Наземные и морские ГТД представлены следующим рядом моделей: ST5, ST6L, ST18A, ST30, ST40, FT8.
Пратт энд Уитни Канада
Pratt & Whitney Canada (PWC), (Канада). Также входит в состав компании UTC в группу PW. PWC занимается разработкой и производством малоразмерных ТРДД, ТВД и вертолетных ГТД. Большинство ТРДД находятся в классе тяги 10...33 кН. Проект новейшего ТРДД PW800 рассчитан на класс тяги 44...84 кН. Разработаны и разрабатываются ТВД и вертолетные ГТД мощностью от 400 до 3800 кВт.
Наиболее массовые серийные авиационные двигатели и перспективные проекты:
- ТРДД - JT15D, PW300, PW500, PW800 (проект ТРДД с редукторным приводом вентилятора);
- ТВД и вертолетные ГТД - РТ6А, PW100, PW200.
Ряд конвертированных из базовых ТВД и вертолетных ГТД промышленных двигателей мощностью 400.. .4000 кВт.
Роллс-Ройс
Rolls-Royce (Великобритания). Компания Rolls-Royce (RR) в настоящее время разрабатывает и производит широкий спектр ГТД авиационного, наземного и морского применения - гражданские ТРДД в диапазоне тяг от 60 до 420 кН, ТВД и вертолетные ГТД мощностью от 600 до 4500 кВт, а также подъемно-маршевые двигатели семейства Pegasus в классе тяги 95... 106 кН.
RR принимает долевое участие во многих европейских и международных программах:
- в разработке и производстве военных ТРДДФ RB199, EJ200, подъемного вентилятора для СУ истребителя JSF;
- ТВД и вертолетных ГТД семейства RTM 322 в классе мощности 1500.. .2200 кВт совместно с фирмой Turbomeca.
Ранее RR совместно с компанией Snecma разрабатывала и производила ТРДФ "Олимп" тягой 140...170кН для сверхзвукового пассажирского самолета "Конкорд".
Наиболее массовые серийные авиационные двигатели и перспективные проекты:
- ТРД - Derwent, Nene, Avon, Viper;
- ТВД и вертолетные ГТД - Dart, Gazelle, Gem, Gnome, Tyne;
- ТРДД- Conway, Spey, RB211-24/524/535, Tay, Trent 500/700/800/900;
- ТРДДФ - Adour, RBI99, EJ200 (совместно с европейскими фирмами);
- подъемно-маршевый ТРДД - Pegasus.
Широким спектром моделей для механического, энергетического и морского привода представлены ГТД наземного применения. Эти двигатели мощностью от 4 до 58 МВт - 501, 601, Avon, Coberra, Trent 50 - созданы конвертацией авиационных прототипов.
Honeywell (США). Компания Honeywell занимается разработкой и производством авиационных ГТД - ТРДД и ТРДДФ в малом классе тяги 15.. .40 кН, ТВД и вертолетных ГТД в классе мощности 450...2100 кВт.
Наиболее массовые авиационные двигатели:
- ТВД и вертолетные ГТД - Т53, Т55, LTS101, LTP101, ТРЕ331, Т800;
- ТРДД - ALF502, AS900, ATF3, LF507, TFE731;
- ТРДДФ -ТРЕ1042.
Snecma (Франция). Компания Snecma занимается разработкой и производством авиационных ГТД - военных ТРДДФ в классе тяги 75...90 кН и гражданских ТРДД совместно с компанией GE (семейства ТРДД CFM56 и GE90). Совместно с фирмой Turbomeca участвует в программе ТРДД Larzac в классе тяги 14 кН. Совместно с фирмой Rolls-Royce разрабатывала и производила ТРДФ "Олимп".
Наиболее массовые серийные авиационные двигатели и перспективные проекты:
- ТРДФ - Atar;
- ТРДД - CFM56-2/3/5/7 и GE90 (совместно с GE АЕ), Larzac (совместно с фирмой Turbomeca), перспективный ТРДД в рамках программы Tech56;
- ТРДДФ - М53, М88.
Турбомека
Turbomeca (Франция). В основном разрабатывает и выпускает ТВД и вертолетные ГТД малой и средней мощности от 400 до 1600 кВт. Совместно с компанией RR участвует в программе ГТД RTM322 в классе мощности 1500...2200 кВт.
Наиболее массовые серийные авиационные двигатели и перспективные проекты:
ТВД и вертолетные ГТД - Arriel, Arrius, Artouste, Astazou, Bastan, Makila, TM 333.
Сименс
Siemens (ФРГ). Профилем этой крупной фирмы являются стационарные наземные ГТД для энергетического и механического привода и морского применения в широком диапазоне мощности от 4 до 300 МВт.
Основные марки разрабатываемых и выпускаемых ГТД:
- Typhoon, Tornado, Tempest, Cyclone, GT35, GT10B/C, GTX100, V64.3A, V94.2, V94.2A, V94.3A, W501D5A, W501F, W501G.
Alstom (Франция, Великобритания). Разрабатывает и производит стационарные одновальные энергетические ГТД в диапазоне мощности 50...270 МВт.
Основные марки ГТД - GT8C2, GT11N2, GT13E2, GT24, GT26.
Солар
Solar (США). Входит в состав компании Caterpillar и занимается разработкой и производством стационарных ГТД малой мощности от 1 до 15 МВт для энергетического и механического привода и морского применения.
Основные марки ГТД - Saturn 20, Centaur 40/50, Taurus 60/70, Mars 90/100, Titan 130.
ГП "ЗМКБ "Прогресс" им. А.Г. Ивченко" (Украина, г. Запорожье). Государственное предприятие "Запорожское машиностроительное конструкторское бюро "Прогресс" имени академика А.Г. Ивченко" специализируется на разработке, изготовлении опытных образцов и сертификации авиационных ГТД -ТРДД в диапазоне тяги 17...230кН, самолетных ТВД и вертолетных ГТД мощностью 1000... 10000 кВт, а также промышленных наземных ГТД мощностью от 2,5 до 10000 кВт. Двигатели разработки "ЗМКБ "Прогресс" серийно выпускаются в ОАО "Мотор Сич" (Украина, г. Запорожье).
Наиболее массовые серийные авиационные двигатели и перспективные проекты:
- ТВД и вертолетные ГТД - АИ-20, АИ-24, Д-27 (ТВВД с открытым ВВ);
- ТРДД - АИ-25, ДВ-2, Д-36, Д-18Т, Д-436Т1/Т2/ТП.
Наземные ГТД:
- Д-336-1/2, Д-336-2-8, Д-336-1/2-10.
НПП "Машпроект" (Украина, г. Николаев).
Научно-производственное предприятие "Зоря-Машпроект" (Украина, г. Николаев) разрабатывает и производит ГТД для морских СУ, а также наземные ГТД для энергетического и механического привода. Наземные двигатели являются модификациями моделей морского применения. Класс мощности ГТД: 2...30МВт. С 1990гг. НПП "Зоря-Машпроект" разрабатывает также стационарный одновальный энергетический двигатель UGT-110 мощностью 110 МВт.
Основные модели ГТД:
- UGT-2500, UGT-3000, UGT-6000, UGT-10000, UGT-15000, UGT-160000, UGT-250000,
UGT-110 (совместно с НПО "Сатурн", Россия).
4.1 Основные российские производители ГТД
Ниже приведены основные российские предприятия-разработчики ГТД, расположенные в алфавитном порядке.
ОАО "Авиадвигатель" (г. Пермь). Разрабатывает, изготавливает и сертифицирует авиационные ГТД - гражданские ТРДД в классе тяги 52.. .200 кН для магистральных самолетов, военные ТРДДФ в классе тяги 152...194кН, вертолетные ГТД, а также авиапроизводные наземные промышленные ГТД для механического и энергетического привода в классе мощности 2,5...30 МВт.
Серийное производство ТРДД разработки ОАО "Авиадвигатель" осуществляет ОАО "Пермский моторный завод" (ОАО "ПМЗ", г. Пермь) и ОАО "НПО "Сатурн"" (г. Рыбинск). Промышленные ГТД серийно выпускаются на ОАО "ПМЗ".
ОАО "Авиадвигатель" и ОАО "ПМЗ" составляют ядро созданного в конце 2003 г. "Пермского центра авиадвигателестроения" во главе с управляющей компанией "Пермский моторостроительный комплекс".
Наиболее массовые серийные авиационные двигатели и перспективные проекты:
- ТРДД - Д-20П, Д-30, Д-30КУ/КП, Д-30КУ-154, Д-30-ВЮ, ПС-90А, ПС-90А2, ПС-90А12 (проект), ПС-12 (проект ТРДД 5-го поколения);
- ТРДДФ - Д-30Ф6;
- вертолетные ГТД - Д-25В.
ГТД наземного применения представлены широким спектром моделей для механического и энергетического привода. Наземные двигатели, созданные конвертацией авиационных двигателей Д-30 и ПС-90А - ГТУ-2,5П, ГТУ-4П, ГТУ-6П, ГТУ-10П, ГТУ-12П, ГТУ-16П, ГТУ-25П, ГТЭ-180 (проект совместно с ОАО ЛMЗ).
ГУНПП "Завод имени В.Я. Климова" (г. Санкт-Петербург). Государственное унитарное научно-производственное предприятие "Завод им. В.Я. Климова" в последние годы специализируется на разработке и производстве авиационных ГТД. Номенклатура разработок широка - военные ТРДДФ в классе тяги 81...98кН, самолетные ТВД и вертолетные ГТД в классе мощности 1200...2600 кВт; танковые ГТД в классе мощности 700...900 кВт, а также конвертированные промышленные ГТД на базе ТВД и вертолетные ГТД в классе мощности 0,8...2,5 МВт.
Наиболее массовые серийные авиационные и наземные двигатели и перспективные проекты:
- ТРД (Ф) - ВК-1, ВК-1Ф;
- ТРДДФ - РД-33,РД-133;
- ТВД и вертолетные ГТД - ГТД-350, ТВ2-117, ТВЗ-117, ТВ7-117, ВК-3500;
- танковые ГТД - ГТД-1000Т/ТФ, ГТД-1250;
- наземные энергетические ГТД: ГТП-0,8; ГТП-1,25; ГТП-1,6; ГТП-2,5.
ОАО "ЛМЗ" (г. Санкт-Петербург). ОАО "Ленинградский Металлический завод" разрабатывает и производит стационарные энергетические ГТД в классе мощности 100... 180 МВт.
Основные марки ГТД- ГТЭ-100 (двигатель сложного цикла с промежуточным охлаждением и промежуточным подогревом), ГТЭ-150, ГТЭ-180 (проект совместно с ОАО "Авиадвигатель").
ФГУП "Мотор" (г. Уфа). Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Мотор"" занимается разработкой военных ТРД и ТРДФ для истребителей и штурмовиков.
Основные авиационные ГТД - Р13-300, Р25-300, Р95Ш, Р195.
В 1990-е гг. на базе двигателя Р195 разработана энергетическая установка ГТЭ-10/95 мощностью 10 МВт.
"Омское МКБ" (г. Омск). АО "Омское моторостроительное конструкторское бюро" занимается разработкой малоразмерных ГТД и вспомогательных СУ.
Основные двигатели разработки "Омского МКБ":
- вспомогательные ГТД - ВСУ-10, ВГТД-43;
- ТВД - ТВД-10, ТВД-20;
- вертолетные ГТД - ГТД-3, ТВ-0-100;
- ТРДД - ТРДД-50 (проект).
ОАО "НПО "Сатурн''" (г. Рыбинск).
ОАО "Научно-производственное объединение "Сатурн"" в последние годы разрабатывает и производит военные ТРДДФ в классе тяги 122... 175 кН, ТВД, вертолетные ГТД мощностью 1000... 1100 кВт, а также конвертированные наземные ГТД мощностью от 4 до 20 МВт. Совместно с НПО "Машпроект" (Украина) участвует в программе энергетического одновального ГТД мощностью 110 МВт. Совместно с компанией Snecma разрабатывает ТРДД для региональных самолетов в классе тяги 50...70 кН. Серийное производство военных ТРДДФ осуществляется на серийных заводах - в уфимском ОАО "УМПО" и московском ФНПЦ "Салют".
Наиболее массовые серийные авиационные двигатели и перспективные проекты:
- ТРД (Ф) - АЛ-7Ф, AЛ-21Ф, ВД-7, РД-36-41, РД-36-51;
- ТРДДФ - AЛ-31Ф, АЛ-41Ф (опытный двигатель 5-го поколения);
- ТРДД - SM146 (совместный проект с компанией Snecma);
- ТВД и вертолетные ГТД - РД-600, ТВД-1500.
Наземные ГТД - АЛ-31СТ, АЛ-31СТЭ, ГТД-4, ГТД-6, ГТД-8, ГТД-6,3 (проект), ГТД-10 (проект), ГТД-110 (совместно с НПО "Машпроект").
ОАО "СНТК им. Н.Д. Кузнецова".
ОАО "Самарский научно-технический комплекс им. Н.Д. Кузнецова" разрабатывает и выпускает авиационные ГТД (ТВД, ТРДД, ТРДДФ) и наземные ГТД, конвертированные из авиадвигателей. Предприятие имеет самый большой опыт среди российских предприятий в разработке наземных ГТД для газовой промышленности. Продукция этого предприятия серийно эксплуатируется с 1974 г. В последние годы ведется доводка ТВВД НК-93 с двухрядным закапотированным ВВ, а также разработка новых моделей наземных ГТД.
Основные авиационные ГТД, разработанные ОАО "СНТК им. Н.Д. Кузнецова":
- ТВД - НК-12MB, НК-4;
- ТРДД - НК-8-4, НК-8-2/2У, НК-86, НК-88 (на криогенном топливе);
- ТРДДФ - НК-22, НК-25, НК-144, НК-32;
- ТВВД - НК-93 (опытные двигатели). Наземные ГТД - НК-12СТ, НК-16СТ, НК-3 6СТ,
НК-38СТ, НК-14СТ (Э).
АМНТК "Союз" (г. Москва). ОАО "Авиамоторный научно-технический комплекс "Союз"" разрабатывает и изготавливает авиационные ГТД - ТРД, ТРДФ, подъемно-маршевые ТРДДФ.
Основные авиационные ГТД:
- ТРД - АМ-3 (РД-3), АМ-5;
- ТРДФ - РД-9, Р11-300, Р15-300, Р27-300;
- ТРДДФ - Р79 (подъемно-маршевый двигатель для СВВП Як-141).
Тушинское МКБ "Союз" (г. Москва).
Государственное предприятие "Тушинское машиностроительное конструкторское бюро "Союз"" занимается доводкой и модернизацией военных ТРДФ - Р27-300, Р35-300, Р29-300. В 1992 г. на базе Р29-300 разработана ГТУ 55СТ-20 мощностью 20 МВт для привода электрогенераторов.
5. Основы рабочего процесса ГТД
Эффективность ГТД наземного и морского применения, предназначенных для производства мощности на выходном валу, может оцениваться только как эффективность тепловой машины.
При рассмотрении ГТД как тепловой машины можно отвлечься от конкретного типа и назначения двигателя, так как в большинстве рассмотренных выше схем ГТД реализуется одинаковый термодинамический цикл, обычно называемый простым газотурбинным циклом или циклом Брайтона.
Реальный простой газотурбинный цикл показан на рис. 20 в T-S диаграмме. В диаграмме наглядно отображаются работа цикла, подведенное и отведенное тепло и внутрицикловые потери (в процессах сжатия, расширения и течения рабочего тела по тракту ГТД).
Простой цикл состоит из следующих термодинамических процессов (см. рис. 20):
- адиабатическое сжатие рабочего тела (воздуха) в воздухозаборнике (отрезок Н-В на диаграмме) и в компрессоре (отрезок В-К) от атмосферного давления Рн до давления Р*к. В авиационных ГТД при скорости полета равной нулю (V= 0) и в наземных ГТД динамическое сжатие в воздухозаборнике отсутствует и весь процесс сжатия осуществляется в компрессоре;
- подвод тепла при постоянном давлении к потоку рабочего тела в камере сгорания
Рис. 20. Простой газотурбинный цикл в T-S диаграмме:
площадь 2КГ32 — тепло, подведенное топливом (Q1);
площадь 1НС41 - тепло, отведенное в атмосферу (Q2);
площадь 1НК21 — потери работы в процессе сжатия;
площадь ЗГС42 - потери работы в процессе расширения.
Работа цикла = Q1 – Q2 = площадь НКГСН – площадь 1НК21 – площадь ЗГС43
Примечание: при Vn = 0 точки В и Н совпадают.
(КС) за счет сгорания топлива (отрезок К-Г). Фактически давление в КС несколько снижается от Р*к до Р*г из-за гидравлических и тепловых потерь;
- адиабатическое расширение продуктов сгорания в турбине (отрезок Г-Т) и сопле (Т-С) от давления Р* до атмосферного Рн. Для вертолетных и наземных ГТД точки Т и С практически совпадают, так как расширение газа в турбине происходит до атмосферного давления;
- отвод тепла к внешнему источнику (в атмосферу) при постоянном давлении Рн (отрезок С-Н).
Реальный газотурбинный цикл является разомкнутым циклом — в дальнейшем выхлопные газы не участвуют в периодически совершаемой работе и не попадают на вход в двигатель. Цикл осуществляется рабочим телом с переменной теплоемкостью и химическим составом. Является переменными расход рабочего тела из-за добавки массы топлива в камере сгорания во время цикла. Влияние на объем рабочего тела также оказывает система вторичных потоков внутри ГТД. Основными показателями цикла являются удельная работа Lуд (работа, отнесённая к 1 кг рабочего тела) и эффективный КПД ηе, равный отношению работы цикла Lц к количеству теплоты Q1, подведённому с топливом в камере сгорания: ηе = Lц/ Q1. Параметрами реального цикла, определяющими уровень его показателей (Lуд и ηе), являются температура газа перед турбиной (как правило, используется температура перед первым рабочим колесом – Т*СА), суммарная степень сжатия π*Σ, уровень аэродинамического совершенства лопаточных машин и гидравлических потерь по тракту, а также расход циклового воздуха на охлаждение турбины. Важнейшим параметром, определяющим совершенство цикла и ГТД в целом как теплового двигателя, является температура газа перед турбиной. С увеличением температуры пропорционально увеличивается удельная работа цикла, а также повышается эффективный КПД. Зависимость показателей цикла от степени сжатия более сложная: с увеличением π* |
