Турбовальный двигатель

Авиация: Энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия . Главный редактор Г.П. Свищев . 1994 .

Турбина газотурбинного двигателя
Турбовентиляторный двигатель

Смотреть что такое «Турбовальный двигатель» в других словарях:

ТУРБОВАЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — (ТвАД) это газотурбинный двигатель, в котором преобладающая доля энергии сгорания топлива преобразуется в работу на выводном валу. Существуют также турбовальные двигатели со свободной турбиной в них выводной вал приводится во вращение… … Военная энциклопедия

турбовальный двигатель — ГТД, в котором преобладающая доля энергии сгорания топлива преобразуется в работу на выводном валу. [ГОСТ 23851 79] Тематики двигатели летательных аппаратов EN turboshaft engine DE Wellenleistungstriebwerk FR turbomoteur … Справочник технического переводчика

Турбовальный двигатель — 16. Турбовальный двигатель D. Wellenleistungs Triebwerk E. Turboshaft engine F. Turbomoteur ГТД, в котором преобладающая доля энергии сгорания топлива преобразуется в работу на выводном валу Источник: ГОСТ 23851 79: Двигатели газотурбинные… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

турбовальный двигатель — Рис. 1. Схема турбовального двигателя. турбовальный двигатель разновидность газотурбинного двигателя, в котором полезная внешняя работа реализуется в турбине, вал которой не связан механически с валом (валами) турбокомпрессорной части… … Энциклопедия «Авиация»

турбовальный двигатель со свободной турбиной — Турбовальный двигатель, в котором выводной вал приводится во вращение турбиной, механически не связанной с турбиной компрессораю [ГОСТ 23851 79] Тематики двигатели летательных аппаратов EN free turbine turbo shaft engine DE… … Справочник технического переводчика

Турбовальный двигатель со свободной турбиной — 17. Турбовальный двигатель со свободной турбиной D. Wellenleistungs Triebwerk mit freilaufender Turbine E. Free turbine turboshaft engine F. Turbomoteur à turbine libre Турбовальный двигатель, в котором выводной вал приводится во вращение… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Турбовальный двигатель

Для тех, кто интересуется моторами в целом и их авиационными моделями в частности, турбовальный двигатель в первую очередь ассоциируется с вертолетами, недаром их называют «вертолетными ГТД». Именно здесь ТВаД нашли наибольшее применение и уже не один десяток лет с успехом используются. Но вертолеты – не предел их возможностей, многие другие отрасли машино- и судостроения взяли на вооружение этот тип двигателей, но обо всем по порядку.

Итак, турбовальный двигатель принадлежит славному семейству газотурбинных двигателей (ГТД) наравне с турбореактивными (ТРД) и турбовинтовыми (ТВД). ГТД представляет собой тепловую машину, в упрощенной схеме состоящую из компрессора и турбины, работающей за счет сжигания топлива в камере сгорания. Наиболее простой его разновидностью является турбореактивный двигатель, в котором энергия от сжигания топлива идет только на вращение компрессора через турбину, а излишек энергии выходит через сопло в виде газов под высоким давлением, образуя реактивную тягу. Но эта энергия может не только «вылетать в трубу», но и выполнять полезную работу, вращая воздушный винт (турбовинтовой двигатель) или вал (турбовальный двигатель). Это и является принципиальной разницей между всеми вышеотмеченными видами моторов семейства ГТД – способ использования свободной энергии.

Устройство и принцип работы двигателя

Строение турбовального двигателя в общих чертах напоминает строение ТРД. Основными составляющими являются комрессор, турбина, камера сгорания и вал. В отличие от других газотурбинных двигателей ТВаД совсем не имеет реактивной тяги – вся свободная энергия расходуется на вращение вала, поэтому и сопла, как такового, у него нет, а есть только каналы (своеобразные выхлопные трубы), по которым отводятся отработанные газы. Еще одна особенность ТВаД – наличие не одной, а двух турбин, не связанных между собой механически. Одна турбина приводит в движение компрессор, а вторая – рабочий вал. Между собой они связаны газодинамически. Некоторые модели турбовинтовых двигателей также имеют схожую конструкцию, но не обязательно. В случае с ТВаД турбин всегда две.

Две основные схемы устройства ТВаД с описание расположенных механизмов. Картинки кликабельны.

Принцип работы турбовального двигателя тоже не сильно отличается от ТРД или ТВД. Компрессор, приводимый в движение турбиной, нагнетает воздух в камеру сгорания, где он перемешивается с впрыснутым через форсунки топливом. Топливный заряд воспламеняется и сгорает, в результате чего образуются газы с большим запасом энергии. Расширяясь, они вращают турбины, приводя в движение компрессор и вал, а отработанные газы выводятся наружу.

Компрессор турбовального двигателя имеет несколько ступеней и может быть центробежным, осевым или комбинированным. Комбинированные компрессоры сочетают в себе и центробежные, и осевые ступени.

Обязательным конструктивным элементом ТВаД, как, впрочем, и турбовинтового двигателя, является редуктор, установленный между турбиной и валом. Сама турбина вращается с угловой скоростью, достигающей 20 000 об/мин. Понятно, что винт, закрепленный на валу и создающий тягу, не сможет работать при такой скорости и выполнять свои функции, ведь тогда ему придется вращаться со сверхзвуковой скоростью. Редуктор, установленный перед валом, понижает обороты и увеличивает крутящий момент, так что скорость вращения лопастей винта вертолета значительно меньше скорости вращения турбины.

Читать еще: Что такое трансмиссия двигателя

Если турбовинтовые двигатели, которые используются на самолетах, должны иметь компактные размеры, а вал турбины и вал винта у них устанавливаются параллельно в одном корпусе, то к габаритам турбовальных двигателей таких жестких требований нет. Рабочий вал у них может находиться впереди турбины или за ней, в одном корпусе с ней или отдельно. Это объясняется тем, что мотор спрятан в конструкции кабины, где его можно расположить в любом удобном положении. Различают цельные моторы и модульные, состоящие из отдельных модулей, связанных между собой механически. Часто в одном модуле расположены компрессор и турбины, а в другом – рабочий вал, связанный с валом турбины редуктором.

Легкий американский вертолет AH-6j Little Bird

Применение

Нашел себе применение турбовальный двигатель и на земле. Правильнее даже говорить, что именно на земле он изначально и использовался, и только после появления авиации, как таковой, «переселился» на небо. Его можно встретить и на транспорте, и на различных магистральных станциях, где он обычно используется, как альтернатива дизельного двигателя. В сравнении с дизелем ТВД более легкий по весу, менее шумный и более мощный, если брать двигатели одного размера.

В промышленности и народном хозяйства

ТВаД успешно используется в качестве нагнетателя природного газа на газоперекачивающих станциях. Его нередко можно увидеть на крупных газовых магистралях. Одна из последних разработок газовая турбина T16, мощностью 16 МВт. Короткое видео с применением турбовального двигателя в электроэнергетики.

Основные показатели:

16,5 МВт — мощность на валу.
37% — КПД, механический привод.
36% — КПД, электрический (простой цикл).
80% — КПД, комбинированное производство электроэнергии и тепла
200 000 часов — полный жизненный цикл
выбросы NOx — не более 25 ppm.

Турбовальные двигатели используются в мобильных электростанциях для привода генератора. Электростанции с данным двигателем занимают меньший объем, аналогичной электростанции с традиционными двигателями.

В транспортной сфере

Несмотря на то, что в большинстве случаев турбовальные двигатели описываются, как силовые установки вертолетов, их применение не ограничено только ими. Частенько ТВаД играет роль не основного движителя, а вспомогательной установки. Такими установками обычно оснащаются самолеты, а используются они для питания энергией основных систем судна при его наземном обслуживании. То есть, когда самолет находится на земле, не обязательно запускать его основные моторы для получения электричества или создания давления в гидросистемах, для этого достаточно запуска такой небольшой установки. Также ТВаД используется в качестве пускового агрегата, который проворачивает ротор турбины при запуске. В этом случае он имеет название турбостартер.

Вид железнодорожного транспорта, на который устанавливается ТВаД, носит название газотурбовоз. Принцип его работы заключается в том, что турбовальный двигатель вращает вал генератора, вырабатывающего электрический ток. Ток поступает на электромоторы, которые, по сути, и являются основной силовой установкой. История газотурбовозов началась в 60-е годы, когда были сконструированы первые опытные образцы, правда, потом они уступили место более известным сейчас электровозам. Вместе с тем с 2007 года возобновились работы по созданию газотурбовозов, и даже был создан пробный экземпляр, работающий на сжиженном газе. Его испытания прошли успешно, так что в скором будущем, возможно, он будет выпускаться серийно.

Не обошли стороной ТВаД и создатели военной наземной техники. Некоторые танки, в том числе и отечественный Т-80 и американский М1 Abrams, оснащены ТВаД. Короткое видео разработки, внедрения и применения турбовального двигателя на танке.

Турбовальные двигатели также используются и на водном транспорте, называемом газотурбоходами. К ним относятся суда на воздушной подушке или на подводных крыльях. Наиболее известным отечественным газотурбоходом является военное судно «Зубр» — наиболее крупный десантный корабль на воздушной подушке. Этот гигант известен далеко за пределами России и является мировым рекордсменом среди суден на воздушной подушке по своим габаритам. А вот с отечественными пассажирскими газотурбоходами как-то не сложилось. Судно «Циклон», сконструированное в 80-хх годах, не пережило перестройки и со временем забылось, а новые пассажирские суда, оснащенные ТВаД пока не появились.

Танк Т-80 с газотурбинным двигателем

Десантное судно «Зубр»

Преимущества и недостатки

Основным преимуществом турбовального двигателя является то, что по сравнения с поршневыми двигателями он более легкий по весу, менее шумный и более мощный, если брать двигатели одного размера. Вся суть турбовального двигателя и заключается, чтоб максимально использовать энергию сгорающего топлива, по сравнению с поршневыми двигателями это реализуется лучшим образом. Тем самым в одном килограмме двигателя можно реализовать конструкцию, более мощную своих цилиндрических сородичей, которая с каждого килограмма топлива будет забирать тепловую энергию и преобразовывать ее в механическую.

Есть у турбовального двигателя и недостатки. Первый из них – сравнительно большой расход топлива и, соответственно, низкий КПД, несмотря на высокие показатели мощности. Именно этот недостаток объясняет его ограниченное применение на наземном транспорте, где его можно заменить более эффективными силовыми установками. Второй недостаток – чувствительность к загрязнениям. Компрессор, втягивая воздух в камеру сгорания, заодно всасывает и пыль, и посторонние предметы, что сказывается на качестве работы двигателя и на его исправность в целом. На высоких оборотах даже незначительные твердые частички могут повредить лопасти турбины. Поэтому ТВаД нуждается в надежной системе тщательной очистки воздуха, а расходы на нее далеко не всегда оправданы – в большинстве случаев намного проще и дешевле использовать традиционный дизель. Это еще одна причина, по которой эти двигатели в основном используются в воздухе: там и грязи меньше, и птицы летают ниже высоты полета, так что нормальной работе компрессора и турбины ничего не мешает. Зато масса ТВаД намного меньше любого поршневого двигателя, а это в авиации немаловажно.

Читать еще: Golf 4 какие ставили двигателя

Турбовальные двигатели – это действительно в первую очередь «сердца» вертолетов, а уж потом все остальное. Именно эти стальные «стрекозы» дают возможность оценить основные преимущества ТВаД, ну а недостатки в этом случае совсем незначительны.

ОДК показала новейший вертолетный двигатель завода «Климов» на выставке в Китае

Объединенная двигателестроительная корпорация (входит в Госкорпорацию «Ростех») презентовала новейший двигатель ВК-2500ПС-03 на авиационной выставке Airshow China 2018. Им оснащен российский вертолет Ми-171А2, который также был представлен в китайском Чжухае.

Исполнительный директор АО «ОДК-Климов» (входит в ОДК) Александр Ватагин сообщил: «Мы уверены в качестве своей продукции — об этом свидетельствуют положительные отзывы эксплуатантов. Мы хорошие партнеры для наших заказчиков, и наши надежные двигатели ВК-2500ПС-03 будут долго и успешно работать в Китае, на территории всей Юго-Восточной Азии, а также во всем мире».

Двигатели «Климова»

Представленный в Китае ВК-2500ПС-03 (эти двигатели предприятие производит с 2017 года) — новейшая модификация двигателя ВК-2500 с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Большое внимание уделено безопасности. ВК-2500ПС-03 имеет противопомпажную защиту, исключающую его отказ в случае резкого снижения атмосферного давления в условиях жаркого высокогорного климата, а также сильного бокового ветра при взлете.

Инженеры «ОДК-Климов» разработали для этого двигателя цифровую электронную систему управления и контроля с обратной связью БАРК-6В-7С (типа FADEC). Это, по сути, бортовой компьютер, который отслеживает все параметры работы агрегата, также позволяет снизить расход топлива, повысить надежность двигателя, а значит, и вертолета.

Все это положительно сказалось на динамических показателях нового Ми-171А2: его максимальная и крейсерская скорости относительно серийно выпускаемых вертолетов типа Ми-8/17 возросли на 10%, а грузоподъемность — на 25%, отметили в холдинге «Вертолеты России» (входит в Госкорпорацию «Ростех»).

За разработку ВК-2500ПС-03 петербургское АО «ОДК-Климов» получило приз и диплом конкурса «Авиастроитель года — 2017» в номинации «За успехи в разработке авиационной техники и компонентов».

Серийный выпуск базового двигателя ВК-2500 стартовал в 2001 году. С тех пор выпущено более 2000 штук. Ими оснащаются вертолеты серии Ми-17, Ми-24/35 и Ка-52. Еще одна особенность — с 2015 года двигатель ВК-2500 и его модификации полностью изготавливаются на территории РФ. На его производстве заняты более 40 российских компаний, представляющих малый, средний и крупный бизнес.

Умные моторы

Впрочем, «Климов» живет не только своим флагманским продуктом. Среди последних разработок предприятия — семейство двигателей нового поколения ТВ7-117С. Это двигатели для вертолетов типа Ми-38 — ТВ7-117В — и самолетов типа Ил-112 и Ил-114 — ТВ7-117СТ. Реактивные двигатели РД-33МК («Морская оса») — для военных истребителей морского базирования. Большая часть силовых установок имеет двойное назначение, то есть может использоваться как в военной, так и в гражданской авиации.

Ведется на заводе и работа над перспективным мотором для вертолетов будущего — ПДВ, при изготовлении которого в максимальной степени будут использованы новые конструкционные материалы, в том числе неметаллические. Это позволит снизить его массу на 15% по сравнению с уже существующими аналогами. Силовую установку готовят к 2025 году.

«Работа над ПДВ идет очень широким фронтом, сканируя и вбирая лучшие достижения в смежных областях науки. Мы словно складываем пазл вокруг идеи создания совершенного вертолетного двигателя. Есть такое понимание, как смарт-двигатель. При этом речь идет не только о системе управления, но и о компонентах двигателя, обладающих смарт-характеристиками. Смарт — это буквально интеллект во всем. Не только в системах, электронике двигателя, но даже в железе», — пояснил генеральный конструктор АО «ОДК-Климов» Алексей Григорьев.

Григорьев добавил, что руководство предприятия ставит перед собой задачу не «прозевать» технологическую революцию, которая сейчас происходит во всем мире, и использовать ее достижения в производстве авиационных моторов.

Предприятие уже сейчас внедряет в своем производстве инструменты так называемой четвертой промышленной революции. В первую очередь это новые технологические решения, которые позволяют выпускать «умные» моторы. Завод имеет собственный научный центр и отдельное производство цифровых систем автоматического управления и контроля двигателей — электронных блоков БАРК.

В области научно-технических разработок и образовательных программ «ОДК-Климов» на протяжении нескольких лет сотрудничает с Санкт-Петербургским политехническим университетом Петра Великого (СПбПУ). Реализуется совместная программа по разработке современных тяговых систем для авиации. Политех участвует в создании новой системы бесприводных сенсоров — датчиков, которые передают информацию о работе агрегатов на расстоянии. Это позволяет убрать из вертолета многие килограммы проводов, освободив место для полезного груза.

По словам ректора СПбПУ Андрея Рудского, на площадке «ОДК-Климов» проведен уникальный эксперимент по сочетанию адресной науки и образования. Впервые по заявке от предприятия создана базовая кафедра, обучение на которой ведется не только по программе специалитета. Здесь работает команда выпускников и магистров разных специальностей: экономистов, компьютерщиков, электриков, конструкторов, материаловедов — для решения комплексных задач.

«У нас абсолютное понимание и поддержка со стороны руководства «ОДК-Климов». Мы забрасываем инженерный десант на предприятие, которое решает комплексные задачи. Это сформированное на студенческой скамье сообщество единомышленников. Этот очень хороший эксперимент мы распространили и на другие предприятия», — сказал Андрей Рудской.

Сервисная база в Юго-Восточной Азии

Сервисное сопровождение двигателей на протяжении всего их жизненного цикла — еще одно важное направление работы АО «ОДК-Климов». «На предприятии готовы создавать адресную сервисную программу для каждого конкретного заказчика, эксплуатирующего двигатели «Климова», которая позволит обеспечить высокий процент летной годности и снизить стоимость летного часа», — отметили в пресс-службе предприятия.

Читать еще: Датчик температуры двигателя джетта где

В октябре 2018 года АО «ОДК-Климов» и вьетнамская компания HELITECHCO (официальный дистрибьютор двигателей ТВ3-117 и ВК-2500) подписали пятилетнее соглашение об обслуживании вертолетных двигателей российского производства во Вьетнаме. Петербургский завод планирует открыть свое представительство и Центр интегрированной логистической поддержки в городе Вунгтау до конца текущего года. После его сертификации здесь планируется осуществлять ремонт гражданских двигателей и главных редукторов вертолетов, которые эксплуатируются в Индонезии, Малайзии, Камбодже, Таиланде, Вьетнаме, Мьянме, Лаосе, а также в Индии, Китае, Бангладеш, на Шри-Ланке и в Австралии. Ранее ТВ3-117 и ВК-2500 по договору с ОДК стали ремонтировать на заводе «Цзиньцзян» в китайском Чэнду.

Как сообщили в пресс-службе АО «ОДК-Климов», работа на рынке Юго-Восточной Азии является одним из приоритетных направлений предприятия. Наличие ремонтной базы в этом регионе позволит активно продвигать отечественную авиационную технику, оснащенную двигателями семейства ТВ3-117 и ВК-2500.

Акционерное общество «ОДК-Климов» — старейшее предприятие авиастроительной отрасли, которое является ведущим российским разработчиком газотурбинных двигателей полного цикла: от осевой линии до сертификации. На двигателях, разработанных на петербургском заводе, летают вертолеты Ми-8, Ми-14, Ми-24, Ми-17, Ми-35, Ка-27, Ка-31, Ка-32, Ка-50, Ка-52, а также реактивные самолеты-истребители МиГ-29.

Авиационная техника с силовыми установками «Климова» эксплуатируется в 80 странах мира. Климовские двигатели установлены на 85% отечественных вертолетов. Предприятие имеет конструкторское бюро, современную производственную и экспериментальную базы, испытательные стенды и сервисную службу. Штат сотрудников составляет около 2500 человек. В 2019 году заводу исполнится 105 лет.

Рустам Минниханов посетил в Санкт-Петербурге АО «Климов»

Предприятие АО «Климов» посетил сегодня в рамках рабочей поездки в Санкт-Петербург Президент Республики Татарстан Рустам Минниханов.

Предприятие является одним из ведущих российских разработчиков газотурбинных двигателей. Занимается разработкой, сопровождением серийного производства и сервисным обслуживанием двигателей для большинства вертолетов марки «Миль» и «Камов», реактивных двигателей для истребительной авиации.

АО «Климов» входит в состав АО «Объединённой двигателестроительной корпорации» — дочерней компании объединенной промышленной корпорации «Оборонпром» по управлению двигателестроительными активами, входящей в состав Госкорпорации «Ростех».

Сегодня деятельность АО «Климов» охватывает весь жизненный цикл изделий собственной разработки, включая построение современной системы послепродажного обслуживания.

Значимой для предприятия является работа над созданием, сопровождением серийного производства и осуществлением сервисного обслуживания силовой установки для многоцелевого истребителя МиГ.

Рустам Минниханов осмотрел производственные цеха предприятия, в том числе сборочный цех, где ему рассказали о продукции и перспективных проектах АО «Климов».

Пояснения давал исполнительный директор АО «Климов» Александр Ватагин.

Гостей ознакомили с модернизированным производственным комплексом предприятия, который проектировался и создавался в сотрудничестве с АО «Казанский Гипронииавипром» в период с 2010 по 2014 год.

Инвестиции АО «Климов» в проект модернизации и перевода производства на новую площадку составили 6,5 млрд. рублей. Сегодня конструкторско-производственный комплекс АО «Климов» — это 53 000 кв. м. производственных площадей и модернизированная стендовая база испытаний вертолетных двигателей ТВ3-117, ВК-2500 и ТВ7-117В, расположенных на территории 15,2 Га в Приморском районе Санкт-Петербурга.

Переезд на новую площадку состоялся в 2014 году. В том же году успешно прошли квалификационные испытания новой цифровой электронной системы автоматического управления и контроля двигателя РД-33 — БАРК-88.

В 2015 году АО «Климов» получило сертификат типа АР МАК на новый отечественный турбовальный двигатель ТВ7-117В собственной разработки.

В 2015 году в рамках программы «Импортозамещение» АО «Климов» успешно и досрочно реализовало задачу, поставленную Минпромторгом России, по организации кооперации и постановке в серийное производство двигателя ВК-2500 на территории РФ.

В ходе осмотра производственных площадей Рустам Минниханов и Александр Ватагин обсудили вопросы интеграции и кооперации, реализации совместных проектов. Напомним, что АО «Климов» также производит двигатели для Казанского вертолетного завода (КВЗ). Еще одно предприятие Татарстана, с которым АО «Климов» связывают давние партнерские отношения, — АО «КМПО».

Рустаму Минниханову рассказали о преимуществах проекта «Дуальное образование», который реализуется в рамках системного проекта «Подготовка рабочих кадров, соответствующих требованиям высокотехнологичных отраслей промышленности, на основе дуального образования».

В рамках такой адресной подготовки будущий работник получает теоретические знания в образовательном учреждении, а практические – на предприятии. Такая форма обучения удобна как выпускникам, так и работодателям. Учащийся получает более полное представление о профессии, а предприятие после выпуска трудоустраивает специалиста с опытом работы.

На АО «Климов» реализуется программа развития ключевых кадров на базе учебного центра, где действует представительство кафедры «Турбины, гидромашины и авиационные двигатели» ФГАОУ ВО СПбГПУ (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого).

В 2014 году на базе Учебного центра проходили обучение специалисты КВЗ по программе «Конструкция, места обслуживания и наземные средства контроля двигателя ТВ7-117В».

В завершение посещения ОА «Климов» Рустам Минниханов и сопровождающие его лица посетили музей истории авиационных двигателей.

АО «Климов» – предприятие российской двигателестроительной отрасли, занимающееся разработкой и производством газотурбинных двигателей для самолетов и вертолетов. Включает в себя конструкторское бюро, современную производственную и экспериментальную базы. Предприятием разработаны вертолетные двигатели семейства ТВ3-117/ВК-2500 и самолетные двигатели РД-33 и ТВ7-117С/СМ. Входит в структуру АО «Объединенная двигателестроительная корпорация». Расположено в Санкт-Петербурге.

АО «Объединенная двигателестроительная корпорация» (входит в Госкорпорацию Ростех) – интегрированная структура, специализирующаяся на разработке, серийном изготовлении и сервисном обслуживании двигателей для военной и гражданской авиации, космических программ и военно-морского флота, а также нефтегазовой промышленности и энергетики. Одним из приоритетных направлений деятельности ОДК является реализация комплексных программ развития предприятий отрасли с внедрением новых технологий, соответствующих международным стандартам.