Как работает газовая турбина?

[Magirus]

Привет всем!

Здесь есть люди, которые учились в авиационном институте?
Кто-нибудь может рассказать дураку популярно, без тройных интегралов, как работает авиационная турбина?
Создаем предельно простую модель турбины: труба, в ней на упорах вращается ось, к которой на концах прикреплены пропеллеры. В середине трубы - отверстие, через которое подается сжатый воздух (аналог камеры сгорания). Воздух этот выходит из турбина как по линии АБ, так и по линии АВ. Что нужно добавить к этой модели, чтобы воздух выходил только по линии АВ?

[Лев]

Привет всем!

Здесь есть люди, которые учились в авиационном институте?
Кто-нибудь может рассказать дураку популярно, без тройных интегралов, как работает авиационная турбина?
Создаем предельно простую модель турбины: труба, в ней на упорах вращается ось, к которой на концах прикреплены пропеллеры. В середине трубы - отверстие, через которое подается сжатый воздух (аналог камеры сгорания). Воздух этот выходит из турбина как по линии АБ, так и по линии АВ. Что нужно добавить к этой модели, чтобы воздух выходил только по линии АВ?

Не понял юмора....Хочешь, вообще половину Б выбрось и отглуши, хочешь - поставь перегородку в сторону половины Б...
В чем подвох-то?

[Magirus]

Юмора тут нет.
Пропеллер со стороны Б - аналог компрессора, а со стороны В - аналог рабочего колеса турбины. Если что-нибудь из этой модели выбросить, мы не приблизимся к реальному двигателю, а удалимся от него.
Другими словами, я не понимаю, почему в реальном двигателе раскаленные газы не вырываются в обе стороны. Тройными интегралами тут не помочь.

[timsz]

Юмора тут нет.
Пропеллер со стороны Б - аналог компрессора, а со стороны В - аналог рабочего колеса турбины. Если что-нибудь из этой модели выбросить, мы не приблизимся к реальному двигателю, а удалимся от него.
Другими словами, я не понимаю, почему в реальном двигателе раскаленные газы не вырываются в обе стороны. Тройными интегралами тут не помочь.

В настоящем двигателе нет А. Если не считать впрыска керосина.

[Lazy]

Короче, в эксплуатирующихся сейчас ТРД принцип действия такой:

Воздух через воздухозаборник поступает в компрессор, который за счет вращения ротора сжимает воздух на определенную величину (точнее, в несколько раз - степень сжатия), т.е. он механическую энергию вращения ротора превращает в потенциальную энергию (давление) воздуха. Далее воздух поступает в камеру сгорания, где к нему подводится теплота, а затем - подается в турбину, где газы расширяются, вращая тем самым ротор. Т.е., турбина преобразует потенциальную энергию (температура, давление) газов в механическую энергию вращения ротора. Далее газы через выходное устройство выбрасываются в атмосферу, за счет чего и происходит движение ЛА. Турбина в ТРД нужна для привода ротора.

Ух, старался максимально на пальцах.

В приведенном в начале топика рисунке показана двухпоточная ТУРБИНА, а не двигатель, которая в авиационной технике не используется, но широко применяется в энергетике (цилиндры паровых и газовых турбин делают двухпоточными)

[Magirus]

В моей модели (наделавшей столько шуму,что приятно) трубка А заменяет расширение нагретых газов в камере сгорания.

[wind]

Кто-нибудь может рассказать дураку популярно, без тройных интегралов, как работает авиационная турбина?

покликай там по подчёркнутым и выделенным синим терминам - узнаешь много нового и интересного...
http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/070/017.htm
http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/007/948.htm
http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/095/810.htm
http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/112/894.htm
http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/112/884.htm
И т.д.
Чертежи и схемы - внизу почти каждого листа...

[Sea]

Между пропеллером Б и вводом А поставь перегородку с маленькой дырочкой. Теперь дуй в ввод А, больший объем воздуха пойдет через пропеллер В, меньший (из-за перегородки с дырочкой) через пропеллер Б. Когда пропеллеры раскрутятся, воздух сжатый между пропеллером Б и перегородкой пересилит поступление воздуха через дырочку и начнет через нее поступать в "аналог камеры сгорания" и присоединившись к воздуху поступающему через А выйдет через пропеллер В.
Похоже на правду?

[wind]

Похоже на правду?

- Похоже одновременно на "чушь собачью" и "бред сивой кобылы".
Посмотри ссылки, не ленись...
P.S. Для "совсем гуманитариев":
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%...B5.D0.BB.D1.8C
Ещё:
http://sch69.narod.ru/mod/1/634/sc8.htm

[Zig-Zag]

Обьясните "совсем не гуманитарию" , почему продукты сгорания не вырываются в обе стороны ?? А то мне это всё представляется типа как Мюнхгаузен сам себя за волосы поднимал.

[Sea]

Ты не умничай, а напиши своими словами А то из поисковика и я могу надергать ссылок.

ps: и заодно, в каком месте я ошибся?

[Лев]

Ты не умничай, а напиши своими словами А то из поисковика и я могу надергать ссылок.

ps: и заодно, в каком месте я ошибся?

Не ссорьтесь... Действтельно, парень вначале изобразил двухпоточную газовую турбину (ссудя по схеме и описанию) - подвод рабочего тела по центру и движение его вправо и влево (по крайней мере, так можно было понять...)...Потом поправился - имелось в виду с левой стороны компрессор, правая половина - турбина, посередине - подвод топлива...
Ну и был вопрос: почему продукты сгорания распространяются не в обе стороны? И действительно, в этих ссылках все прекрасно рассказано без всяких интегралов...Нет смысла еще раз что-то рисовать или рассказывать...
PS. Да ни в чем ты не ошибся... Просто при подобном объяснении вопрос остается -а почему газам не идти и влево через ту же дырочку......
С уважением...

[wind]

Ты не умничай, а напиши своими словами А то из поисковика и я могу надергать ссылок.

ps: и заодно, в каком месте я ошибся?

- Нет никакого "ввода А, по которому подводится сжатый воздух" и быть не может.
Почитай всё-таки, для начала, ссылки...

[Sea]

- Нет никакого "ввода А, по которому подводится сжатый воздух" и быть не может.
Почитай всё-таки, для начала, ссылки...

Прочитай для начала вопрос с которого начался топик и посмотри на прилагающуюся к нему картинку

[Zig-Zag]

Неужели создаётся такое давление воздуха, которое пересиливает кинетическую энергию продуктов сгорания. Я понимаю что продукты сгорания пойдут по пути наименьшего сопротивления в "большую дырку" к турбине, но почему они не будут вращать компрессор в обратную сторону ?
И вообще какая то замкнутая цепь получается, чем сильнее давление из компрессора тем быстрее крутится турбина, чем быстрее крутится турбина тем быстрее крутится компрессор, соответственно чоздавая ещё большее давление. И так далее. Предела мощности нету.

[Лев]

Неужели создаётся такое давление воздуха, которое пересиливает кинетическую энергию продуктов сгорания. Я понимаю что продукты сгорания пойдут по пути наименьшего сопротивления в "большую дырку" к турбине, но почему они не будут вращать компрессор в обратную сторону ?
И вообще какая то замкнутая цепь получается, чем сильнее давление из компрессора тем быстрее крутится турбина, чем быстрее крутится турбина тем быстрее крутится компрессор, соответственно чоздавая ещё большее давление. И так далее. Предела мощности нету.

Знаешь, ты близок к истине...... Все дело в нюансах...Хорошо...Арифметикой пользоваться запрещено... Представь себе такую картину...Положим, на столе стоит обычный вентилятор, который дует воздух...Нужно больше воздуха - нужно увеличивать скорость вращения вентилятора, следовательно, тратить больше энергии (надеюсь, интуитивно понятно, что это так...)... Теперь представим обычный ветряной двигатель...На оси его присобачим обычный электрогенератор...... Картина будет обратной вентилятору - чем больше воздуха, тем больше энергии будет выдавать этот генератор...
Можно соединить проводами генератор ветряного двигателя с двигателем вентилятора и при ОТСУТСТВИИ ПОТЕРЬ (обрати внимание!) получим то, что обычно называется вечным двигателем в школьных иллюстрациях (то есть механизм, который может крутиться неограниченно долго). Хотя на самом деле вечный двигатель - это то, что может еще и выдавать энергию на сторону. Здесь этого не происходит... Можно не заморачиваться с электродвигателем и электрогенератором, а просто соединить (состыковать) валы вентилятора и ветряного двигателя, получишь то же самое... Ну и сразу куча вопросов - а как разогнать всю эту конструкцию до нужных оборотов (нужна энергия, где ее взять?), как подводить энергию, нужную для компенсации потерь (да хотя бы то же трение в подшипниках) и т.д.
Теперь вернемся к предыдущей схеме (отдельно вентилятор и отдельно ветряк)... Поставим в потоке на выходе вентилятора горелку (надеюсь, понятно, что она будет гореть и греть воздух, но направление воздушного потока от этого не изменится?)... Как нас партия учила, все тела при нагревании расширяются... То есть через ветряк теперь будут проходить большие объемы воздуха, чем через вентилятор (просто за счет его нагрева...), то есть с ветряка снимем больше энергии, чем затратили на вентиляторе... Вот и вся премудрость на пальцах... Может быть, не совсем точно, но смысл, надеюсь,понятен...
С уважением...

[wind]

Знаешь, ты близок к истине...... Все дело в нюансах...Хорошо...Арифметикой пользоваться запрещено... Представь себе такую картину...Положим, на столе стоит обычный вентилятор, который дует воздух...Нужно больше воздуха - нужно увеличивать скорость вращения вентилятора, следовательно, тратить больше энергии (надеюсь, интуитивно понятно, что это так...)... Теперь представим обычный ветряной двигатель...На оси его присобачим обычный электрогенератор...... Картина будет обратной вентилятору - чем больше воздуха, тем больше энергии будет выдавать этот генератор...
Можно соединить проводами генератор ветряного двигателя с двигателем вентилятора и при ОТСУТСТВИИ ПОТЕРЬ (обрати внимание!) получим то, что обычно называется вечным двигателем в школьных иллюстрациях (то есть механизм, который может крутиться неограниченно долго). Хотя на самом деле вечный двигатель - это то, что может еще и выдавать энергию на сторону. Здесь этого не происходит... Можно не заморачиваться с электродвигателем и электрогенератором, а просто соединить (состыковать) валы вентилятора и ветряного двигателя, получишь то же самое... Ну и сразу куча вопросов - а как разогнать всю эту конструкцию до нужных оборотов (нужна энергия, где ее взять?), как подводить энергию, нужную для компенсации потерь (да хотя бы то же трение в подшипниках) и т.д.
Теперь вернемся к предыдущей схеме (отдельно вентилятор и отдельно ветряк)... Поставим в потоке на выходе вентилятора горелку (надеюсь, понятно, что она будет гореть и греть воздух, но направление воздушного потока от этого не изменится?)... Как нас партия учила, все тела при нагревании расширяются... То есть через ветряк теперь будут проходить большие объемы воздуха, чем через вентилятор (просто за счет его нагрева...), то есть с ветряка снимем больше энергии, чем затратили на вентиляторе... Вот и вся премудрость на пальцах... Может быть, не совсем точно, но смысл, надеюсь,понятен...
С уважением...

- Лев, пожалуйста, не компостируйте мозги... Иначе их потом в жизни будет не расплести!
С уважением...

[Виктор ( =SF=BELLA-RUS )]

Типичная схема ТРД .

[wind]

Неужели создаётся такое давление воздуха, которое пересиливает кинетическую энергию продуктов сгорания.

- Обязательно пересиливает. За последней ступенью компрессора высокого давления величина этого давления достигает, например, 25 атмосфер (и выше). Это 25 килограмм/кв сантиметр. Теперь представь себе кольцевую камеру сгорания, наружный диаметр кольца, скажем, 1 метр и внутренний - 0.5 метра. Значит, площадь кольца будет 5885 этих самых квадратных сантиметров! На каждый из которых давит сила в 25 кг. Если перемножить, то получится, что на всю эту площадь давит суммарная сила более чем в 147 тонн! - а со стороны сопла - обычное атмосферное давление (у земли). и вот в этой кольцевой камере сгорания штук из двенадцати расположенных по периметру форсунок начинает, под давлением до 100 атмосфер, распыляться и поджигается керосин. Разумеется, при сгорании его увеличивается и температура, и объём, но ведь со стороны компрессора давит, на максимальных оборотах, 147 тонн! А со стороны турбин, даже если их два каскада и в каждом по 2 ступени - открытое пространство! И раскалённые газы, разумеется, расширяются, движутся именно в эту, открытую сторону, увеличивают скорость и выбрасываются со скоростью несколько сотен метров в секунду, создавая таким образом реактивную тягу.
В сторону компрессора они никак не могут распространяться - большущее давление с той стороны им ни за что не даст это сделать...

Я понимаю что продукты сгорания пойдут по пути наименьшего сопротивления в "большую дырку" к турбине, но почему они не будут вращать компрессор в обратную сторону ?

- Потому, что компрессор насажен на одном валу с турбиной, газы проходят через лопатки турбины и вращают её, а через вал это вращение передаётся на компрессор. А самих лопаток компрессора эти газы совершенно не касаются, как я уже сказал - им это не даёт сделать давление, компрессором создаваемое.

И вообще какая то замкнутая цепь получается, чем сильнее давление из компрессора тем быстрее крутится турбина, чем быстрее крутится турбина тем быстрее крутится компрессор, соответственно создавая ещё большее давление. И так далее.

- Но скорость вращения турбины (и приводимого ею во вращение компрессора) задаётся количеством сжигаемого в камерах сгорания топлива. А это количество регулирует лётчик поворотом рычага управления двигателем (РУД), что эквивалентно нажатию на педаль газа в автомобиле.
Больше подаётся топлива, больше его сгорает в единицу времени - больше выделяется теплоовой энергии, сильнее раскручивается турбина и компрессор. А чтобы они вращались с заданной частотой, есть специальные устройства на топливном насосе у каждого двигателя. Он так и называется: насос-регулятор, (НР). Он поддерживает постоянство оборотов независимо от высоты и скорости полёта (за исключением минимальных, - оборотов малого газа, которые с высотой вынуждены расти)

Предела мощности нету.

- Разумеется, есть! Есть ограничения по максимальному давлению за последней ступенью компрессора (обеспечивает НР), есть ограничения по температуре перед первым каскадом турбины (по прочности металла лопаток), есть ограничение по максимальным оборотам из-за центробежных сил, по прочности (обеспечивает НР)...

[Glass Eagle]

Хорошая тема, интересная. ИМХО, в посте #17 всё толково объяснено.

...из двенадцати расположенных по периметру форсунок начинает, под давлением до 100 атмосфер, распыляться и поджигается керосин...

Кстати, давно интересует вопрос - а за счёт чего поджигается керосин? Т.е. когда он ужЕ начал гореть в камере сгорания - там всё ясно. А при запуске двигателя? Что-то такое электро-искровое? И где монтируется? У сопел форсунок? И как протекает процесс при запуске, когда компрессор ещё не раскрутился и давление газа на входе в камеру сгорания не 21-28 атм?
Или эл/мотор раскручивает компрессор (например, последнюю ступень, с первой ступенью турбины, конечно, т.к. они на одной оси), тем временем жиденькая струйка керосина медленно течёт и не слишком шикарно горит, ну и далее процесс нарастает, пока не войдет в установившийся режим???
В симуляторах типа FS9 и X-plane (не знаю как там в "Горячих Скалах") для некоторых самолётов это дело (в смысле тепловые режимы двигателя при запуске) отслеживается и можно запросто запороть двигатель, если температура турбины (ITT) выскочит градусов за 700-800.

[Lazy]

Хорошая тема, интересная. ИМХО, в посте #17 всё толково объяснено.
Кстати, давно интересует вопрос - а за счёт чего поджигается керосин? Т.е. когда он ужЕ начал гореть в камере сгорания - там всё ясно. А при запуске двигателя? Что-то такое электро-искровое? .

Да

И где монтируется? У сопел форсунок? И как протекает процесс при запуске, когда компрессор ещё не раскрутился и давление газа на входе в камеру сгорания не 21-28 атм?
Или эл/мотор раскручивает компрессор (например, последнюю ступень, с первой ступенью турбины, конечно, т.к. они на одной оси), тем временем жиденькая струйка керосина медленно течёт и не слишком шикарно горит, ну и далее процесс нарастает, пока не войдет в установившийся режим???
В симуляторах типа FS9 и X-plane (не знаю как там в "Горячих Скалах") для некоторых самолётов это дело (в смысле тепловые режимы двигателя при запуске) отслеживается и можно запросто запороть двигатель, если температура турбины (ITT) выскочит градусов за 700-800.

В принципе, так.
ВСУ раскручивает ротор(ы) до определ-й частоты, затем подается пусковое топливо и т.д.

[wind]

Хорошая тема, интересная. ИМХО, в посте #17 всё толково объяснено.
Кстати, давно интересует вопрос - а за счёт чего поджигается керосин? Т.е. когда он ужЕ начал гореть в камере сгорания - там всё ясно. А при запуске двигателя? Что-то такое электро-искровое? И где монтируется? У сопел форсунок?.

- Большие свечи, монтируются в двух противоположных концах трубчато-кольцевой камеры сгорания на (Д-30П-II, например) начинают работать с момента начала раскрутки ротора. Конструктивно больше в несколько раз свечей автомоббильных, там есть полоска радиоактивного изотопа на фарфоровой чашке, на наружной поверхности, изолирующей два электрода, она нужна для небольшой ионизации воздуха сразу над собой, подаётся высокое напряжение и возникает пульсирующий разряд длиной поряда 5-6 см на наружной поверхности свечей. Он-то и поджигает топливоздушную смесь. А потом пламя само распространяется на соседние участки по всей окружности кольцевой камеры.
После выхода двигателя на режим "малого газа" свечи выключаются. Дальнейшее горение происходит как в паяльной лампе - одни участки воспламеняются от других. При запуске в воздухе, свечи, естественно, вновь начинают работать - положенный временной цикл.

И как протекает процесс при запуске, когда компрессор ещё не раскрутился и давление газа на входе в камеру сгорания не 21-28 атм?
Или эл/мотор раскручивает компрессор (например, последнюю ступень, с первой ступенью турбины, конечно, т.к. они на одной оси), тем временем жиденькая струйка керосина медленно течёт и не слишком шикарно горит, ну и далее процесс нарастает, пока не войдет в установившийся режим???

- Никаких струек!! Плунжерный насос, с минимумом давления, достаточным для распыления - 12-15 атмосфер (это немало) через отверстия в форсунках диаметром с вязальную спицу, распыляется, как из пульвелизатора, как из хорошего садового распрыскивателя и т.п. Никаких струек там нет! Струйку керосина ещё чёрта с два подожжёшь... Тем более - зимой, в холод, когда испарения почти нет...

В симуляторах типа FS9 и X-plane (не знаю как там в "Горячих Скалах") для некоторых самолётов это дело (в смысле тепловые режимы двигателя при запуске) отслеживается и можно запросто запороть двигатель, если температура турбины (ITT) выскочит градусов за 700-800.

- В реальных самолётах, несмотря на то, что запуск автоматизирован, температура при запуске отслеживается лётчиком обязательно!.. И при превышение её запуск прекращается (прекращением подачи топлива - закрытием стоп-крана)

[USSR_Rik]

[QUOTE=Glass Eagle]Кстати, давно интересует вопрос - а за счёт чего поджигается керосин? [QUOTE]
О-о-о! А авиа.ру была здоровенная ветка про это! И так доходчиво... с примерами из жизни... (найти не смог сразу - похоже, модератор ее грохнул). Там же на форуме - и про то, как турбину гасят.

[Lazy]

Неужели создаётся такое давление воздуха, которое пересиливает кинетическую энергию продуктов сгорания. Я понимаю что продукты сгорания пойдут по пути наименьшего сопротивления в "большую дырку" к турбине, но почему они не будут вращать компрессор в обратную сторону ?
И вообще какая то замкнутая цепь получается, чем сильнее давление из компрессора тем быстрее крутится турбина, чем быстрее крутится турбина тем быстрее крутится компрессор, соответственно чоздавая ещё большее давление. И так далее. Предела мощности нету.

Неправильно. Степень сжатия (отношение давления среды на выходе к давлению на входе) у компрессора постоянна, а скоростью вращения ротора регулируется расход воздуха, и, следовательно, мощность.

[Lazy]

У компрессора РД-33 (МиГ-29), например, степень повышения давления - 21.