Техника - молодёжи 1948-08, страница 15

Паровая машина

ПАРОМА* ТУРБИНА

Атткть шгштго сгшшш

Паровая машина и пароьая турбина получают энергию от внешнего источника — парового котла. Газовая турбина является собратом двигателя внутреннего сгорания. Она получает энергию за счет сжигания топлива в самом двигателе.

двигается, таким образом, от ступени •к ступени вдоль оси компрессора, почему такой компрессор и называют осевым. В авиационных газотурбинных установках иногда применяется другой тип компрессора — центробежный. В нем воздух сжимается центробежной силой, развивающейся при вращении радиальных лопаток, которые отбрасывают воздух от центра ротора к его -краям.

В отличие от компрессора, который, потребляя энергию, сжимает воздух, в газовой турбине газы расширяются и отдают свою энергию. Лопатки турбинного диска — ротора — также имеют тщательно рассчитанный профиль, и газовый поток сообщает лопаткам подъемную силу подобно тому, как воздушный поток, обтекающий крыло самолета, сообщает подъемную силу крылу. Эта сила вызывает вращение ротора. Турбина, так же как и компрессор, может иметь несколько ступеней. В многоступенчатой турбине, как и в компрессоре, между каждым рядом лопаток ротора устанавливаются неподвижные направляющие лопатки. Ротор газовой турбины вращается с огромной скоростью и при температуре, близкой к красному калению. Число оборотов вала в минуту доходит до 16 тысяч! Чтобы оценить, как велика эта скорость, достаточно сказать, что, например, вал самого быстроходного авиационного двигателя делает .примерно 3 500 оборотов в минуту. Такие условия работы турбины поставили труднейшую задачу перед металлургами. Им надо было найти материалы, способные

выдерживать большие центробежные напряжения при высоких температурах. При повышении температуры прочность обычной стали резко падает. К тому же поверхность ее окисляется, образуется слой окалины. Поэтому необходимо, чтобы сталь, идущая для изготовления ротора турбины, обладала дополнительной стойкостью против разрушения поверхности при нагревании. Кроме того, материал для лопаток и роторов турбины должен иметь хорошие технологические качества — ковкость, свариваемость и т. ат. Такая сталь была создана несколько лет тому назад. Ее важнейшая особенность — повышенная механическая прочность при высоких температурах. При температуре красного каления она во много раз прочнее обычной стали. Этой замечательной стали, можно сказать, в основном и обязана современная компактная н мощная газовая турбина своим существованием.

Новый материал и новая конструкция потребовали и новой технологии изготовления. Неожиданно пригодился опыт даже... ювелирной промышленности. Сложная форма лопатки требует большой точности ее изготовления. 'И тут вспомнили, что ювелирные украшения и мелкие художественные изделия изготовляют литьем высшей точности. Для этого в металлическую форму, изготовленную по модели, заливают под давлением воск, который заполняет все углубления в форме. Полученную восковую деталь заливают специальным формовочным материалом.

Схема работы стационарной газовой турбины.

I mmxrn

Затем, нагревая форму, воск вытапливают, а в образовавшуюся пустоту под давлением заливают металл. Изделия получаются настолько точными, что не нуждаются в дальнейшей обработке. Таким методом и стали отливать лопатки турбины. Кроме того, лопатки для авиационных газовых турбин изготовляются и штамповкой.

Компрессор газотурбинной установки подает в камеру сгорания большое количество воздуха — в несколько раз больше, чем поступает в топку паросиловой установки. На вращение компрессора тратится поэтому значительная часть всей мощности, развиваемой турбиной. А это отражается на КПД газотурбинной установки. В первых образцах газовых турбин КПД состав-ля л всего лишь Ъ%\ С усовершенствованием компрессоров и созданием жаростойких материалов, позволивших применить высокие температуры цикла, полезная мощность установки повысилась, и в настоящее время газовая турбина — простейший по принципу действия тип теплового двигателя — завоевывает себе прочное место в технике.

Элементарная схема газовой турбины, о которой мы рассказали выше, может быть усложнена введением аппаратов для использования тепла газов* уже отработавших в турбине. Такие аппараты — регенераторы — подогревают воздух перед поступлением его в камеру сгорания. Тем самым достигается экономия топлива, так как •воздух не отнимает части тепла на свое нагревание.

Ори сжатии воздуха е многоступенчатом компрессоре температура воздуха сильно повышается, — сжимаясь, воздух разогревается. Повышение температуры может <5ыть очень значительным, что недопустимо.

Поэтому воздух должен охлаждаться в промежуточных холодильниках за определенной группой ступеней. Насколько эти дополнительные устройства повышают экономичность работы турбины, показывают следующие цифры: коэфициент полезного действия турбины без регенератора и промежуточного охлаждения составляет 18%. регенератор повышает КПД до применение промежуточного охлаждения — до 26%, а турбина с регенератором и промежуточным охлаждением имеет КПД уже до 32%.

13