Обороты турбины двигателя: Какие обороты турбины двигателя

Как работает турбокомпрессор. » Хабстаб

Воспользуйтесь строкой поиска,
чтобы найти нужный материал

Турбокомпрессоры часто применяются в дизельных автомобилях. Турбина может существенно увеличить мощность автомобиля, без особого увеличения веса, этот факт делает её очень популярной. Давайте вкратце рассмотрим как это происходит.
В процессе горения участвует кислород,  а турбокомпрессор позволяет сжимать воздух,  поступающий в цилиндр. Таким образом, становится возможно больше воздуха поместить в цилиндр, а больший объём воздуха позволит большему количеству топлива сгореть. Теоретически, теперь каждый цилиндр может отдать больше мощности при сгорании топлива и увеличить соотношение мощность-вес двигателя.
Турбокомпрессор, используя энергию отработавших газов, раскручивает турбину, которая раскручивает воздушный насос. Скорость вращения турбины достигает 150 000 оборотов в минуту,  что примерно в 30 раз превышает скорость вращения двигателя автомобиля.

Работа двигателя с турбокомпрессором .
Самый простой способ увеличить мощность двигателя, это увеличить количество воздуха и топлива, поступающего в двигатель. Один из способов это добавление цилиндров, или увеличение их объёма. Иногда, внести такие изменения нет возможности и проще установить турбину.
Турбокомпрессор позволяет двигателю сжигать больше топлива,  «упаковывая» больше воздуха в уже имеющийся цилиндр. Типичное значение увеличения давления составляет от 6 до 8 фунтов на квадратный дюйм. При нормальном атмосферном давлении 14,7 фунта на квадратный дюйм, несложно подсчитать, что мы получаем прирост воздуха,  поступающего в двигатель, более 50%.
Теоретически мы ожидаем получить прирост мощности около 50%. В реальной жизни можно получить от 30 до 40%. Одной из причин такого несовпадения является то, что для раскрутки турбины требуется энергия.
 
Устройство турбокомпрессора.
Турбокомпрессор крепится к выпускному коллектору двигателя.

Выхлопные газы раскручивают турбину, которая работает как газотурбинный двигатель.
Турбина соединена валом с компрессором, который располагается между воздушным фильтром и впускным коллектором. Компрессор — это тип центробежного насоса, который втягивает воздух своими лопастями и толкает его наружу. Он увеличивает давление воздуха, поступающего в цилиндр. Выхлопные газы проходят через лопасти турбины, заставляя её вращаться, и чем больше выхлопных газов проходит через лопасти, тем больше скорость вращения.
Для вращения со скоростью 150 000 об/м вал должен хорошо поддерживаться.
Большинство подшипников просто не выдержат таких скоростей и разрушатся, поэтому используются гидравлические подшипники. Это тип подшипника в котором непосредственную нагрузку от вала воспринимает тонкий слой жидкости. Таким образом, решается два вопроса:  первый — это охлаждение вала и остальных частей турбогенератора, второй — это уменьшение трения между валом и другими частями.

Основные части турбокомпрессора.
Одна из проблем связанная, с турбокомпрессором состоит в том, что он не обеспечивает мгновенное увеличение мощности при нажатии на педаль газа. Один из способов уменьшить это отставание — это уменьшить инерцию вращающихся частей,  в основном за счёт уменьшения их массы и размера. Это позволит турбине и компрессору быстрее ускоряться. Меньший турбокомпрессор будет обладать лучшей приёмистостью на низких оборотах двигателя, но не будет в состоянии дать значительный прирост на высоких оборотах. Также существует опасность разрушения турбины и компрессора на слишком больших оборотах.

Большинство автомобильных турбокомпрессоров оснащены перепускными клапанами (wastegate),  который позволяет использовать турбокомпрессор меньшего размера, сокращая задержку и предотвращая слишком быстрое вращение на высоких оборотах. Wastegate — это клапан, который позволяет выхлопным газам обходить турбину,  он чувствителен к давлению наддува. Если давление становится слишком высоким, это показатель того, что турбина вращается слишком быстро, таким образом, перепускной клапан создаёт путь для обхода выпускными газами, лопастей турбины.

Некоторые турбокомпрессоры используют шариковые подшипники для поддержки вала турбины. Но это необычные шариковые подшипники, это высоко прецизионные шариковые подшипники, сделанные из улучшенных материалов, способные справиться с высокой скоростью и температурой. Они позволяют валу турбины вращаться с меньшим трением, чем гидродинамические подшипники, применяемые в большинстве турбокомпрессоров.
Они также позволяют слегка уменьшить и облегчить используемый вал,  что позволяет турбине быстрее ускоряться,  ещё больше уменьшая отставание.
Керамические лопасти турбины легче чем металлические,  применяющиеся в большинстве турбокомпрессоров,  они тоже способствуют более быстрому ускорению и уменьшению задержки.
 
В некоторых двигателях применяют два турбокомпрессора разных размеров. Меньший раскручивается очень быстро, тем самым уменьшая отставание,  а больший схватывает на более высоких оборотах, чтобы обеспечить больший прирост мощности.
При сжатии давление воздуха увеличивается,  а температура повышается. Чтобы увеличить мощность двигателя, необходимо увеличить количество молекул воздуха в цилиндре, необязательно повышая давление. Интеркулер — это система для охлаждения нагнетаемого воздуха, является дополнительным компонентом,  который выглядит как радиатор. Входящий воздух движется через герметичные проходы внутри охладителя, в то время как холодный воздух, нагнетаемый лопастями вентилятора, обдувает радиатор. Интеркулер дополнительно увеличивает мощность двигателя, охлаждая нагнетаемый турбиной воздух, прежде чем он попадёт в двигатель.
Турбокомпрессор помогает двигателю работать на высоте, где воздух менее плотный. Обычные двигатели будут иметь пониженную мощность на больших высотах, потому что в двигатель на каждом такте будет поступать меньше кислорода.
На старых авто с карбюратором, автоматически увеличивается подача топлива при увеличении воздуха,  поступающего в цилиндры. В современных инжекторных двигателях то же есть такой механизм, он основан на анализе выхлопных газов с помощью датчиков кислорода, так же известных как лямбда-зонд.
Если турбокомпрессор поставить на инжекторную машину, система топливоподачи может не обеспечить достаточное количество топлива. Причин может быть две: либо программное обеспечение не позволит сделать это, либо топливный насос.

 
А вы знаете что…
средняя температура возле турбинного колеса: в дизельных двигателях 800 градусов Цельсия, а в бензиновых 1000 градусов! Такой температуры хватит чтобы расплавить стекло!
ротор турбокомпрессорного двигателя нового поколения может вращаться со скоростью до 220000 об./мин. Для примера ротор реактивного двигателя самолёта Боинг 747 крутится со скоростью 7000 об./мин.
Турбокомпрессор раскручивается с 20000 до 150000 менее чем за 1 сек.  

Источник: http://auto.howstuffworks.com/turbo.htm

Статья

Общие вопросы о турбированном двигателе и дизелях

О турбонаддуве сложено немало легенд. Например, есть владельцы, свято уверенные в том, что демонтаж турбины никак не повлияет на характеристики двигателя. Это не так.

Турбина начинает свою работу с первыми оборотами двигателя и заканчивает ее уже после того, как двигатель остановился. При первых вспышках в цилиндрах двигателя выхлопные газы из выхлопного коллектора сразу же попадают в улитку турбины и начинают вращать вал с крыльчатками. Пока обороты двигателя невелики, давление и скорость выхлопных газов недостаточны, поэтому компрессор турбины вращается на холостом ходу и просто перемешивает воздух. С ростом оборотов двигателя выхлопных газов выделяется больше, соответственно растут обороты турбины и компрессор уже не просто месит воздух, а эффективно сжимает его и посылает в двигатель, т.е. турбина выходит на рабочий режим наддува.

Турбины имеют маленький ресурс и не ремонтируются. Это не так.

Турбины имеют маленький ресурс и не ремонтируются. Это не так.

Ресурс турбины на самом деле немногим меньше (из-за высоких тепловых нагрузок и точности подгонки деталей) ресурса двигателя, а при выполнении совсем несложных правил может даже превысить его.
Ресурс турбокомпрессора может снизиться либо из-за игнорирования рекомендаций производителей по эксплуатации турбированного мотора, либо из-за сбоя в работе систем двигателя.
Игнорирование рекомендаций – это несоблюдение периодичности замены масла, использование некачественного или нерекомендованного масла, перегазовки при непрогретом моторе, засорение воздушного фильтра. Ускоряет износ и выключение двигателя без предварительной выдержки работы в режиме холостого хода (турботаймер) после поездок на полной мощности и масляное голодание подшипников.

Отличаются ли бензиновые турбины от дизельных?

Технологически никаких отличий нет. Разница только в применяемых материалах, так как температурный режим бензиновых турбокомпрессоров несколько выше, чем дизельных, применяются более жаростойкие материалы.
Ремонтопригодность турбины зависит от степени износа деталей; в некоторых случаях турбину дешевле заменить, чем отремонтировать.

Турбонаддув значительно увеличивает расход топлива.

Это не совсем так.

Воздух в цилиндры турбированного двигателя подается принудительно, а не только за счет движения поршня вниз, и в двигатель попадает большая, по сравнению с атмосферным мотором, масса воздуха. Как следствие появляется возможность подать в цилиндры и сжечь больше топлива, что и приводит к увеличению мощности и, соответственно, увеличению расхода топлива
Но многое зависит от стиля вождения, а в некоторых случаях и от конструкции двигателя.
Например, некоторые турбодизельные двигатели фирмы Volkswagen имеют при большей мощности меньший расход по сравнению с аналогичными атмосферными моторами.

Турбонаддув не требует особых навыков при эксплуатации. Это не совсем так.

На самом деле ничего сложного в эксплуатации турбонаддува нет, требуется лишь элементарная аккуратность:
— во-время меняйте масло и масляный фильтр,
— используйте нужные сорта масла,
— не перегревайте турбину (к перегреву приводят неисправности в системе зажигания или впрыска, длительная езда на высоких оборотах, после «прогона» на больших скоростях необходимо дать поработать двигателю на ХХ (холостом ходу) во избежание «теплового удара»).
— следите за состоянием воздушного фильтра (забитый воздушный фильтр создает повышенное сопротивление на всасывании, и производительность компрессора резко снижается, а также увеличиваются осевые нагрузки на ротор турбины, т.е. на осевые подшипники/подшипник).
Выключение двигателя (без предварительной выдержки работы в режиме холостого хода) значительно ускоряет износ турбины, поэтому установка турботаймера на турбированный мотор оправдана на 100%.
При запуске холодного двигателя масло в нем имеет высокую вязкость, масло с трудом прокачивается по зазорам; т.к. ещё не установились тепловые зазоры; происходит неравномерный нагрев разных деталей турбины, а следовательно, и тепловое расширение различных деталей идёт с разной скоростью. Поэтому при низкой температуре окружающего воздуха турбированный двигатель требует прогрева, т.е. работы без нагрузок.

Что такое турбояма?

Чтобы понять, что такое турбояма вспомните о том, что турбина – это насос. И как любому насосу турбине нужно сначала «наполниться», и только далее начинать качать. В рабочий режим наддува турбина выходит на определенных оборотах двигателя (при определенном количестве и скорости выхлопных газов), а при малых оборотах наблюдается эффект недостаточной мощности – т.н. турбояма
Логически, маленький насос наполняется быстрее, чем большой, но он не может прокачать столько же воздуха, сколько и большой, зато он быстрее сможет принять следующую порцию воздуха. Таким образом, маленькая турбина будет более отзывчива на нажатие педали газа, в то время как большая будет производить больше мощности. И решение этой проблемы – установка 2-х турбин (битурбо).
Другой фактор, который следует принимать во внимание, это то, что маленькая турбина более легкая, и ее крыльчатка имеет меньше инерции, соответственно ее проще раскрутить, но увы, она может пропустить через себя только ограниченный объем воздуха. Соответственно максимальная мощность у маленькой турбины меньше, но и турбояма (задержка между моментами наполнения) тоже меньше.

Турбину можно демонтировать, и на работе двигателя это никак не скажется.

Это не так.

Изначально турбированный мотор конструктивно рассчитан на определенный объем подаваемого в цилиндры воздуха и, соответственно, топливной смеси. Конструкцией предусмотрена также пониженная степень сжатия для уменьшения детонации. После демонтажа турбины мощность и крутящий момент двигателя значительно уменьшаются (минимум на 50%) и, как следствие, значительно ухудшается динамика и увеличивается расход топлива.
При необходимости (например, при поломке турбины) турбину можно заглушить, но сделать это необходимо не создавая лишнего сопротивления на всасывающем и выхлопном патрубках. Лишнее сопротивление резко ухудшит характеристики и без того ослабленного (отсутствием турбины) двигателя. Т.е. он «просто будет тупым». Но! Ездить можно.

Двигатели с турбонаддувом имеют меньший ресурс по сравнению с атмосферными. Это не так.
Ресурс двигателей с турбонаддувом не меньше, чем ресурс атмосферных, поскольку они имеют соответствующий запас прочности.
У турбированного двигателя усилены вкладыши, более мощный коленвал, другие фазы газораспределения, по-другому отрегулированы и настроены топливная аппаратура, система зажигания и т. д.
Примечание: При установке турбины на изначально атмосферный двигатель существует большая вероятность снизить его моторесурс. При установке турбины на «атмосферник», в результате увеличения мощности, увеличивается детонационная и тепловая нагрузки на цилиндро-поршневую группу и кривошип, что негативно скажется на моторесурсе двигателя в целом.

Турбированный мотор может работать на любом качественном масле. Это не так.

Турбонаддуву приходится работать в очень не легких условиях – высокая температура, высокие скорости вращения, нагрузки на подшипники скольжения, которые изготовлены из специальных материалов с оптимально подобранными зазорами.
Подшипники скольжения надежно работают при температуре не более + 150 0C. При более высоких температурах возникает опасность разрыва масляного слоя в результате разжижения масла и др. причин. Кроме того, при высоких температурах обычные моторные масла быстро окисляются и теряют свои смазочные свойства. Поэтому, как автопроизводители, так и производители масел рекомендуют использовать только масло, предназначенное именно для двигателей оборудованных турбонаддувом. Причём каждая фирма рекомендует то масло для своего двигателя, на котором производидись все испытания двигателя и турбины.
Поскольку зазоры в парах (вал-подшипник и подшипник-корпус) очень малы и соизмеримы с размерами ячеек масляного фильтра, то следует также помнить о чистоте масла и состоянии масляного фильтра.

Турбированные двигатели быстрее изнашивают АКПП. Это не так.

Турбированный двигатель по конструкции кривошипа и выходного вала принципиально ничем не отличается от атмосферного, поэтому модель двигателя никоим образом не влияет на ресурс АКПП.
Более того, гидротрансформатор даже сглаживает эффект турбоподхвата, и езда становится более комфортной. Но если ездить по принципу «тапок в пол», то любая АКПП на любом автомобиле долго не проживёт.

Газотурбинный двигатель с регулируемыми оборотами ротора турбины

 

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована для усовершенствования конструкции газотурбинного двигателя, в частности для управления и регулирования параметрами работы двигателя для различных условий эксплуатации двигателя. Например, отработавшие свой летный ресурс авиационные газотурбинные двигатели могут еще длительное время аффективно использоваться на различных наземных стационарных установках или на транспортных средствах. Сущность предлагаемого газотурбинного двигателя заключается в следующем. Предлагаемый двигатель также, как и авиационный газотурбинный двигатель модели АИ-9, содержит электростартер, топливный насос-регулятор с топливной аппаратурой, воздухозаборник-маслобак, компрессор, ресивер, клапан перепуска воздуха, камеру сгорания топлива, ротор с укрепленной на нем турбиной, выхлопное сопло и стекатель выхлопных газов. Но в отличие от известного двигателя на винте настройки регулятора оборотов и на винте регулировки командного давления регулятора оборотов топливного насоса-регулятора дополнительно установлено по одному зубчатому колесу, находящимися в постоянном зацеплении с зубчатыми рейками, установленными в направляющие пазы на кронштейне, укрепленном на раме двигателя. При этом, зубчатые рейки установлены с возможностью перемещения в направляющих пазах и поворота этих регулировочных винтов посредством зубчатых колес на определенный угол в ту или другую сторону и соответственно регулирования количества подаваемого топлива в коллектор рабочих форсунок камеры сгорания под давлением от 0,3 до 1,5 МПа и соответственно изменения числа оборотов ротора турбины. А количество рабочих форсунок составляет, по меньшей мере, четыре, которые обеспечивают устойчивую работу двигателя при заданных различных оборотах ротора турбины. Литература: 1. «Газотурбинный двигатель AИ-9», техническое описание. М., Внешторгиздат, 1971 г., 28 с, с.1-3, С.17-18, фиг.24.

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована для усовершенствования конструкции газотурбинного двигателя, в частности для управления и регулирования параметрами работы двигателя применительно для различных условий эксплуатации двигателя. Например, отработавшие свой летный ресурс авиационные газотурбинные двигатели могут еще длительное время эффективно использоваться на различных наземных стационарных установках или на транспортных средствах.

Известен авиационный газотурбинный двигатель модели АИ-9 мощностью 5 квт, который используется по своему прямому назначению во вспомогательной силовой установке самолета или вертолета и вырабатывает сжатый воздух под давлением 0,2 МПа, который используется для запуска основного маршевого газотурбинного двигателя.

См. «Газотурбинный двигатель АИ-9», техническое описание, М., Внешторгиздат, 1971 г., 28 с, прилагается к материалам заявки на 17 листах, с.1-3, с.17-18, фиг.24 (1).

Данный газотурбинный двигатель содержит электростартер, топливный насос-регулятор с топливной аппаратурой, воздухозаборник-маслобак, компрессор, ресивер, клапан перепуска воздуха, камеру сгорания топлива, ротор с укрепленной на нем турбиной, выхлопное сопло и стекатель выхлопных газов. И предназначен лишь для одной функции, а именно, для выработки сжатого воздуха, который применяется для запуска маршевого газотурбинного двигателя самолета или вертолета.

Основные данные двигателя следующие:

1. номинальное число оборотов ротора турбины двигателя — 38500±500 об/мин.;

2. температура выхлопных газов за турбиной — 550-600°С;

3. режим работы двигателя — непрерывное время работы не более 13 мин.,

после этого охлаждение двигателя не менее 15 минут;

4. расход топлива — авиационного керосина — от 60 кг/час и не более 75 кг/час;

5. количество рабочих форсунок на топливном коллекторе — 8 штук;

6. вес двигателя сухой — 45 кг;

7. габаритные размеры в мм: длина — 740; ширина — 515; высота — 490.

Наряду с положительными свойствами данного двигателя при использовании его на самолетах и вертолетах, после выработки им летного ресурса, он представляет большой интерес и для работы в наземных условиях. Например, для газодинамической установки для дисперсной химической и биологической обработки зерновых и технических культур, лесов против возбудителей болезней, а также и по другому назначению.

Однако, для применения в наземных условиях данный авиационный газотурбинный двигатель АИ-9 имеет ряд недостатков, а именно:

— время непрерывной работы двигателя до перегрева очень короткое, всего лишь 13 минут, после чего необходима остановка его для охлаждения не менее, чем на 15 минут;

— температура выхлопных газов за турбиной высокая, достигает 550-600°С, особенно для получения жидкостно-газовой и жидкостно-воздушной эмульсии при дисперсной химической и биологической обработке;

— число оборотов ротора турбины слишком большое, составляет 38500±500 об/мин. и по регламенту работы не регулируется, что приводит к быстрому перегреванию двигателя;

— расход топлива — дефицитного авиационного керосина также высокий и составляет от 60 кг/час и до 75 кг/час.

Целью при разработке предлагаемой полезной модели является усовершенствование существующего газотурбинного двигателя модели АИ-9 для применения его в наземных условиях работы на основе регулирования оборотов ротора турбины, например, от 19000 до 39000 оборотов в минуту. А это позволит значительно сократить расход топлива, снизить температуру выхлопных газов за турбиной и увеличить время работы двигателя до перегревания, а также расширить сферы применения предлагаемого двигателя в различных отраслях народного хозяйства. При этом, как после выработки летного ресурса двигателя АИ-9, а также и вновь созданного двигателя, но уже с новыми параметрами его работы.

Указанная цель и технический результат достигаются и реализуются следующим образом.

Предлагаемый газотурбинный двигатель с регулируемыми оборотами ротора турбины, также как и авиационный газотурбинный двигатель модели АИ-9, содержит электростартер, топливный насос-регулятор с топливной аппаратурой, воздухозаборник-маслобак, компрессор, ресивер, клапан перепуска воздуха, камеру сгорания топлива, ротор с укрепленной на нем турбиной, выхлопное сопло и стекатель выхлопных газов.

Но в отличие от известного двигателя на винте настройки регулятора оборотов и на винте регулировки командного давления регулятора оборотов топливного насоса-регулятора дополнительно установлено по одному зубчатому колесу, находящимися в постоянном зацеплении с зубчатыми рейками, установленными в направляющие пазы на кронштейне, укрепленном на раме двигателя.

При этом, зубчатые рейки установлены с возможностью перемещения в направляющих пазах и поворота этих регулировочных винтов посредством зубчатых колес на определенный угол в ту или другую сторону и соответственно регулирования количества подаваемого топлива в коллектор рабочих форсунок камеры сгорания под давлением от 0,3 до 1,5 МПа и соответственно изменения числа оборотов ротора турбины.

А количество рабочих форсунок составляет, по меньшей мере, четыре, которые обеспечивают устойчивую работу двигателя при заданных различных оборотах ротора турбины.

В качестве ближайшего аналога предлагаемому газотурбинному двигателю с регулируемыми оборотами ротора турбины можно принять авиационный газотурбинный двигатель модели АИ-9 по источнику научно-технической информации (1).

Перечень фигур на чертежах.

На фиг.1 изображен предлагаемый газотурбинный двигатель с регулируемыми оборотами ротора турбины, вид сбоку с частичным разрезом, а также, укрепленными на винте настройки регулятора оборотов и на винте регулировки командного давления регулятора оборотов топливного насоса-регулятора, по одному зубчатому колесу, находящимися в постоянном зацеплении с зубчатыми рейками, установленными в направляющие пазы на кронштейне, укрепленном на раме двигателя.

На фиг.2 изображен вид по А фиг.1, вид сбоку на зубчатые колеса с зубчатыми рейками, а также вид сверху на зубчато-реечную передачу, М 1:1.

На фиг.3 изображен частичный разрез по Б-Б фиг.2.

Предлагаемый газотурбинный двигатель с регулируемыми оборотами

ротора турбины содержит следующие узлы, агрегаты и детали.

Электростартер 1 прикреплен к воздухозаборнику-маслобаку 2, который скреплен с компрессором воздуха 3, который по каналам воздуха соединен с ресивером 4. А ресивер 4 охватывает по окружности корпус компрессора 3. Узел камеры сгорания 5 включает в себя корпус камеры сгорания, камеру сгорания, воспламенитель и топливный коллектор с четырьмя рабочими топливными форсунками (фиг.1).

Корпус камеры сгорания 5 выполнен сварной конструкции и скреплен с корпусом компрессора 3 и является силовым узлом и одновременно кожухом камеры сгорания. В нижней части фланца камеры сгорания выполнены два кронштейна, предназначенные для крепления всего двигателя.

На выходе из камеры сгорания 5 в потоке выхлопных газов установлена турбина 6 — осевая, реактивная, одноступенчатая, которая установлена на роторе.

Далее расположено выхлопное сопло, состоящее из наружного кожуха 7 и стекателя газового потока 8, соединенные между собой при помощи стоек. С ресивером воздуха 4 по воздушным каналам и воздуховоду соединен клапан 9 перепуска воздуха, через который сжатый воздух направляется для использования, например, на диспергатор рабочей жидкости в газодинамической установке дисперсной химической и биологической обработки или на другие цели.

На корпусе топливного насоса-регулятора 10 на винте настройки регулятора оборотов топливного насоса-регулятора (в прилагаемом описании газотурбинного двигателя на фиг.24 на схеме работы топливной аппаратуры изображен под номером 4) укреплено зубчатое колесо 11, находящееся в постоянном зацеплении с зубчатой рейкой 12, которая установлена в направляющий паз 13, выполненный из двух направляющих планок, укрепленных на кронштейне 14. А кронштейн 14 укреплен на раме 15 двигателя (фиг.1).

Соосно с винтом настройки регулятора оборотов топливного насоса-регулятора 10 расположен винт регулировки командного давления регулятора оборотов (на фиг.24 изображен под номером 2), на котором установлено еще одно зубчатое колесо 11, также находящееся в постоянном зацеплении со второй зубчатой рейкой 12 (фиг.1, 2 и 3).

Зубчатые рейки 12 установлены в направляющие пазы 13, каждый из которых выполнен из двух планок, которые укреплены на кронштейне 14, укрепленном, в свою очередь, на раме 15 двигателя.

Зубчатые рейки 12 перемещаются в продольных направляющих пазах

13 с помощью тросового привода 16, прикрепленного к двум направляющим планкам продольного паза 13, и обеспечивают возможность поворота двух регулировочных винтов посредством зубчатых колес 11 на определенный угол в ту или другую сторону. А величина перемещения зубчатой рейки 12 посредством тросового привода 16 определена и ограничена длиной сквозного паза 17, выполненного в зубчатой рейке 12 и ограничена стопорным винтом 18, установленным частично в этот паз.

И этот размер паза 17 позволяет регулировать угол поворота двух регулировочных винтов в ту или другую сторону и соответственно регулировать давление и объем подаваемого количества топлива через насос-регулятор 10 в коллектор рабочих форсунок и далее в камеру сгорания топлива.

Давление подаваемого топлива регулируется в пределах от 0,3 до 1,5 МПа и соответственно и количества топлива. А это в конечном итоге позволяет регулировать число оборотов ротора турбины с 19000 до 39000 оборотов в минуту. При этом, по сравнению с аналогом количество рабочих форсунок составляет четыре вместо восьми, и обеспечивается устойчивая работа двигателя при вышеприведенных оборотах ротора турбины.

При оборотах ротора турбины 19000 об/мин. расход топлива сокращается до 27 кг/час с 60 кг/час, температура выхлопных газов за турбиной снижается с 550-600°С до 340-370°С, а время непрерывной работы двигателя без перегрева составляет 6 часов и более.

Таким образом, предлагаемый газотурбинный двигатель может стабильно работать в отличие от аналога и на значительно пониженных оборотах до 19000 об/мин. А это придает предлагаемому двигателю большую универсальность и возможность применения в различных отраслях народного хозяйства.

Предлагаемый газотурбинный двигатель с регулируемыми оборотами ротора турбины изготовлен и опробован с положительными результатами в марте 2005 года на авиаремонтном предприятии «Мотор» в г.Омске.

Литература:

1. «Газотурбинный двигатель АИ-9», техническое описание, М. , Внешторгиздат, 1971 г., 29 с, с.1-3, с.17-18, фиг.24.

Газотурбинный двигатель с регулируемыми оборотами ротора турбины, содержащий электростартер, топливный насос-регулятор с топливной аппаратурой, воздухозаборник-маслобак, компрессор, ресивер, клапан перепуска воздуха, камеру сгорания топлива, ротор с установленной на нем турбиной, выхлопное сопло и стекатель выхлопных газов, отличающийся тем, что на винте настройки регулятора оборотов и на винте регулировки командного давления регулятора оборотов топливного насоса-регулятора дополнительно установлено по одному зубчатому колесу, находящимися в постоянном зацеплении с зубчатыми рейками, установленными в направляющие пазы на кронштейне, укрепленном на раме двигателя, при этом зубчатые рейки установлены с возможностью поворота этих регулировочных винтов посредством зубчатых колес на определенный угол в ту или другую сторону, и соответственно регулирования количества подаваемого топлива в коллектор рабочих форсунок камеры сгорания под давлением от 0,3 до 1,5 МПа, и соответственно изменения числа оборотов ротора турбины, а количество рабочих форсунок составляет по меньшей мере четыре, которые обеспечивают устойчивую работу двигателя при заданных различных оборотах ротора турбины.

«Самые удивительные машины из когда-либо созданных»: принцип работы реактивных двигателей

В этом посте содержатся ссылки на продукты одного или нескольких наших рекламодателей. Мы можем получать компенсацию, когда вы переходите по ссылкам на эти продукты. Условия применяются к предложениям, перечисленным на этой странице. Чтобы ознакомиться с нашей Политикой в ​​отношении рекламы, посетите эту страницу.

Когда вы садитесь в самолет, вы могли заметить этот маленький водоворот или белое пятно в самой середине двигателя, медленно вращающееся, как оптическая иллюзия. За этим водоворотом скрывается, вероятно, самая сложная инженерная конструкция из когда-либо созданных: один из реактивных двигателей, приводящих в движение ваш самолет.

«Контакта металл-металл нет. Они могут работать тысячи часов — 60 000 часов — в зависимости только от воздуха и топлива. Компоненты невероятно долговечны», — сказал доктор Магди Аттиа, профессор аэрокосмической техники в Авиационный университет Эмбри-Риддла.

Чудо современной техники (Фото Даррена Мерфа / The Points Guy)

Я поговорил с доктором Аттиа и Джеймсом Спейчем, директором по маркетингу Pratt & Whitney Commercial Engines, чтобы понять, как работает реактивный двигатель.

Аттиа — давний эксперт в области аэрокосмической техники; у него есть несколько аэрокосмических патентов на его имя, а также множество рецензируемых публикаций. Он также руководит исследовательским центром газовых турбин в университете. Спейч — инженер-механик, проработавший в Pratt 45 лет; он набрался опыта, работая над ранними компьютерными моделями реактивных двигателей и над PW4000, преемником первого двигателя, разработанного Праттом для Boeing 747. Подробнее об этом позже.

Думаю, мы в надежных руках.

Прежде всего: много воздуха. Действительно много.

Принцип работы реактивных двигателей состоит в том, что они всасывают воздух, много воздуха, смешивают его с топливом и выбрасывают образовавшиеся газы наружу с большой скоростью. Это двигает двигатель вперед за счет реакции, а также прикрепленный к нему самолет.

Но современные реактивные двигатели работают не совсем так. На самом деле, большая часть тяги, создаваемой современным реактивным двигателем, возникает просто за счет перемещения невероятного объема воздуха одновременно и очень быстро. Полный 90% воздуха, поступающего в двигатели, проходит насквозь, не смешиваясь с топливом и не воспламеняясь. Лопасти вентилятора в передней части являются рабами ядра двигателя, и это ядро ​​заставляет эти вентиляторы выполнять всю тяжелую работу.

На заре реактивного двигателя в самолетах использовался тип реактивного двигателя, который больше не предназначен для коммерческого использования: турбореактивный двигатель, в котором весь воздух, всасываемый двигателем, проходит через его сердцевину. В наши дни реактивные самолеты вместо этого используют турбовентиляторные двигатели, которые выталкивают почти весь воздух, который они заглатывают9. 0021 около ядра двигателя. Они тише и намного эффективнее турбореактивных двигателей.

Самые большие реактивные лайнеры, находящиеся в эксплуатации сегодня, имеют двигатели с чрезвычайно высокой степенью двухконтурности, где существует высокое соотношение между воздухом, ускоряемым в двигателе (в обход ядра), и воздухом, поступающим в ядро ​​самого двигателя. Огромный диаметр этих двигателей, таких как у Boeing 777, связан с необходимостью иметь гигантский вентилятор спереди.

Посетитель фотографирует General Electric GE90 самолета Boeing 777-300ER Qatar Airways на авиашоу в Фарнборо в июле 2018 года. (Фото ADRIAN DENNIS/AFP/Getty Images)

гражданских турбореактивных двигателя перестали летать с Concorde, которые даже использовали то, что можно найти только на сверхзвуковых истребителях и бомбардировщиках: форсажные камеры — буквально впрыскивая топливо в выхлопную трубу для создания огромной тяги — чтобы помочь ускориться на взлете, а позже в полете — преодолеть звуковой барьер.

Конкорд взлетает с включенными форсажными камерами (Фото: Aviation-images.com/UIG через Getty Images)

В наши дни вы не увидите, как пламя вырывается из хвостовой части гражданских самолетов при взлете.

Энергия тяги — это ключ

Теория, применяемая на практике с турбовентиляторными двигателями, называется эффективностью тяги. Гораздо эффективнее перемещать большой объем воздуха с относительно низкой скоростью, чем перемещать небольшой объем воздуха с более высокой скоростью. (Аттия повторял мне это изречение наизусть). «Как правило, при взлете от 70% до 80% тяги обеспечивается байпасом, а около 20% — самой активной зоной. Когда самолет достигает крейсерской высоты, эта величина стремится к 9От 5% до 100% тяги обеспечивается байпасом», — сказал Аттиа. Турбореактивные двигатели, как и на «Конкорде», вообще не имели байпаса, что делало их очень дорогими в эксплуатации. , двигатели должны были сжигать много топлива. Сердцевина реактивного двигателя и вентилятор Изображение предоставлено Pratt & Whitney, изменено автором

Всасывание

Передний вентилятор всасывает воздух. 10 процентов этого воздуха уходит в так называемую «сердцевину» двигателя. 90 процентов ускоряются и перемещаются вокруг ядра.

Сжатие

Воздух, попавший в ядро, проходит через ряд маленьких вращающихся лопастей, прикрепленных к валу, называемому компрессором . Акт вращения воздуха вызывает крутящий момент, который заставляет воздух ускоряться и увеличивает его давление.

Взрыв

Затем топливо впрыскивается в сжатый воздух и воспламеняется в камере сгорания.

Выдувание

Затем быстро расширяющаяся горячая газовая смесь проходит через другой набор лопастей вентилятора, называемый турбиной . Эти газы улавливаются маленькими лопастями турбины, заставляя турбину вращаться.

Невероятная турбина.

Вращающаяся турбина вращает вал, который заставляет компрессоры вращаться и вращает вентилятор в самом начале. Ключевой вывод: весь смысл сердечника двигателя в том, чтобы крутить вентилятор спереди, а не обеспечивать большую часть тяги самому.

«Турбина преобразует тепловую энергию, вырабатываемую при сгорании, обратно в механическую энергию. Это маленькие лопасти турбины, которые вращаются и соединены с валом, который соединен с самим компрессором и вентилятором», — объяснил Аттиа. Этот вал турбины вращается со скоростью около 20 000 об/мин, что очень, очень быстро.

Итак, сколько воздуха необходимо, чтобы обеспечить движение вперед, достаточное для работы крыльев и создания подъемной силы?

53 грузовика UPS Типичный реактивный двигатель пропускает 53 грузовика UPS воздуха в секунду. (Фото Дэвида Л. Райана/The Boston Globe через Getty Images)

Типичный реактивный двигатель потребляет около 1500 кг воздуха в секунду. Плотность воздуха на уровне моря составляет около 1,2 килограмма на кубический метр. Для нашей пользы доктор Аттиа провел краткие подсчеты: типичный грузовик ИБП имеет объем 23 кубометра, и, соответственно, реактивный двигатель тянет в объеме примерно 53 грузовика ИБП воздуха — в секунду.

— Массовый расход воздуха — самая важная часть уравнения тяги, — сказал Аттиа. Спейч согласился с этим, отметив, что компания Pratt & Whitney в течение 20 лет сосредоточилась на эффективности тяги: «нагнетая много воздуха», как он выразился.

Лопасти вентилятора

Энергия, создаваемая лопастями вентилятора, ошеломляет. И у каждого производителя двигателей, кажется, есть красочный способ объяснить энергию, заключенную в одной лопасти. Один производитель сказал, что энергия одной работающей лопасти вентилятора может запустить небольшой автомобиль над семиэтажным зданием. Другой: достаточно поднять девять двухэтажных автобусов (или 13 слонов-быков)9.0003 Я лично познакомился с турбовентиляторным двигателем с редуктором P&W (1900G) на самолете Embraer E2-190. Изображение предоставлено Embraer.

Лопасти вентилятора двигателей Pratt изготовлены из высокопрочного алюминиевого сплава с титановой передней кромкой. Другие производители реактивных двигателей используют полые титановые лопасти или лопасти, обернутые углеродным волокном. Забавный факт: сами лопасти вентилятора представляют собой мини-крылья, создающие подъемную силу.

Когда вы приближаетесь к двигателю, вы замечаете, насколько близко концы вентилятора расположены к корпусу двигателя. На самом деле, P&W изготовила их с такой точностью, что они немного трутся о внутреннюю резиновую оболочку, миллиметры, что создает небольшую канавку в резине. Допуски должны быть невероятно малы.

Наконечники сверхзвуковых вентиляторов и решение для турбовентиляторных двигателей с редуктором

В полете лопасти вентилятора вращаются со скоростью около 3000 об/мин. Чуть выше — и наконечники вентиляторов начинают работать на сверхзвуке, производя огромное количество шума в виде пронзительного гула. Напротив, вал низкого давления вращается со скоростью 12 000 об/мин, а вал высокого давления — около 20 000 об/мин. Итак, как вы замедляете это вращение — переходя от высоких оборотов в задней части двигателя к более низким оборотам в передней части?

Назад к конструкции двигателя.

Прямо через середину сердечника проходит «вал внутри вала». Один вал вращает турбину низкого давления, компрессор низкого давления и вентилятор, которые вы можете видеть на схеме выше. Другой вал вращает турбину высокого давления и компрессор высокого давления. Каждый компонент должен вращаться с разной скоростью для каждого этапа.

Чтобы замедлить передний вентилятор, «вам нужно больше ступеней более низкого давления, чтобы вентилятор работал на более низкой скорости, чем вал высокого давления», — сказал Спейч, имея в виду обычный двухконтурный двигатель. дизайн. Эти дополнительные ступени увеличивают вес и отрицательно сказываются на эффективности использования топлива.

И здесь на помощь приходит турбовентиляторный двигатель с редуктором, или GTF. Это самое значительное достижение в технологии двигателей за последние 20 лет.

Во-первых, со временем P&W придумала, как сделать легкую коробку передач. Текущая коробка передач весит около 250 фунтов; первые попытки были ближе к 600 фунтам. Редуктор снижает скорость вращения в три раза. Если вал низкого давления вращается со скоростью 10 000 об/мин, коробка передач снизит частоту вращения самого вентилятора до 3 000 об/мин, но — что очень важно — без добавления дополнительных ступеней более низкого давления. Пратт работал над ним с тех пор, как Спейч присоединился к компании, и активно тестировал его в течение 20 лет.

«С шестерней вы можете вращать вентилятор медленнее, но позволить остальным компонентам вращаться с наиболее эффективной для них скоростью», — объяснил Спейч. В свою очередь, вам нужно меньше ступеней низкого давления и меньший вес компонентов, чтобы вентилятор работал на этой более низкой скорости.

«Шестерня пробралась в двигатель», сказал Спейч. «Все эти знания… и, наконец, сегодня технология догнала нас».

Повышение эффективности с течением времени JT9D — первый двигатель для Boeing 747. Изображение предоставлено Pratt & Whitney.

Спейч работает в P&W с середины 1970-х годов и присоединился к ней сразу после того, как P&W запустила JT9D, на котором был установлен первый Boeing 747. «У этих первых двигателей коэффициент двухконтурности был примерно 4,5:1», — сказал Спейч. Они также были сделаны со стальными корпусами вентиляторов и компонентами из кованой стали, что было довольно тяжелым.

Сравните это с двигателем GTF, который может похвастаться степенью двухконтурности 12:1. Сообщается, что двигатель обеспечивает 15-процентный прирост эффективности использования топлива. «Это огромно в этом пространстве», — решительно сказал Аттиа.

Спейх отметил, что его компания добилась повышения эффективности более чем на 15%. «Я помню, что повышение топливной экономичности на один-два процента было для меня золотым прииском, — сказал он, вспоминая свою карьеру в компании. В настоящее время GTF летает на пяти платформах: серии Airbus A320Neo, Airbus A220, самолетах Embraer E-2, российском Иркут МС-21 и Mitsubishi MRJ. (Последние два еще не находятся в коммерческой эксплуатации.) Вы будете летать на них в США вместе с Hawaiian, Delta и Spirit среди прочих.

«Когда дело доходит до аэродинамики, материалов, конструкций, физики… всего — все доведено до предела», — сказал Аттиа. «Я думаю, что это самые удивительные машины, когда-либо созданные человеком».

И, если вам интересно, небольшой завиток в середине носовой части двигателя должен визуально определять, вращается вентилятор или нет.

Майк Арнот — основатель нью-йоркского туристического бренда Boarding Pass NYC и частный пилот.

Как запускаются газотурбинные двигатели?

Спросил 8 лет, 7 месяцев назад

Изменено 2 года, 3 месяца назад

Просмотрено 74k раз

$\begingroup$

Что происходит с газотурбинным двигателем с момента запуска до достижения стабильного холостого хода?

Что может пойти не так?

• реактивный двигатель
• турбина
• запуск двигателя

$\endgroup$

2

$\begingroup$

Для запуска большинства газотурбинных двигателей используется воздух, отбираемый под высоким давлением. Этот источник прокачки обычно исходит от APU, но также может исходить от уже работающего двигателя (запуск перекрестной прокачки) или от внешней тележки.

На некоторых самолетах запуск полностью контролируется FADEC, и его необходимо инициировать и контролировать только летному экипажу, а на других самолетах определенные шаги необходимо инициировать вручную.

Приведенный ниже процесс лучше всего описывает турбовентиляторный двигатель. Прочитайте ответ @Falk для получения информации о различиях с турбовинтовыми двигателями.

Основы турбовентиляторного двигателя

См. изображение ниже (Фото: К. Аинскаци, Википедия):

Части двигателя, на которые я буду ссылаться ниже:

• Вентилятор N1, вал N1 ​​и турбина N1, которые отображается зеленым цветом и маркируется «Вентилятор / компрессор низкого давления», «Вал низкого давления» и «Турбина низкого давления». Эти юниты соединены и двигаются как одно целое.
• Компрессор N2, вал N2 и турбина N2, показаны фиолетовым цветом и помечены как «Компрессор высокого давления», «Вал высокого давления» и «Турбина высокого давления». Они соединены и движутся как одно целое, но независимо от вала N1. На фото не показан привод вспомогательных агрегатов, который соединен с валом N2 для привода вспомогательных агрегатов двигателя.
• Горячая секция, изображена желтым цветом и помечена как «Камера сгорания». Здесь постоянно горит огонь в реактивном двигателе.

Запуск двигателя

Процесс запуска двигателя следует этой базовой формуле

• Через открытие клапанов отбора воздуха отбираемый воздух направляется в воздушный турбинный стартер. Эти устройства обычно используют отбираемый воздух под высоким давлением для вращения и включения центробежной муфты, соединенной с приводом вспомогательных агрегатов двигателя. Это, в свою очередь, заставляет вал N2 внутри двигателя вращаться.

• При вращении вала N2 вращаются компрессор N2 и турбины N2. Это начинает нагнетать воздух через двигатель спереди назад.

• При вращении вспомогательного вала и вала N2 вспомогательное оборудование должно начать работать, что можно проверить по показаниям давления масла на EICAS.

• При увеличении оборотов N2 включится зажигание. Эти воспламенители расположены в горячей части двигателя и производят небольшие искры. На EICAS должна быть индикация того, что зажигание активно.

• При дальнейшем увеличении оборотов N2 появится расход топлива. Это будет проверено на EICAS. После того, как будет замечен расход топлива, важно, чтобы следующая остановка произошла достаточно быстро.

• Выключи свет! Топливо воспламеняется зажиганием, и теперь огонь, горящий в горячей секции, подаваемый воздухом из компрессора, создает тягу на турбинах N2 и N1.

• Поскольку двигатель создает тягу на турбине N1, вал N1 ​​вращает вентилятор N1, и EICAS заметит увеличение скорости вращения N1. Скорость вращения N1 и N2 увеличивается.

• При превышении порогового значения N2 клапаны сброса воздуха, питающие стартер воздушной турбины, закрываются, и стартер отключается. Запальники выключаются при некотором пороге N2.

• Двигатель перейдет в режим стабильной тяги на холостом ходу.

Что может пойти не так?

Как насчет запуска двигателя в воздухе?

Если двигатель перегорел, можно попытаться перезапустить его в воздухе. Эти запуски обычно происходят одним из нескольких способов:

• Запуск перекрестного кровотечения
• Пуск ВСУ
• Пуск ветряной мельницы

Процесс запуска APU, по существу, аналогичен описанному выше. Запуск с перекрестной продувкой, который также можно выполнить на земле, просто заменяет работающий двигатель на высокой мощности, чтобы обеспечить отбор воздуха для запуска, и в остальном аналогичен описанному выше.

Интересное начало — запуск ветряной мельницы. Необходимость в этом означает, что случилось что-то плохое. Необходимость запуска ветряной мельницы означает отсутствие источников отбора воздуха для питания стартера воздушной турбины. Это может означать, что все двигатели выключены, а ВСУ недоступен (ПЛОХО!), или просто что выпускные клапаны остановленного двигателя не закрылись и не могут быть открыты.

Для EMB-145, с которым я знаком, запуск ветряной мельницы требовал снижения на скорости от 260 до 320 узлов и не мог быть предпринят выше эшелона полета 250. Короче говоря, вы надеетесь, что массового расхода через двигатель достаточно, чтобы раскрутить компрессор N2, как это сделал бы ATS. С индикацией N2 в зоне запуска двигателя вы вводите искру и топливо и надеетесь, что двигатель загорится. В худшем случае, если вы слишком медлительны и не можете обеспечить достаточный поток воздуха до выключения света, двигатель может быстро перегреться и выйти из строя. По этой причине особенно важно прервать этот тип запуска, как только будет обнаружена неисправность.

$\endgroup$

3

$\begingroup$

Если вы хотите узнать о реактивных двигателях, прочитайте ответ @casey. Это очень подробно и хорошо.

Некоторые газотурбинные двигатели запускаются по-другому. Речь идет о турбовинтовых или турбовальных двигателях. Известным примером является турбина PT6, обеспечивающая мощность многих небольших винтовых самолетов с турбинным двигателем, таких как серия King Air компании Beachcraft и Cheyenne и JetProp компании Piper.

Эти двигатели состоят из двух частей: газогенератора и свободной силовой турбины. Газогенератор — это, по сути, реактивный двигатель. Он состоит из воздухозаборника, компрессора, камеры сгорания и турбины. Я не знаю ни одного турбовинтового двигателя с соплом для создания тяги, как у реактивного двигателя, но если кто-то из вас знает об этом, мне было бы интересно прочитать ваш комментарий. В турбовальном двигателе выхлоп вообще не используется для создания тяги, поэтому некоторые из них даже перевернуты (компрессор в задней части двигателя, но, естественно, все еще питается воздухом из впускного отверстия, направленного вперед). Возможно, вы заметили, что в некоторых самолетах с турбовальными двигателями выхлоп находится очень близко к пропеллеру — вот причина.

Вторым компонентом является свободная силовая турбина, приводимая в действие выхлопом газогенератора, приводящая в движение гребной винт через редуктор (скорость свободной силовой турбины > 30 000 об/мин, скорость пропеллера < 3 000 об/мин). В большинстве двигателей эти компоненты удерживаются вместе только корпусом двигателя, поэтому его называют свободной силовой турбиной.

Теперь у нас есть общее представление об этом типе двигателя и мы можем поговорить о последовательности запуска. К газогенератору подключается так называемый стартер-генератор. По сути, это электродвигатель с питанием от батареи (или любого другого источника постоянного тока), используемый для проворачивания вала газогенератора. После запуска двигателя этот двигатель можно использовать в качестве генератора постоянного тока. Если вы посмотрите на принципы работы электродвигателя и генератора постоянного тока, вы увидите, что технически они одинаковы. Вам нужно только изменить некоторые соединения. Обычно это делается с помощью трехпозиционного кулисного переключателя «пуск-генератор».

Последовательность запуска почти такая же, как и для реактивного двигателя:

• Провернуть вал газогенератора стартером
• При определенной частоте вращения (обычно 10-15%) долить топливо
• Контроль параметров двигателя
• Переключение на генератор

Обычно свободная силовая турбина начинает вращать гребной винт вскоре после добавления топлива, однако некоторые двигатели оснащены тормозом гребного винта, предотвращающим вращение секции свободной силовой турбины. Это полезно для работы секции газогенератора только для получения электрической или гидравлической, иногда пневматической энергии — какой-нибудь ВСУ. Известным примером является серия ATR компании Aerospaitiale. Они назвали это «гостиничным режимом».

$\endgroup$

5

$\begingroup$

Пока отличные ответы. Есть несколько других способов запуска реактивного двигателя.

Двигатель F-16 соединен с коробкой передач с помощью специального сбалансированного высокоскоростного вала. Есть муфта, где вал соединяется с коробкой передач. К коробке передач также прикреплена турбина меньшего размера, известная как реактивный топливный стартер (JFS), размером примерно с большой арбуз, также со сцеплением. Коробка передач также имеет гидравлические насосы и генераторы.

Для запуска самолета:

1. основной двигатель отключен от коробки передач
2. JFS прицеплен к коробке передач
3. гидравлическое давление подается от аккумулятора к насосу, заставляя его работать как гидромотор, который вращает редуктор
4. редуктор поворота раскручивает JFS до такой степени, что он достигает начальной скорости
5. топливо подается в JFS, зажигание срабатывает и он запускается
6. JFS увеличивает мощность до 200 лошадиных сил
7. когда JFS работает на полном ходу, муфта вала двигателя срабатывает
8. поворотный вал вращает главный двигатель до достижения им начальной скорости
9. как только главный двигатель достигает определенной скорости, JFS отключается от коробки передач и выключается
10. Вращающийся двигатель включает генераторы и гидравлику, перезаряжая давление в аккумуляторах для следующего запуска

В некоторых отношениях он похож на бульдозер или другую тяжелую технику. Многие из них имеют небольшой «пони-мотор» с электростартером, который затем создает комбинацию мощности и крутящего момента, необходимую для запуска основного двигателя. Как только главный двигатель заработает, пони-мотор отключится и выключится.

В других более старых самолетах, таких как F-100 Super Sabre, использовался небольшой заряд взрывчатого вещества (стартовый патрон, по сути, большой холостой). Вы бы установили его в двигатель. Пилот электрически запускал его в выхлопную турбину, которая раскручивала двигатель до такой степени (вы надеялись), чтобы он разогнался до стартовой скорости, а затем включался топливная система и системы зажигания. Если тележка не срабатывала должным образом, вам приходилось ждать определенное время, пока она остынет, прежде чем вы могли ее снять. Вы бы не хотели, чтобы он взорвался на рампе (возможно присутствие паров топлива) или в ваших руках (ой!).

$\endgroup$

4

$\begingroup$

Думаю, теперь моя очередь добавить экзотические способы запуска реактивного двигателя.

Jumo 004 на Ме-262 и Ар-234 имел небольшой поршневой двигатель в центральной опоре, который запускался электрически, но также мог запускаться вручную механиком. Вы когда-нибудь замечали отверстие в середине шипа и застрявшее в нем кольцо (см. левый рисунок ниже)?

Кольцо было прикреплено к веревке, которую можно было использовать для запуска поршневого двигателя (стартер Riedel, справа). Это может раскрутить двигатель до 2000 об/мин. При 500-1000 об/мин пилот включал зажигание. Теперь начальное сгорание помогло раскрутить двигатель еще больше, пока при 5000 об/мин поршневой двигатель не расцеплялся. Затем пилот мог медленно увеличивать обороты до 8700 об/мин, максимум.

Что может пойти не так? Лот:

• Поршневой двигатель не расцеплялся.

• Недостаточный расход топлива, двигатель не разгонялся. В холодную погоду топливные насосы приходилось включать, но только вверх. до 3000 об/мин.

• Зажигание не включалось достаточно быстро. Затем вращающийся двигатель подавал топливо в камеру сгорания, где оно собиралось и выбрасывалось в задний обтекатель двигателя. Когда начнется горение, сгорит и собранное топливо, что приведет к возгоранию двигателя.

• Пилот слишком быстро нажимал на газ. Это приведет к подаче слишком большого количества топлива в камеру сгорания и перегреву турбины выше ее предела. Только с более высоким потоком воздуха рядом с конструкцией скорость может дроссельная заслонка быть защищена брандмауэром. —

Другая процедура запуска — это J-58 в SR-71, которая была очень похожа. Только то, что стартовый двигатель был намного больше и не являлся частью двигателя: это была нестандартная конструкция двух тюнингованных двигателей Buick 455 V-8, соединенных вместе на тележке и приводивших в движение вертикальный приводной вал, который приводил двигатель в движение от левого борта под гондола двигателя. Чтобы начать воспламенение, был впрыснут специальный состав, называемый триэтилбораном, потому что холодный JP-7 (специальное топливо для J-58) не воспламенится сам по себе. Как только двигатель смог поддерживать себя, тележка была отключена.

Двигатели Buick часто выходили из строя, и позже их заменили двумя большими блоками Chevy. Также двигатели могли запускаться сжатым воздухом. См. эту ссылку для получения дополнительной информации.

Что еще может пойти не так? Этот список тоже очень похож…

$\endgroup$

2

$\begingroup$

Для очень простого запуска турбины, без FADEC или компьютерного управления, вот видео запуска турбинного вертолета Mosquito XET.

Дроссельная заслонка на 50%, затем вернитесь в положение холостого хода.

Включить стартер.

При 17 % оборотов включите воспламенитель.

При 30% оборотах включить подачу топлива… грохот указывает на то, что горелка загорелась.

При 50% выключите стартер.

При 70% выключите воспламенитель.

На 100% готов к полету.

В Mosquito используется газовая турбина Solar мощностью 90 л.с., изначально созданная для резервных генераторов, что является одной из причин, по которой весь пакет (относительно) недорог: около 65-70 тысяч долларов за вертолет с турбинным двигателем.

Требуется сборка…

$\endgroup$

$\begingroup$

Существует также итерация карданного вала пусковых двигателей. Как временный техник на Торнадо, я не могу рассказать вам, насколько разочаровывает эта система!

ВСУ приводит в действие коробку передач, которая имеет генератор, гидравлический насос и выходной вал к двигателю для его запуска. Он также соединен с другой коробкой передач на двигателе №2 через вал, который также имеет гидравлический насос, генератор и выходной вал. Таким образом, ВСУ или любой двигатель могут работать с одной или обеими коробками передач и запускать один или оба двигателя!

Не стесняйтесь делиться информацией о том, как он работает, теперь самолет все равно не работает в Великобритании 😉

http://www. tornado-data.com/Tid/systems/common/secondary_power_system.htm

$\endgroup$

Твой ответ

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Обязательно, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

Что такое N1 и N2 в авиационных газотурбинных двигателях? – Airplane Academy

Большинство пилотов примерно знакомы с принципами настройки мощности поршневых двигателей и даже с принципами настройки мощности поршневых двигателей, приводящих в движение воздушные винты постоянной скорости. Но для газотурбинных двигателей мощность выражается в терминах «N1» и «N2».

Поскольку ТРДД генерируют тягу, а не мощность (как это традиционно выражается), параметры мощности ТРД выражаются относительно пределов скорости вращения. Эти термины выражают мощность принципиально другим способом и требуют понимания механических концепций газотурбинных двигателей.

Итак, что означают N1 и N2 для газотурбинных двигателей?

N1 и N2 экспресс частота вращения газотурбинных двигателей в процентах от максимальной нормальной рабочей об/мин. N1 — скорость низкого давления золотник и служит основной настройкой мощности, а N2 — скорость высокого золотник давления, который указывает, имеют ли системы самолета достаточную мощность.

Чтобы лучше понять N1 и N2, нам нужно начать с основами газотурбинных двигателей. Далее в статье мы рассмотрим практические применения показаний N1 и N2. Давайте прыгать!

Как работают газотурбинные двигатели?

Типичные турбовентиляторные или турбореактивные двигатели состоят из 5 основные сечения: вход, компрессор/вентилятор, камера сгорания, турбина и сопло.

Воздух всасывается через впуск, проходит через вентилятор и компрессор для увеличения его давления, смешивается с топливом и сжигается в камере сгорания, выпускается через турбину и ускоряется через сопло для создания тяги.

Реактивный двигатель в разрезе
Источник изображения

В этом обсуждении компрессор и турбина являются интересующие компоненты.

Секция компрессора обычно состоит из двух секций, вентилятор и компрессор низкого давления и высокого давления компрессор. Так же и турбина состоит из секции высокого и низкого давления, секции высокого и низкого давления компрессоры связаны с их соответствующими аналогами турбины через концентрические и независимые приводные валы. Это означает что секции низкого давления и высокого давления вращаются независимо друг от друга еще один.

Механический Основным принципом газотурбинных двигателей является то, что секция(и) турбины способны извлекать достаточно энергии из выхлопных газов для привода компрессора секция(и), которые обеспечивают достаточное количество воздуха для сжигания, чтобы питать турбину.  

Это означает, что он легче, более термодинамически эффективен. турбины и компрессоры становятся более эффективными.

В зависимости от двигателя компрессоры и турбины высокого и низкого давления могут быть одноступенчатыми или многоступенчатыми. Есть несколько больших моделей турбовентиляторных двигателей, которые работают с тремя золотниками вместо обычных двух, хотя это обсуждение будет ограничено конструкциями с двумя золотниками.

Градиенты давления турбинного двигателя
Источник изображения

Для получения дополнительной информации о принципах работы турбины двигатели, обратитесь к серии сравнения двигателей из трех частей здесь:

Сравнение поршневых и турбовинтовых двигателей: безопасность, эффективность и характеристики

Сравнение турбореактивных двигателей и турбовентиляторных двигателей: безопасность, эффективность и характеристики

Сравнение турбовентиляторных и турбовинтовых двигателей: безопасность, эффективность и характеристики

Что определяет N1 и N2?

N1 поворотный скорость вращения турбины низкого давления и золотника компрессора , выраженная как процент от максимального нормального рабочего оборота золотника.

N2 поворотный скорость вращения турбины высокого давления и золотника компрессора , выраженный как процент от максимального нормального рабочего оборота золотника.

Эти скорости будут отличаться друг от друга, так как каждая катушка вращается независимо от другой. Обычно в установившемся режиме работы N1 и N2 будут существенно различаться, особенно при более низких настройках мощности. Это важно, так как каждый золотник должен работать независимо, чтобы обеспечить надлежащие градиенты давления в двигателе.

Положения датчика турбинного двигателя
Источник изображения

Как пилоты используют N1 и N2 для установки мощности?

Использование N1 и N2 зависят от этапа полета и эксплуатационных требований различных системы, использующие двигатель для питания.  

Чтобы проиллюстрировать эту концепцию, Pratt and Whitney В качестве эталона будут использоваться двигатели семейства PW306C/D, установленные на Citation. Различные двигатели могут требовать или указывать различные операционные процедуры, но концепции разумно переданы PW306C/D.

N1 является основным скорость набора мощности во время взлета, крейсерского полета и захода на посадку. N2 служит основным эталоном для определение достаточной мощности, подводимой к системам самолета, включая отбор воздуха систем, генераторов, гидравлических насосов, топливных насосов или другого оборудования с приводом от двигателя. аксессуары.

Чтобы проиллюстрировать практическое применение этих скоростей, рассмотрим общий профиль полета двигателя.

Запуск двигателя

Электростартер включен для привода высокого давления золотник для создания воздушного потока через двигатель. Топливо может быть введено путем активации FADEC при достижении минимального скорость вращения 9% N2. Стабильный, успешный запуск и холостой ход частично указываются значением N1, равным 57% (другая система показания подтверждают успешный старт). Во время стартовой последовательности нормальное развитие старта проверяется N1. вращение и ускорение, а также отключение стартера при 40% N2.

Испытания систем

Системы отбора воздуха, необходимые для полета, такие как наддув и антиобледенительные системы проверяются по скорости N2 и Межтурбинная температура (ITT). А минимум N2 75% требуется для создания достаточного давления отбираемого воздуха и поток для обогрева противообледенительной системы для прохождения предполетной проверки. Проверки давления подтверждают изменения ITT в соответствии с выбором переключателя прокачки и минимальным изменением скорости N2, скорости N1 на контраст немного меняется, когда клапаны для стравливания воздуха закрываются и открываются.

Взлет, набор высоты, крейсерский режим и заход на посадку

После перевода дроссельной заслонки в положение взлета пилот проверяет соответствие ошибки скорости N1 FADEC и индикации скорости N1. Пилот будет продолжать проверять скорость N1 показания соответствуют цели FADEC на протяжении всего полета. Скорость N2 отслеживается для проверки нормальной работы двигателя, но в целом не критичен для работы экипажа, за исключением необходимо провести перезапуск в полете. На этапе захода на посадку приблизительная скорость N1 от 60% до 65% используется для поддержания скорости захода на посадку при полете по траектории захода на посадку 3°.

Останов

Экипаж проводит обычные процедуры останова двигателя, откладывание выключения батарей и авионики до тех пор, пока скорость N2 не уменьшится. упал до 0%, чтобы обеспечить безопасное вращение двигателя и то, что топливо было должным образом отключаются FADEC.

Почему N1 используется для установки мощности?

Значение N1 двигателя указывает на исправность впускной и компрессорный отсек двигателя. Градиенты давления, обеспечивающие хорошие рабочие характеристики, определяется сглаживанием градиента давления вентилятором двигателя и низким компрессор давления.

N1 указывает на сколько энергии поступает в сопло, чтобы стать тягой, потому что это отражает скорость последней турбины низкого давления.

В отличие от этого N2 колеблется значительно меньше, даже при существенное снижение мощности. Два на это влияют факторы: вращающаяся масса и отбор энергии высоким давлением турбина.

Условно говоря, турбина высокого давления имеет меньше общая масса для ускорения, и он имеет самую высокую общую доступную энергию выхлопа чтобы разогнать эту массу, поэтому даже при холостых настройках мощности N2 остается относительно «намотался». Эта механическая реальность делает N2 трудным для использования значением для установка мощности.

Почему N2 используется для управления системами?

Для PW306C/D отбираемый воздух отбирается на турбине высокого давления, а привод вспомогательных агрегатов связан с золотником высокого давления. Поэтому N2 становится значением, определяющим, будут ли системы с приводом от двигателя получают достаточную мощность для нормальной работы.  

Гидравлические насосы, топливные насосы, генераторы и генераторы переменного тока все требуют достаточной скорости вращения для нормальной работы. Точно так же количество отбираемого воздуха от двигателя является функцией скорости секции компрессора.

N2 также указывает исправность цикла сгорания, потому что золотник высокого давления первым реагировать на изменения в камере сгорания через турбину высокого давления, N2 является отличный показатель нормального рабочего состояния.

Чем частота вращения турбовинтового двигателя отличается от частоты вращения турбовентиляторного/турбореактивного двигателя?

Для целей данного обсуждения Pratt and Whitney PT6A будет рассматриваться в первую очередь из-за его повсеместного использования в турбовинтовых двигателях. рынок. Обсуждаемые основные концепции применимы в равной степени к большинству турбовинтовых двигателей.

Поскольку турбовинтовые двигатели создают тягу за счет пропеллера скорости N1 и N2 больше не применяются напрямую.

Вместо пропеллера RPM и крутящий момент используются для установки мощности, а N1 используется для контроля состояния системы. и управлять запуском двигателя (обратите внимание, что N1 и NG обычно являются взаимозаменяемыми значениями). для турбовинтовых двигателей).  

Важно, что скорость N1 не связана с высоким или низким золотник давления, потому что турбина и компрессор работают независимо друг от друга. валы.

Скорость N1 измеряется на выходе из камеры сгорания в силовую турбину.   В PT6A эта скорость управляет давлением. предохранительный клапан, который помогает поддерживать соответствующий градиент давления внутри двигатель. Он также указывает, является ли двигатель правильно разгоняется во время запуска двигателя.

Крутящий момент измеряется на выходном валу турбины сечения, а в случае PT6A это функция давления масла. Обороты пропеллера — это выходная скорость винта. редуктор, также приводимый в движение валом турбины.

Для турбовинтовых двигателей двигателей, крутящий момент становится основным значением настройки мощности, поскольку выходная мощность двигателя напрямую ограничивается либо крутящим моментом, либо ITT.