие материалы.

Картриджные фильтры также состоят из близко расположенных складок, но они имеют форму круга (рис. 8). Воздух поступает в картридж радиально. Устанавливаются горизонтально или вертикально (свешиваются вниз). Эти типы фильтров могут иметь глубинную или поверхностную загрузку. Фильтры с поверхностной загрузкой обычно используются с системой самоочистки, но не все из них предназначены для самоочистки.Картриджные фильтры, используемые в самоочищающихся системах, требуют более прочной конструкции, чтобы защитить волокнистую фильтрующую среду во время обратных воздушных импульсов. Более распространенной структурной опорой является проволочная сетка вокруг гофрированного материала внутри и снаружи фильтра. Фильтры, показанные на Рисунке 8, предназначены для самоочищающейся системы , а не , поскольку снаружи фильтра нет конструктивных опор. Самоочищающиеся системы фильтрации обсуждаются в следующем разделе [7, 9].

4.7. Самоочищающиеся фильтры

Все фильтры с волокнистым наполнителем, рассмотренные ранее, подлежат замене по истечении срока их службы. В некоторых средах количество загрязняющих веществ может быть чрезмерным до такой степени, что ранее описанные фильтры пришлось бы часто заменять для удовлетворения требований к фильтрации. Ярким примером одной из таких сред является пустыня с песчаными бурями. В 1970-х годах система самоочищающейся фильтрации была разработана для Ближнего Востока, где газовые турбины подвержены частым песчаным бурям.С тех пор эта система постоянно развивалась и использовалась для фильтрации воздуха на входе в газовые турбины.

Система самоочистки работает в основном с высокоэффективными картриджными фильтрами с поверхностной загрузкой. Нагрузка на поверхность позволяет легко удалять пыль, скопившуюся при обратных импульсах воздуха (Рисунок 9). Потери давления на каждом фильтре постоянно контролируются. Как только потеря давления достигает определенного уровня, фильтр очищается импульсами воздуха. Давление воздушных импульсов колеблется от 80 до 100 фунтов на квадратный дюйм (5.От 5 до 6,9 бар изб.). Обратный поток сжатого воздуха (или импульс) возникает в течение времени от 100 до 200 мс. Чтобы избежать нарушения потока и ограничить потребность в сжатом воздухе, система обычно подает импульсы только 10 процентам элементов в заданное время. С помощью этого типа очистки фильтр можно вернуть почти в исходное состояние [19, 24].

4.8. Поэтапная фильтрация

Для любой газовой турбины обычно требуется более одного типа фильтров, и не существует «универсальных фильтров», которые удовлетворяли бы все потребности.Поэтому используются двухступенчатые или трехступенчатые системы фильтрации. В этих конструкциях сначала можно использовать предварительный фильтр или погодные жалюзи для удаления эрозионных загрязнений, дождя и снега. Второй может быть фильтром с низкой или средней производительностью, выбранным для типа присутствующих частиц более мелкого размера, или коалесцирующим агентом для удаления жидкостей. Третий фильтр обычно представляет собой высокопроизводительный фильтр для удаления из воздуха более мелких частиц размером менее 2 мкм м. На рисунке 10 показан общий вид фильтрующего устройства.Такое расположение не является правильным для всех случаев из-за того, что ступени фильтрации сильно зависят от окружающей среды, в которой они работают.

5. Рабочая среда

Выбор системы фильтрации на входе должен в первую очередь зависеть от среда, в которой он работает. Сюда входят загрязнители в окружающем воздухе от окружающей растительности, погодные явления, местные выбросы, временные выбросы и сезонные изменения. Ниже рассмотрены несколько различных распространенных сред с их типичными загрязнителями.

5.1. Прибрежные, морские или оффшорные

Газовые турбины, работающие вблизи или на берегу океана, классифицируются как прибрежные, морские или оффшорные. Газовая турбина находится в прибрежной среде, когда газовая турбина установлена ​​на суше и в пределах 10 миль (16 км) от океана. На расстоянии примерно от 8 до 12 миль (от 13 до 19 км) от береговой линии концентрация соли в воздухе падает до естественного фонового уровня для окружающей среды вдали от океана [23].Прибрежная и морская среда определяется как находящаяся в центре океана. Газовая турбина рассматривается в морской среде, если она расположена на расстоянии не менее 100 футов (30,5 м) от поверхности океана. Газовые турбины, расположенные ниже 100 футов (30,5 м), считаются находящимися в морской среде.

Основным загрязнителем, вызывающим озабоченность в прибрежной, морской и прибрежной среде, является соль. Соль, как обсуждалось ранее, может привести к загрязнению и коррозии. В этих средах преобладает соль из-за морской воды.В прибрежной среде он присутствует в виде сухих загрязнителей (области с более низкой влажностью), липких загрязнителей (влажность от 40 до 70 процентов) или жидких аэрозолей (влажность более 70 процентов) [2]. В морской среде соль обычно присутствует в виде липких частиц или в жидком состоянии. В морской среде (ближайшей к поверхности океана) соль присутствует в виде жидкого аэрозоля. Во всех этих средах количество соли зависит от скорости и направления ветра, а также от высоты газовой турбины.

В прибрежной среде также присутствуют наземные загрязнители, которые необходимо удалять из воздуха. Они будут рассмотрены более подробно ниже. В морской среде присутствуют промышленные загрязнители, такие как выхлопные газы, побочные продукты обслуживания (например, пыль от дробеструйной очистки) и несгоревшие углеводороды от факелов. Многие из этих частиц имеют субмикронный размер; поэтому часто используется высокоэффективная фильтрация. В морской среде чаще всего не так много дополнительных загрязнителей, которые нужно удалить из воздуха.Однако, когда судно приближается к берегу, могут присутствовать загрязнители с суши. Кроме того, часто вызывает беспокойство обледенение в более холодных условиях. Обледенение также может быть проблемой в прибрежной и прибрежной среде.

Система фильтрации для прибрежной среды аналогична системе фильтрации для наземной среды, которая будет рассмотрена позже. Однако в прибрежной среде важно иметь туманоуловители для удаления воды и соленой воды и высокоэффективную фильтрацию для удаления солей.Система фильтрации в морской среде аналогична прибрежной системе фильтрации, но может иметь повышенную скорость воздуха из-за ограничений по размеру и весу. Система фильтрации на морском судне чаще всего состоит из системы лопастей-коагулянтов. Эта система имеет два осевых сепаратора с лопастями с коагулятором между ними. Эта система представляет собой высокоскоростную систему, предназначенную для удаления соленой воды. Он имеет ограниченную способность удалять твердые частицы [2, 23, 25, 26].

5.2. Наземная среда

Наземная среда очень разнообразна. Его можно классифицировать по-разному в зависимости от погодных условий, растительности и местных источников выбросов. Ниже описаны несколько наземных сред.

5.2.1. Пустыня

Пустыня классифицируется как область с сухим и жарким климатом. Присутствует большое количество пыли и мало растительности. Песчаные бури являются обычным явлением и могут быстро загрузить фильтры до максимальной пылеулавливающей способности.Основные регионы мира, которые могут быть охарактеризованы как пустыня, находятся через пустыню Сахара в Африке, на Ближнем Востоке и в некоторых частях Азии. Однако небольшие локализованные участки с высокой концентрацией пыли все же существуют. Это могут быть газовые турбины, установленные вблизи карьеров, высохших озер, лёсса, промышленных зон, грунтовых дорог, засушливых сельскохозяйственных угодий и строительных площадок. В пустыне существуют три типичных условия: чистый воздух, пыльная дымка и песчаные бури. В этих условиях пыль является основным загрязнителем пустыни.Это может быть песок или другой мелкозернистый материал, например, тротуар в пустыне. Тротуар пустыни — это слой больших камней, оставленный на полу пустыни. Хотя эти камни в своем твердом состоянии не вредны, они легко могут быть разбиты людьми или животными и раскрошены на мелкие частицы. Эти частицы могут варьироваться от крупных (500 мкм мкм) до очень мелких (субмикронный размер). Из-за отсутствия растительности и защиты почвенной пыли от ветра в воздух может подниматься больше пыли, чем в других средах.Это приводит к высокой концентрации пыли.

Системы фильтрации в пустынях обычно предназначены исключительно для удаления пыли. Однако в некоторых пустынных местах бывают периоды густого тумана и высокой влажности. Это особенно актуально для пустынь около прибрежного региона. Влага может накапливаться на поверхности картриджных фильтров в системах самоочистки и вызывать образование корки грязи на фильтре. Эта лепешка пыли может значительно снизить эффективность фильтрации и импульсной очистки.Если на участке пустынного типа присутствует туман и высокая влажность, то это следует учитывать для системы фильтрации.

Запыленность в пустыне может варьироваться от умеренной (слабый ветер) до довольно высокой (пыльные бури). Обычные не самоочищающиеся системы фильтрации могут быстро нагружаться и требовать частой замены фильтров. Кроме того, высокие потери давления могут вызвать отключение, если они станут чрезмерными. Чтобы избежать постоянного обслуживания и трудозатрат на замену фильтров, необходима система самоочистки.Системы фильтрации без самоочищающихся фильтров оказались более дорогими из-за трудозатрат и технического обслуживания, необходимого для замены фильтров [26, 27].

5.2.2. Арктика

Окружающая среда Арктики характеризуется морозной погодой (ниже 32 ° F (0 ° C)) в течение длительного периода времени. Это место не обязательно будет классифицироваться как арктическое на весь год. В нем будут присутствовать и другие наземные загрязнители, которые необходимо учитывать. Однако арктические сезоны года будут влиять на конструкцию входной системы фильтрации.

В холодные месяцы основной проблемой в этой среде является образование льда. Лед может образоваться в результате попадания снега или ледяного дождя, а также из-за пониженного давления или прохладного влажного воздуха во впускной системе. Размещение входного отверстия системы фильтрации, погодных козырьков с большими отверстиями (называемых снежными козырьками) и самоочищающихся фильтров часто бывает достаточно для защиты от попадания снега и ледяного дождя. Чтобы предотвратить образование льда из-за разрежения холодного влажного воздуха, необходима система защиты от обледенения, такая как рециркуляция отработанного воздуха или отвод воздуха из компрессора.

Помимо льда, при проектировании входной системы фильтрации необходимо учитывать загрязняющие вещества в теплое время года. Эти загрязнители могут быть похожи на любую другую наземную среду, обсуждаемую в этом разделе [26].

5.2.3. Тропики

Тропические районы характеризуются жарким климатом, высокой влажностью, муссонами, сильными ветрами и стаями насекомых. Из-за обширной растительности особого беспокойства по поводу эрозии нет. Считается, что это среда с низким содержанием пыли. В этом районе мало сезонных колебаний, за исключением периодов сильных дождей.При выборе правильной системы следует учитывать тайфуны, пыль, насекомых и удаленность систем в тропиках.

Основными загрязнителями в этой области являются вода (от дождя), насекомые и соль (если место находится рядом с береговой линией). Пыль минимальна, так как заросшая растительность защищает почвенную пыль от ветра. Конечно, из этого всегда есть исключения. Если газовая турбина установлена ​​на строительной площадке, уровень запыленности будет выше обычного. Кроме того, грунтовые дороги могут способствовать попаданию пыли в окружающую среду.Пыльца может быть проблемой. Соль будет присутствовать в виде аэрозоля из-за высокой влажности и влажности.

Системы фильтрации для тропических сред созданы специально для обработки больших объемов дождя. Кожухи используются в качестве основной защиты. Сетки от насекомых с увеличенной площадью используются для защиты от насекомых. Эти экраны имеют более низкую скорость воздуха (в диапазоне 260 футов / мин (1,3 м / с)), что позволяет насекомым удаляться от экранов. Это предотвращает препятствие входящему воздушному потоку.За этим следует смесь предварительных фильтров, коалесцеров и лопастных сепараторов. Система удаления воды должна быть спроектирована так, чтобы выдерживать максимальное поглощение воды и предотвращать коррозию. Если этого не сделать, вода сможет проходить дальше по потоку во входной системе фильтрации. Следует выбирать любые используемые фильтры предварительной очистки или высокоэффективные фильтры, чтобы вода не проходила через фильтр. Если позволить воде проникнуть в фильтр, она может поглотить улавливаемые растворимые загрязнители и перенести их через фильтр в газовую турбину.Это может иметь пагубные последствия, если соль удаляется из воздушного потока. Эти фильтры также следует выбирать для ожидаемых загрязнителей, таких как пыльца и дорожная пыль [26, 28].

5.2.4. Сельская местность

Сельская местность представляет собой разнообразную среду. В зависимости от того, где расположена газовая турбина в этой среде, она может подвергаться воздействию жаркого, сухого климата, дождя, снега и тумана в течение всего года. Большую часть года существует безэрозионная среда с низкими концентрациями пыли в диапазоне 0.От 02 до 0,1 частей на миллион (от 0,01 до 0,05 зерен на 1000 футов ³ (28,3 м ³ )). Район может находиться рядом с местным лесом или рядом с сельскохозяйственными угодьями.

Загрязняющие вещества в этой среде меняются в зависимости от сезона. В течение года необходимо будет фильтровать насекомых и взвешенные в воздухе твердые частицы. Если газовая турбина установлена ​​рядом с сельскохозяйственным участком, то во время вспашки и уборки урожая концентрация пыли будет увеличиваться. Во время вспашки инсектициды и удобрения будут переноситься по воздуху.Во время сбора урожая частицы или зерна срезанных растений поднимаются в воздух. Частицы, которые попадают в газовую турбину, относительно малы (менее 10 мкм м), если только не сильный ветер переносит крупные частицы. Газовые турбины вблизи лесов могут иметь не столь высокую концентрацию пыли. Листва леса защитит почвенную пыль от уноса ветром. Со сменой сезона будут присутствовать снег, дождь, туман, пыльца, переносимые по воздуху семена и насекомые. Этот климат предъявляет одни из самых разнообразных требований к фильтрации по сравнению с другими средами.

Эти системы обычно состоят из трех ступеней: атмосферостойкий кожух, предварительный фильтр и высокоэффективный фильтр. Защитный кожух защищает фильтры дальше по течению от дождя и снега. Они также сводят к минимуму попадание пыли в систему фильтрации. Применяются сетки от насекомых, особенно если насекомые собираются стаями в разные периоды года. Предварительный фильтр используется для удаления из воздуха эрозионной пыли. Предварительный фильтр также защищает высокоэффективный фильтр от слишком быстрой перегрузки.Высокоэффективный фильтр удаляет более мелкие частицы. Если газовая турбина установлена ​​рядом с сельскохозяйственным районом, инженер по фильтрам может рассмотреть возможность использования системы самоочистки. Такой тип системы может быть полезен во время вспашки или уборки урожая, когда в воздухе присутствует высокая концентрация эрозионной пыли. Система самоочистки также может быть полезна в регионах с сухим и холодным климатом в зимний период. Он может эффективно предотвращать образование льда на фильтрующих элементах и ​​влиять на работу газовой турбины [26].

5.2.5. Большой город

В крупных городах могут наблюдаться все виды деградации газовых турбин: коррозия, эрозия и засорение. Загрязнения из многих различных источников обеспечивают необходимость в многоступенчатой ​​системе фильтрации.

В большом городе круглый год могут быть самые разные погодные условия. Количество загрязняющих веществ варьируется в течение сезона, как обсуждалось выше для сельской местности. Один из примеров — это соль или песок, которые зимой оставляют на обледенелых дорогах.В городе также есть смог и загрязнение. Их также можно увидеть в сельской местности из-за сильных ветров, но их гораздо больше в городе. Некоторые другие соображения для больших городов — это шум и вандалы.

Система имеет многоступенчатый подход со специальными фильтрами, установленными для локальных загрязнителей. Кожухи используются большую часть времени из-за смены погодных условий в зависимости от сезона. Это защищает систему от дождя, снега и ветра. Система фильтрации состоит из предфильтра и высокоэффективного фильтра.Предварительный фильтр удаляет более крупные эрозионные частицы. Высокоэффективный фильтр обычно не самоочищающийся с прямоугольными фильтрами или картриджными фильтрами. Системы самоочистки не используются из-за наличия в воздухе липких аэрозолей. Если ожидаются условия замерзания, включается система защиты от обледенения. В городских / промышленных районах обычно отсутствуют концентрации взвешенных в воздухе твердых частиц, которые гарантируют использование самоочищающихся систем фильтрации, но самоочищающиеся системы успешно используются в этих районах, когда они находятся в регионах с сильным снегопадом и минимальным количеством липких загрязняющих веществ [26].

5.2.6. Промышленная зона

Многие газовые турбины установлены в тяжелых промышленных зонах. Эти местоположения могут быть в любой из описанных выше сред, но они вызывают дополнительные опасения. В промышленном районе есть несколько источников выбросов, которые способствуют отфильтровыванию загрязняющих веществ.

Наиболее распространенным загрязнителем в промышленных зонах являются загрязняющие вещества из выхлопных труб. Они могут быть в форме частиц, газов и аэрозолей. Многие частицы, выбрасываемые выхлопной трубой, имеют субмикронный размер.Частицы такого размера трудно фильтровать, они могут накапливаться на лопатках компрессора и вызывать засорение. Выхлопные газы могут содержать коррозионные химические вещества. Например, выхлопные газы заводов, работающих на ископаемом топливе, имеют SO _x , которые содержат серу. Сера — один из коррозионных компонентов, который может вызвать горячую коррозию в турбинной части. Газ не может быть удален механической фильтрацией. Аэрозоли также представляют собой проблему. Обычно они имеют субмикронный размер и их трудно фильтровать.Многие из этих аэрозолей липкие, и, когда они не удаляются фильтрами, они прилипают к лопаткам компрессора, соплам и другим поверхностям. Одним из примеров этого, уже упомянутого в данном руководстве, является загрязнение лопаток компрессора парами масла.

В промышленных зонах также могут присутствовать загрязнения, которые обычно не видны, за исключением случаев, когда они находятся рядом с локализованным источником. Некоторыми примерами этого являются пыль от горнодобывающих предприятий, лесопилок, литейных цехов и других промышленных предприятий. Кроме того, если газовая турбина находится рядом с нефтехимическим заводом, воздух может быть загрязнен определенными химическими веществами.Эти химические вещества могут быть безвредными, но они также могут иметь коррозионные свойства.

Общим для всех промышленных предприятий является то, что вход системы фильтрации подвергается воздействию местных производственных выбросов. Это условие обычно требует более надежной высокоэффективной системы фильтрации для удаления мелких частиц, которые уносятся в воздух. Один из способов уменьшить количество выбросов, попадающих во впускное отверстие, — это направить впускной воздушный поток от этих источников выбросов.Несколько рекомендаций относительно размещения воздухозаборника и планировки площадки обсуждаются в следующем разделе. Тем не менее, некоторые выбросы все еще попадают в турбину. Дополнительные фильтрующие элементы должны быть включены в систему фильтрации для устранения этих выбросов частиц. Например, если промышленное предприятие находится рядом с открытым хранилищем угля, газовая турбина должна иметь предварительные фильтры и высокоэффективные фильтры для удаления угольной пыли, находящейся в воздухе.

Одним из загрязнителей, часто присутствующим в воздухе промышленных предприятий, являются липкие аэрозоли.Эти аэрозоли могут быть из паров масла из систем смазки или несгоревших углеводородов, выбрасываемых из выхлопных труб. Эти аэрозоли очень трудно удалить из воздуха и часто приводят к засорению лопастей. Для минимизации воздействия аэрозоля на газовую турбину следует использовать высокоэффективные фильтры, но необходима схема промывки компрессора, чтобы поддерживать чистоту лопаток компрессора и минимизировать влияние загрязнения на работу газовой турбины [26].

5.3. Временные и сезонные источники загрязнения

Во многих из рассмотренных выше приложений упоминаются временные или сезонные условия.По мере того, как газовые турбины становятся все более совершенными и более чувствительными к качеству входящего воздуха, становится все более важным учитывать эти условия.

Чтобы учесть сезонные изменения, сначала необходимо определить ожидаемые условия. На этапе проектирования необходимо контролировать качество воздуха на площадке, где будет установлена ​​газовая турбина, в течение как минимум 1 года. Это предоставит инженеру-фильтру информацию о том, какие загрязнения они могут ожидать в каждом сезоне. Кроме того, инженер по фильтрам должен наметить любые потенциальные строительные, сельскохозяйственные проекты или проекты по образованию пыли, которые будут реализованы в первые 5-10 лет эксплуатации газовой турбины.Объединение ожидаемых загрязняющих веществ позволит инженеру-фильтру разработать более целостный подход к фильтрации на входе.

В настоящее время большинство установленных систем фильтрации имеют фиксированную систему фильтрации. Количество ступеней, типы фильтров и уровень фильтрации остаются постоянными на протяжении всей работы. Если ожидается, что будущая площадка для газовой турбины будет иметь высокую изменчивость по типу загрязнителей (временные или сезонные), инженер по фильтрам может рассмотреть вопрос о системе фильтрации, которая позволяет использовать множество различных фильтров.Это позволит адаптировать систему фильтрации к текущим условиям.

5.4. План участка

План участка, на котором установлена ​​газовая турбина, может иметь значительное влияние на тип и количество загрязняющих веществ, которые необходимо удалить из входящего воздуха. Об этом упоминалось в нескольких обсуждениях экологического типа выше, но здесь для полноты резюмировано. Ниже перечислены общие рекомендации. Производители газовых турбин могут иметь свои собственные инструкции по размещению газовых турбин [29].(i) При установке другого оборудования внутреннего сгорания, такого как дизельный двигатель, рядом с газовой турбиной, выхлоп оборудования должен быть направлен в сторону от входа в газовую турбину. Это снижает вероятность попадания выхлопных газов во впускную систему газовой турбины. Этот выхлоп может содержать несгоревшие углеводороды или коррозионные газы. (ii) Градирни могут быть основным источником дрейфа аэрозолей. Градирни открыты для атмосферы и, следовательно, выбрасывают в воздух аэрозоли из-за волнения от бокового ветра и потока воды вниз по градирне.Вода в градирне также содержит химикаты для обработки воды, которые могут нанести вред газовой турбине. Дрейф аэрозолей из градирни ограничен несколькими сотнями футов. По возможности входной патрубок газовой турбины следует располагать вдали от градирен и размещать перед преобладающим направлением ветра, чтобы минимизировать дрейф аэрозолей. CFD может быть полезным инструментом для моделирования того, как ветер переносит аэрозоли на вход газовой турбины. Это поможет инженеру по фильтрам правильно разместить газовую турбину, чтобы свести к минимуму эффект дрейфа градирни.(iii) Клапаны сброса давления устанавливаются на многих газовых линиях и оборудовании для защиты оборудования в случае превышения давления. Вентиляционные отверстия этих предохранительных устройств должны быть направлены от входа в газовую турбину. Выброс любого углеводорода может привести к попаданию в систему фильтрации высокой концентрации. Фильтры на входе в газовую турбину не удаляют загрязнения газовой фазы. (iv) Трубопроводные соединения на линиях газа, жидкости или пара обычно через некоторое время протекают. Утечки в этих соединениях могут повлиять на систему фильтрации.Трубопровод должен быть проложен от входа, чтобы предотвратить это влияние. (v) Отверстия для смазочного масла должны быть направлены в сторону от входа, чтобы предотвратить попадание паров масла. (vi) Выхлоп газовой турбины должен быть направлен в сторону от входа в газовую турбину. Углеродный дым и пары углеводородов, выделяемые в выхлопе, могут привести к ускоренному загрязнению лопаток компрессора. (vii) Впускная система газовой турбины не должна быть направлена ​​или установлена ​​рядом с какими-либо выхлопными трубами. Эти выхлопные трубы выделяют химические выхлопные газы и несгоревшие углеводороды, что может привести к загрязнению компрессора и коррозии.(viii) Избегайте размещения впускного патрубка рядом с гравийными или грунтовыми дорогами. Пыль, выбрасываемая в воздух от движения транспортных средств и ветра, может попадать во входное отверстие газовой турбины. (a) Если газовая турбина эксплуатируется во время строительных работ, подумайте о добавлении более надежных фильтров для удаления излишков грязи, которая может попасть внутрь. (ix) Направляйте входной патрубок подальше от любых открытых хранилищ угля, соли или других зернистых частиц. Ветер может переносить более мелкие зерна из зоны хранения во входное отверстие газовой турбины.

5.5. Оценка площадки

Как обсуждалось ранее, существует несколько различных типов окружающей среды, в которых может работать газовая турбина. Кроме того, может присутствовать множество возможных местных, сезонных и временных загрязнителей. Таким образом, каждая площадка установки газовой турбины имеет уникальный состав загрязняющих веществ. При выборе системы фильтрации на входе следует определить эту подпитку. Это включает определение того, какие загрязняющие вещества и в каком количестве присутствуют на объекте. Как только эта информация известна, можно определить типы необходимых фильтров и требуемую эффективность фильтрации.Ниже приведен список элементов, которые следует учитывать при оценке места, где будет установлена ​​газовая турбина [9, 29] 🙁 i) среда, в которой будет установлена ​​газовая турбина: прибрежные, морские, прибрежные, пустынные, арктические, тропические , промышленная зона, сельская местность или крупный город, (ii) загрязнители, присутствующие в этой среде, (iii) местные загрязнители (горнодобывающая промышленность, литейные производства, сельскохозяйственная деятельность, внутренние соленые озера и т. д.) (iv) временные загрязнители (строительная деятельность, грунтовые дороги и др.), (v) будущие источники выбросов (новый промышленный объект или жилой комплекс), (vi) план площадки (вентиляционные и вытяжные, снос градирни, открытое хранилище зернистых частиц и т. д.), (vii) погодные условия.

6. Анализ стоимости жизненного цикла

При выборе системы фильтрации инженер по фильтрам должен решить, какой уровень качества должен достичь своей системой. Это включает в себя эффективность фильтрации, размер фильтруемых частиц, объем технического обслуживания, который потребуется для поддержания системы фильтрации, какая скорость деградации приемлема для газовой турбины, требуемая доступность и надежность газовой турбины, какие будет использоваться тип схемы промывки (онлайн, офлайн или их комбинация) и стоимость системы фильтрации.Влияние на стоимость каждого из упомянутых пунктов можно оценить количественно. Анализ стоимости жизненного цикла (LCC) предоставляет удобные средства для количественного сравнения различных вариантов системы фильтрации.

6.1. Основы стоимости жизненного цикла

В этом разделе рассматриваются исходные данные, которые следует учитывать при анализе LCC для системы фильтрации. Он также предоставляет методы для расчета влияния затрат на каждый ввод. Этот тип анализа фокусируется на общих затратах или затратах на срок службы системы. Это инструмент, позволяющий оценить общую стоимость покупки, установки, эксплуатации, обслуживания и утилизации оборудования.Этот анализ может помочь в определении лучших вариантов дизайна, которые минимизируют общую стоимость системы.

Важно включить в анализ начальную стоимость, но не менее важно включить стоимость эксплуатации и технического обслуживания. Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание в течение срока службы оборудования могут иметь более значительный эффект, особенно если выбрана плохо спроектированная система. Анализ LCC может помочь определить, какая конфигурация системы может минимизировать затраты на срок службы.Некоторые из затрат, которые обычно учитываются, показаны ниже. Примеры того, как это применимо к системам фильтрации, приведены в скобках: (i) начальная стоимость (фильтры, система фильтрации, запасные фильтры, приборы), (ii) затраты на установку и ввод в эксплуатацию (рабочая сила, стоимость установочного оборудования (например, кранов) , транспортные расходы), (iii) затраты на электроэнергию (импульсная система для самоочищающихся фильтров), (iv) эксплуатационные расходы (рабочая сила, проверки), (v) техническое обслуживание (замена фильтров, ремонт системы, рабочая сила для обслуживания), (vi) простой (замена фильтров, полная промывка водой в автономном режиме, все, что выходит за рамки обычных остановов для другого обслуживания), (vii) эффекты газовой турбины (деградация, снижение производительности), (viii) вывод из эксплуатации и утилизация (утилизация фильтров).

В LCC-анализе оценки предоставляются для каждого компонента затрат системы. Уровень инфляции может быть применен к затратам, которые возникнут на более позднем этапе жизненного цикла системы (например, через 10 лет с даты установки). Как только эти затраты установлены, они возвращаются к приведенной стоимости с использованием (2). Термин «чистая приведенная стоимость» (NPV) представляет собой стоимость затрат в текущем выражении. 𝐴 — стоимость затрат в год, когда они возникли. Член 𝑖 — это ставка дисконтирования, а 𝑛 — год возникновения затрат.Если происходит рост (инфляция) или снижение цен, то это можно учесть с помощью (3). Термин 𝑒 означает увеличение или уменьшение цены: NPV = 𝐴 (1 + 𝑖) −𝑛, (2) NPV = 𝐴 (1+ (𝑖 − 𝑒)) — 𝑛. (3)

Прогнозируемые затраты в течение срока службы системы не могут быть объединены напрямую при расчете LCC, потому что средства, потраченные в разное время, имеют разную ценность для инвестора. Ставка дисконтирования 𝑖 используется для приведения затрат к текущим условиям, где они могут быть непосредственно сложены вместе, и определяется как норма прибыли, которая используется для сравнения расходов в разные моменты времени.Например, инвестор будет в равной степени удовлетворен получением одной суммы раньше, а другой — позже.

Если затраты возникают ежегодно, NPV общих текущих затрат можно рассчитать с помощью (4). Если при анализе учитывается инфляция или рост цен, NPV общих повторяющихся затрат может быть рассчитана с помощью (5): 𝐴NPV = 𝑖 [] (1−1 + 𝑖 − 𝑛), (4) NPV = 𝐴1 + 𝑒 1 − 𝑒1−1 + 𝑒1 + 𝑖𝑛. (5) NPV необходимо определять для каждой стоимости. Затем стоимость будет сложена, чтобы получить общую стоимость NPV или LCC [30].

6.2. Соображения для системы фильтрации на входе

При анализе LCC для фильтрации на входе газовой турбины существует шесть основных параметров: закупочная цена / начальная стоимость, стоимость обслуживания, доступность / надежность газовой турбины, деградация газовой турбины и промывка компрессора, давление потери и отказы системы фильтрации или газовой турбины из-за качества входящего воздуха [29].

6.2.1. Закупочная цена / первоначальная стоимость

Закупочная цена определяется в первый год анализа LCC.Это стоимость покупки и установки системы фильтрации на входе. Расчетное значение этого значения можно получить у поставщика фильтров или производителей газовых турбин.

6.2.2. Затраты на техническое обслуживание

Затраты на техническое обслуживание включают стоимость замены и утилизации фильтров, а также любое техническое обслуживание вспомогательных систем для входной системы фильтрации. Это периодические затраты, которые следует включать в каждый год приобретения. Эта стоимость может быть рассчитана на основе предполагаемой частоты замены фильтров, стоимости фильтров от поставщиков, стоимости рабочей силы для обслуживания и стоимости простоев для замены фильтров.

6.2.3. Доступность / надежность газовой турбины

Доступность / надежность газовой турбины влияет на стоимость из-за потери производства в результате недоступности газовой турбины. Замена фильтров, требующая остановки двигателя, а также промывки воды во время запуска, отрицательно влияет на работоспособность двигателя. С другой стороны, если двигатель не используется 100 процентов времени, например, из-за того, что он является резервным или пиковым, стоимость деградации должна быть соответственно скорректирована.

6.2.4. Деградация газовой турбины и промывка компрессора

Деградация газовой турбины, возможно, является самой важной статьей затрат в анализе. Часто именно из-за стоимости анализа предпочтение отдается одному варианту системы фильтрации перед другим. Стоимость деградации газовой турбины рассчитывается на основе уменьшенной выходной мощности и увеличенного теплового потока из-за качества воздуха на входе. Скорость деградации из-за качества входящего воздуха трудно рассчитать, и ее лучше всего определить из прошлой истории эксплуатации.В литературе обсуждается несколько моделей деградации, которые могут дать оценки ожидаемой скорости деградации. Несколько примеров — модели, представленные Заба и Ломбарди [31], Курцем и Бруном [32] и Мехер-Хомджи и др. [33].

После расчета степени деградации можно рассчитать упущенную выгоду из-за снижения мощности газовой турбины. Если газовая турбина работает с полной нагрузкой, то ожидается, что стоимость топлива снизится из-за более низкой выходной мощности. Ожидается, что для работы с частичной нагрузкой стоимость топлива возрастет, поскольку двигатель будет работать с желаемой выходной мощностью.Изменение стоимости топлива должно быть рассчитано на основе изменения расхода тепла и принципов эксплуатации и должно быть включено в анализ. Эта стоимость должна быть включена в каждый год анализа.

Промывка компрессора часто выполняется в газовой турбине, чтобы минимизировать влияние загрязнения на производительность газовой турбины. Использование промывки компрессора может снизить скорость разрушения газовой турбины. Однако наиболее эффективный тип промывки — это промывка кривошипом, при которой двигатель должен быть выключен.Это приводит к снижению эксплуатационной готовности двигателя и, в связи с этим, может привести к потерям производительности.

6.2.5. Падение давления

Падение давления во входной системе фильтрации также может существенно повлиять на стоимость входной системы фильтрации. Увеличение потерь давления в системе фильтрации приводит к снижению выходной мощности газовой турбины и увеличению теплового потока. Стоимость этих эффектов должна ежегодно включаться в анализ LCC.

6.2.6. Стоимость отказа / события

Последняя стоимость — это любые затраты, связанные с отказом или событием, которое происходит из-за системы фильтрации на входе или качества воздуха на входе. Это может быть выход из строя фильтрующего материала, требующий отключения для замены, или выход из строя лопатки газовой турбины из-за коррозии из-за плохого качества входящего воздуха. Эти затраты часто включаются на основании прошлого опыта эксплуатации газовой турбины или других систем фильтрации.

7. Выводы

Таким образом, выбор и работа системы фильтрации на входе сильно зависит от среды, в которой работает газовая турбина.Загрязнения, присутствующие в окружающем воздухе, будут определять тип используемых фильтров. Чтобы правильно выбрать фильтры, которые будут использоваться, важно количественно определить тип и размер загрязняющих веществ. Временные и сезонные колебания также необходимо учитывать для входной системы фильтрации. Анализ стоимости жизненного цикла обеспечивает удобный метод количественной оценки и сравнения различных вариантов системы фильтрации, позволяющий выбрать оптимальную систему.

Номенклатура

Мин.

𝑒:	Скорость эскалации
𝑖:	Ставка дисконтирования
𝑛:	Годовая стоимость
	: 9069 EPA:	Эффективный воздушный фильтр для улавливания твердых частиц
HEPA:	Высокоэффективный воздушный фильтр для твердых частиц
IGV:	Впускные направляющие лопатки
MERV:
Размер частиц с наибольшей проницаемостью
NPV:	Чистая приведенная стоимость
ULPA:	Воздушный фильтр со сверхнизким содержанием твердых частиц
𝑊:	Вес, объем, площадь или количество частиц
𝜂:	Эффективность.

Мицубиси Пауэр, Лтд. | Серия H-25

Газовые турбины серии H-25 были разработаны для коммунальных предприятий и промышленных потребителей в регионах с частотой 50 и 60 Гц. Его первая установка была введена в промышленную эксплуатацию в 1988 году.

Затем компания Mitsubishi Power продолжила свои усилия по совершенствованию конструкции газовых турбин серии H-25. Внедряя передовые элементные технологии и технологии материалов, проверенные в газовых турбинах серии H, мы постоянно работаем над улучшением производительности.

Обзор

Газовые турбины серии H-25 относятся к тяжелому типу, обеспечивающему высокий КПД на основе обширного опыта в производстве газовых турбин.

Они достигают высокого КПД с парогенераторами с рекуперацией тепла, такими как системы когенерации или электростанции с комбинированным циклом.

Серия H-25 отличается мощностью газовой турбины простого цикла 41 МВт и мощностью комбинированного цикла около 60 МВт для конфигурации 1 на 1 и около 120 МВт для конфигурации 2 на 1.При использовании когенерации они производят максимум около 70 метрических тонн пара в час.

Характеристики

• Конструкция для тяжелых условий эксплуатации: высоконадежная конструкция, обеспечивающая простоту обслуживания и длительную непрерывную работу
• Высокая эффективность: высокая производительность в различных циклах выработки электроэнергии (простой, комбинированный и когенерационный)
• Различные виды топлива: природный газ, отходящий газ, легкая нефть, керосин, биоэтанол и т. Д.
• Тип упаковки: Легко транспортировать и устанавливать

Конфигурация

		H-25
Компрессор	Количество ступеней	17
Камера сгорания	Количество банок	10
	Метод охлаждения	с воздушным охлаждением
Турбина	Количество ступеней	3
Ротор	Количество роторов	1
Выходной вал		Холодный конец
Номинальная скорость		7280 об / мин
Газовая турбина	Прибл.Д × Ш × В	7,9 × 3,8 × 3,9 м
	Прибл. Вес	55 тонн

Производительность простого цикла

		H-25
Цикл		50/60 Гц
Базовый рейтинг ISO		41,0 МВт
КПД		36,2% LHV
LHV Тепловая мощность		9,949 кДж / кВт · ч
		9 432 БТЕ / кВт · ч
Выхлоп		114 кг / с
		253 фунт / с
Температура выхлопа		569 ° С
		1,056 ° F
Эмиссия	NOx	15 [адрес электронной почты защищен]% O 2
	CO	9 [адрес электронной почты защищен]% O 2
Регулирующая нагрузка		50%
Скорость разгона		3.4 МВт / мин
Время начала		22 минуты

Работа в смешанном цикле

		H-25
1 по 1	Объем производства	60,1 МВт
	Эффективность установки	54,0% LHV
2 по 1	Объем производства	121,4 МВт
	Эффективность установки	54.5% LHV
Время начала		55 минут

Кривые коррекции производительности

• Влияние температуры на входе компрессора на работу газовой турбины (типичное значение)

• Влияние атмосферного давления на характеристики газовой турбины (типовое значение)

Когенерационная установка с газовой турбиной серии H-25 обеспечивает самый высокий объем подачи пара в классе турбин и высокий тепловой КПД.
Мы предлагаем системное проектирование в ответ на запрос на сочетание электроэнергии и пара.

	H-25
Выходная мощность	39,6 МВт
Тепловая мощность (6 МПа / 300 ° C)	79 т / ч
Общий КПД (LHV)	Более 80% LHV

• Указанные выше значения представляют собой общие показатели производительности для газового топлива в условиях ISO (атмосферное давление 1013 гПа, температура воздуха 15 ° C и относительная влажность 60%).

Конфигурация системы

Расход пара без дополнительного сжигания HRSG

Поток пара с дополнительным сжиганием HRSG

Основные отчеты о доставке

Проект газовой турбины серии H-25 (Венесуэла)

Проект газовой турбины серии H-25 (Индонезия)

Проект газовой турбины серии H-25 (Япония)

Проект газовой турбины серии H-25 (Багама)

Последние заказы

	Кол-во	Год ввода в эксплуатацию	Технические характеристики установки
ТЭЦ Ниигата, Tohoku Electric Power Co., Ltd. (Япония)	2	2011	Комбинированный цикл
ТЭЦ Ниигата, Tohoku Electric Power Co., Ltd. (Япония)	1	2012	Простой цикл
Анжи, Amber Energy (Китай)	1	2012	Комбинированный цикл
Татарстан AMMONI Удобрение, AMMONI (Россия)	1	2015	Совместное поколение
Расширение электростанции Керамасан, PLN (Индонезия)	2	2013	Комбинированный цикл
Газотурбинные блоки 1 и 2, Химэдзи No.1 Электростанция, Kansai Electric Power Co., Inc. (Япония)	2	2012	Простой цикл
Королева Елизавета, СаскПауэр (Канада)	3	2015	Комбинированный цикл
Blue Hills Power Station, Bahamas Electricity (Багама)	1	2013	Простой цикл
Йосу, LG Chem (Корея)	1	2014	Совместное поколение
Теплоэлектростанция Йошиноура, Okinawa Electric Power Co. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Наверх