Техника - молодёжи 1948-08, страница 14
Б. ЛЯПУНОВ • Над проблемой газовой турбины работало множество изобретателей. Тысячи патентов на газовые турбины были выданы в разных странах. Но только в самое последнее время, благодаря новейшим достижениям металлургии, теплотехники, аэродинамики и других отраслей науки т техники, газовая туроина выходит из стадии лабораторных исследований и становится самостоятельным тепловым двигателем — серьезным конкурентом дизельных и паровых установок. Отечественная наука и техника внесли большой вклад в дело создания газовой турбины. В первую очередь следует назвать труды профессора В. М- Маковского, который в результате многолетней работы в Ш2о году опубликовал написанную еще в 1920 году, ставшую широко известной, книгу «Опыт исследования турбины внутреннего сгорания». В этом труде советский ученый, доказав бесплодность господствовавшего за границей стремления создать турбины взрывного типа, выдвинул и обосновал идею турбины с горением при постоянном давлении. Правильность исследований профессора В. М. Маковского реально подтвердилась в настоящее время и именно в указанном им направлении. Советские ученые дополнили и развили исследования своего талантливого соотечественника. Газовая турбина появилась в результате длительной и сложной борьбы за улучшение и упрощение тепловой машины, за уменьшение потерь. Потери — неизбежная неприятность в технике. Можно сказать, что усовершенствование •всякой машины есть прежде всего борьба с .потерями. Современная паросиловая установка— это целая система сложных механизмов. В топке сгорает топливо, нагревая воду в котле. Пар из котла попадает в паровую машину и двигает поршень. Чтобы получить вращательное движение вала, нужен особый механизм — кривошипно-шатунный. Нельзя ли упростить эту сложную установку? Например, вместо того чтобы двигать сначала поршень, а потом его движение преобразовывать во вращение вала, нельзя ли заставить вращаться сразу вал? Кроме того, лучше было бы использовать энергию топлива не через посредника — пар, а заставить продукты сгорания топлива непосредственно работать в двигателе. Оказалось возможным и то и другое. Развитие теплотехники1 в конце прошлого века позволило создать новый тепловой двигатель — паровую турбину. В паровой турбине вращательное движение создавалось сразу на валу машины без посредника — кри-вошшшо-шатунного механизма. В двигателях внутреннего сгорания энергия топлива используется непосредственно для создания мощности. Но кривошипно-шатунный механизм в них остался, и это ограничивает повышение мощности двигателей. Как видим, задача была решена, но по частям. Полным решением задачи явилась современная газовая турбина, соединившая в себе преимущества паровой турбины и двигателя внутреннего сгорания. Принцип работы газотурбинной установки! очень прост. Она имеет три* основны е части —- ком прессор, ка меру сгорания и турбину. Компрессор подает в камеру сгорания воздух. Туда же подается через форсунки топливо. В камере сгорания смесь сгорает, образовавшиеся газы расширяются в направляющем аппарате и поступают затем на лопатки ротора турбины. С огромной скоростью ударяет струя горячих газов в лопатки, укрепленные на диске — роторе турбины. Ротор вращается. Вместе с «им вращается и ротор компрессора, сидящий на одном» валу с турбиной. Компрессор поглощает только часть мощности турбины, остальная мощность — полезная — передается какому-либо агрегату, связанному с турбиной: генератору электрического тока, воздушному винту самолета, гребному винту судна и т. д. В поршневом двигателе все три основных процесса — сжатие, сгорание и расширение — происходят в одном месте — в цилиндре. Поэтому и разнообразие конструкций моторов поршневого типа довольно ограничено. В газотурбинной установке сгорание топлива происходит непрерывно, и, следовательно, непрерывно вырабатывается энергия. Здесь не происходит отдельных вспышек, шк в поршневом двигателе Рис. С. ВЕЦРУМБ внутреннего сгорания. В газотурбинной установке возможны многочисленные варианты конструкций. Однако, как бы ни были разноск>рааны (конструкции газовых турбин, во всякой турбине есть три основные части, соответствующие трем процессам цикла: сжатию, сгоранию, расширению. Сжатие воздуха, поступающего в газотурбинную установку, производится компрессором. Компрессор — это, по существу, турбина «наоборот»: в нем давление повышается, а не понижается, как в турбине. Работа лопастей осевого компрессора основана на тех же аэродинамических законах, что и работа крыльев самолета. И потому профили лопаток компрессора похожи на профиль крыла самолета. Поступающий в компрессор воздух, проходя около движущейся лопатки, изменяет свою скорость. Происходит это потому, что нижняя и верхняя поверхности лопатки имеют различную кривизну и частицам воздуха, обтекающим лопатку, приходится проходить разные пути. Те частицы, которые проходят более длинный путь, принуждены двигаться быстрее, чтобы успеть пройти его за то же время, за какое проходят свой путь остальные частицы. На одной поверхности лопатки воздух двигается поэтому быстрее, а на другой— медленнее. Но скорость и давление воздушного потока связаны между собой Если скорость увеличивается, то давление уменьшается, и наоборот. На той поверхности лопатки, где воздух двигается медленнее, давление поэтому увеличивается. Поджа-тия воздуха с помощью одного ряда вращающихся лопаток недостаточно. Поэтому поток, выпрямленный направляющими лопатками, когорые неподвижны и прикреплены к кожуху компрессора между двумя рядами вращающихся лопаток, •» попадает на следующий ряд вращающихся лопаток, где снова поджимается; Вот почему осевые компрессоры имеют несколько рядов вращающихся лопаток или, как говорят, несколько ступеней сжатия. Число ступеней сжатия может быть довольно велико: существуют десяти и более ступенчатые осевые компрессоры. Чем больше ступеней сжатия и чем быстрее вращается компрессор, тем больше давление воздуха получается на выходе из компрессора. Воздух |
