Техника - молодёжи 1955-03, страница 4

образуется уже в реактивном сопле, создавая реактивную тягу. Иногда делают турбины, которые вырабатывают большие мощности, чем требуется на привод компрессора и на привод вспомогательных устройств; избыточная часть этой энергии передается через редуктор на винт. Бывают авиационные газотурбинные двигатели, снабженные и винтом и реактивным соплом.

Стационарная газовая турбина принципиально не отличается от авиационной, только вместо воздушного винта к ее валу присоединяется ротор электрогенератора и газы горения не выбрасываются в реактивное сопло, а до наивозможного предела отдают заключенную в них энергию лопаткам турбины. Кроме того, стационарная газовая турбина, не связанная жесткими требованиями габаритов, веса, имеет целый ряд дополнительных устройств, обеспечивающих повышение ее экономичности, уменьшение потерь.

Га<зовая турбина — машина высоких параметров. Мы уже называли желательную температуру газов перед лопатками е-з рабочего колеса —1250—1300°. Это температура плавления стали. Со скоростью в несколько сотен метров в секунду движется газ, нагретый до такой температуры в соплах и лопастях турбины. Свыше тысячи оборотов в минуту делает ее ротор. Газовая турбина — это преднамеренно организованный лоток раскаленного газа. Пути огненных потоков, движущихся в соплах и между лопатками турбины, точно предуказаны и рассчитаны конструкторами.

Газовая турбина — машина* высокой точности. Подшипники вала, делающего тысячи оборотов в минуту, должны быть выполнены по самому высокому классу точности. Ни ма>-лейшей неуравновешенности не может быть допущено в роторе, вращающемся с этой скоростью, .— иначе биения разнесут машину. Исключительно высокими должны бьггь требования к металлу лопаток — центробежные силы напрягают его до предела.

Эти особенности газовой турбины отчасти и затормозили внедрение ее, несмотря на все ее высокие достоинства. Действительно, какими жаропрочными и жаростойкими должны быть материалы, чтобы выдерживать в течение длительного времени напряженнейшую работу при температуре плавления стали? Современная техника не знает таких материалов.

Повышение температуры за счет достижений металлургии идет очень медленно. За последние 10—12 лет они обеспечили повышение температуры на 100—150°, то-есть по 1ft— 12° в год. Таким образом, сегодня наши стационарные газовые турбины могли бы работать (если бы не было других путей борьбы с высокой температурой) всего при температуре около 700°. Высокая же экономичность стационарных газовых турбин может быть обеспечена только лри более высокой температуре рабочих газов. Если металлурги будут повышать жаропрочность материалов теми же темпами (что вообще-то сомнительно), только через пятьдесят лет они обеспечат работу стационарных газовых турбин.

Инженеры сегодня идут по другому пути. Необходимо охлаждать, говорят они, элементы газовой турбины, омываемые горячими газами. В первую очередь это относится к сопловым аппаратам и лопаткам рабочего колеса газовой турбины. И для этой цели предложен целый ряд разнообразнейших решений.

Так, предлагается сделать лопатки полыми и охлаждать их изнутри либо холодным воздухом, либо жидкостью. Есть и другое предложение — обдувать поверхность лопатки холодным воздухом, создавая вокруг нее защитную холодную пленку, как бы одевая лопатку в рубашку из холодного воздуха. Можно, наконец, депать лопатку из пористого материала и через эти поры изнутри подавать охлаждающую жидкость, чтобы лопатка как бы «потела». Но все эти предложения очень сложны при непосредственном конструктивном решении.

Есть и еще одна нерешенная техническая задача в конструировании газовых турбин. Ведь одно из основных преимуществ газовой Ьгурбины в том, что она может работать на твердом топливе. Наиболее целесообразно лри этом сжигать распыленное твердое топливо прямо в камере сгорания турбины. Но оказывается, что мы не умеем лри этом достаточно эффективно отделять от газов горения твердые частички золы и шлака. Эти частички размерами более 10—15 микрон вместе с потоком раскаленных газов попадают на лопатки турбины и царапают, разрушают их поверхность. Радикальная очистка газов горения от частиц золы и шлака или сжигание распыленного топлива так, чтобы образовались твердые частички только меньше 10 микрон, — вот еще одна задача, которая должна быть решена для того, чтобы газовая турбина «сошла с небес на землю».

В АВИАЦИИ

А как же в авиации? Почему высоко в небе к. п. д. газовой турбины при одинаковых температурах газов больше, чем на земле? Потому что основным критерием для экономичности ее работы является вообще-то не температура га

зов горения, а отношение этой температуры к температуре наружного воздуха. А на высотах, освоенных нашей современной авиацией, эти температуры всегда сравнительно низкие.

Благодаря этому в авиации газовая турбина и стала в настоящее время основным типом двигателя. Сейчас скоростные самолеты отказались от поршневого мотора. На самолетах дальнего действия используется газовая турбина в виде воздушно-реактивного газотурбинного или турбовинтового дэига-теля. В авиации с особой силой сказались преимущества газовой турбины перед другими двигателями в отношении габаритов и веса. А преимущества эти, выраженные точным языком цифр, примерно таковы: поршневый двигатель у земли имеет вес 0,4—0,5 кг на 1 л. е., газотурбинный — 0,08— 0,1 кг на 1 л. с. В высотных же условиях, скажем на высоте 10 км, поршневый мотор становится уже раз в десять тяжелее газотурбинного воздушно-реактивного двигателя.

Стационарная газотур бинная установка. Каменный уголь вместе с горячим воздухом поступает в шаровую мельницу (1), откуда током воздуха мелкие частицы размельченного угля увлекаются и циклон (2). В циклоне происходит отделение воздуха от сухой пыли, которая направляется в бункер (3).

Отсюда питатели (4) подают угольную пыль в дозаторы (5) и далее в камеру сгорания (6). Сюда же поступает воздух, прошедший фильтр (10), сжатый компрессором (11) и подогретый в регенераторе (9). Образовавшиеся в камере горения газы, пройдя через пылеочиститель (7), поступают в газовую турбину (8) и отдают на ее лопатках большую часть своей энергии. Отработавшие в турбине, но еще горячие газы проходят через регенератор (9) и выбрасываются в атмосферу. На одном валу с газовой турбиной и компрессором находится электрогенератор (13) и пусковой электромотор (14). Все управление газотурбинной установкой осуществляется дежурным механиком с пульта управления (12).

2