ГА́ЗОВАЯ ТУРБИ́НА

Принципиальная схема осевой турбины (а) и часть развёртки на плоскости кольцевого сечения по лопаткам турбины (б): 1 – сопловый аппарат; 2 – рабочее колесо.

ГА́ЗОВАЯ ТУРБИ́НА, аг­ре­гат, в ко­то­ром энер­гия сжа­то­го и на­гре­то­го га­за пре­обра­зу­ет­ся в ра­бо­ту. Пер­вые Г. т. поя­ви­лись в кон­це 19 в. как часть га­зо­тур­бин­но­го дви­га­те­ля. Г. т. мо­жет иметь од­ну или неск. сту­пе­ней. Сту­пень Г. т. со­сто­ит из ста­то­ра, в кор­пу­се ко­то­ро­го ус­та­нов­ле­ны не­под­виж­ные ло­па­точ­ные вен­цы со­пло­во­го ап­па­ра­та или по­во­рот­ные ло­пат­ки ре­гу­ли­руе­мо­го со­пло­во­го ап­па­ра­та (РСА), и ро­то­ра, пред­став­ляю­ще­го со­бой со­во­куп­ность вра­щаю­щих­ся час­тей (ра­бо­чее ко­ле­со с ра­бо­чи­ми ло­пат­ка­ми, вал). Чис­ло сту­пе­ней оп­ре­де­ля­ет­ся на­зна­че­ни­ем тур­би­ны, её кон­ст­рук­тив­ной схе­мой, сра­ба­ты­вае­мым пе­ре­па­дом дав­ле­ний в од­ной сту­пе­ни. По на­прав­ле­нию га­зо­во­го по­то­ка раз­ли­ча­ют Г. т. осе­вые (наи­бо­лее рас­про­стра­не­ны) и радиаль­ные, а так­же диа­го­наль­ные и тан­ген­ци­аль­ные. В осе­вых Г. т. (рис.) газ дви­жет­ся в осн. вдоль оси тур­би­ны, в ра­ди­аль­ных – пер­пен­ди­ку­ляр­но оси. Ра­ди­аль­ные тур­би­ны мо­гут быть цен­тро­стре­ми­тель­ны­ми (не по­лу­чи­ли прак­тич. при­ме­не­ния) и цен­тро­беж­ны­ми. По срав­не­нию с осе­вы­ми цен­тро­беж­ные сту­пе­ни Г. т. име­ют боль­шую сте­пень по­ни­же­ния дав­ле­ния, но мень­ший кпд. В диа­го­наль­ной тур­би­не газ те­чёт под не­ко­то­рым уг­лом к оси вра­ще­ния тур­би­ны. Ра­бо­чее ко­ле­со тан­ген­ци­аль­ной тур­би­ны не име­ет ло­па­ток, газ вы­те­ка­ет из тан­ген­ци­аль­но рас­по­ложен­ных сопл, соз­да­вая кру­тя­щий мо­мент. Та­кие тур­би­ны при­ме­ня­ют­ся при очень ма­лом рас­хо­де га­за.

По спо­со­бу те­п­ло­пе­ре­па­да раз­ли­ча­ют ре­актив­ные и ак­тив­ные тур­би­ны. В ре­ак­тив­ных тур­би­нах сжа­тый и по­дог­ре­тый газ по­сту­па­ет в меж­ло­па­точ­ные ка­на­лы со­пло­во­го ап­па­ра­та, где в про­цес­се рас­ши­ре­ния про­ис­хо­дит пре­об­ра­зо­ва­ние час­ти те­п­ло­пе­ре­па­да в ки­не­тич. энер­гию вы­те­каю­щей струи. Да­лее рас­ши­ре­ние га­за и пре­об­ра­зо­ва­ние те­п­ло­ты в по­лез­ную ра­бо­ту про­ис­хо­дит в меж­ло­па­точ­ных ка­на­лах ра­бо­че­го ко­ле­са. По­ток га­за, дей­ст­вуя на ра­бо­чие ло­пат­ки, соз­да­ёт кру­тя­щий мо­мент на ва­лу тур­би­ны. При этом темп-ра, дав­ле­ние и аб­со­лют­ная ско­рость га­за умень­ша­ют­ся. Ра­бо­чие ло­пат­ки вос­при­ни­ма­ют уси­лия, воз­ни­каю­щие вслед­ст­вие из­ме­не­ния на­прав­ле­ния ско­ро­сти га­за, об­те­каю­ще­го их (ак­тив­ное дей­ст­вие по­то­ка), и в ре­зуль­та­те ус­ко­ре­ния по­то­ка га­за при его от­но­сит. дви­же­нии в меж­ло­па­точ­ных ка­на­лах (ре­ак­тив­ное дей­ст­вие по­то­ка). В ак­тив­ных тур­би­нах в со­пло­вом ап­па­ра­те весь те­п­ло­пе­ре­пад пре­об­ра­зу­ет­ся в ки­не­тич. энер­гию га­за. При­ме­не­ние РСА по­зво­ля­ет при по­во­ро­те ло­па­ток из­ме­нять на­прав­ле­ние га­зо­во­го по­то­ка от­но­си­тель­но ра­бо­чих ло­па­ток с це­лью по­вы­ше­ния кпд тур­би­ны на час­то­тах вра­ще­ния мень­ше рас­чёт­ных и соз­да­вать тор­моз­ной мо­мент. На не­рас­чёт­ных час­то­тах вра­ще­ния обес­пе­чи­ва­ет­ся без­удар­ный вход га­за в меж­ло­па­точ­ные ка­на­лы, а для тор­мо­же­ния по­ток на­прав­ля­ет­ся про­тив на­прав­ле­ния ра­бо­че­го ко­ле­са.

По спо­со­бу под­во­да га­за к тур­би­не раз­ли­ча­ют изо­бар­ные и им­пульс­ные тур­би­ны. Изо­бар­ные Г. т. ра­бо­та­ют при по­сто­ян­ном дав­ле­нии пе­ред со­пло­вым ап­па­ра­том, а им­пульс­ные – с пе­рио­ди­че­ски по­вто­ряю­щим­ся пе­ре­мен­ным дав­ле­ни­ем (газ под­во­дит­ся по час­ти ок­руж­но­сти со­пло­во­го ап­па­ра­та). Мощ­ность Г. т. мо­жет дос­ти­гать неск. со­тен МВт. Эф­фек­тив­ный кпд совр. мно­го­сту­пен­ча­тых тур­бин дос­ти­га­ет 0,92–0,94. Г. т. при­ме­ня­ют­ся в га­зо­тур­бин­ных и тур­бо­ре­ак­тив­ных дви­га­те­лях, в аг­ре­га­тах над­ду­ва порш­не­вых дви­га­те­лей, в ста­цио­нар­ных и пе­ре­движ­ных энер­ге­тич. ус­та­нов­ках, в неф­те- и га­зо­пе­ре­ка­чи­ваю­щих аг­ре­гатах и др. Г. т. име­ют низ­кую стои­мость об­слу­жи­ва­ния, хо­ро­шие эко­ло­гич. ха­рак­те­ри­сти­ки, боль­шой ре­сурс ра­бо­ты (бо­лее 100 тыс. ч). Не­дос­тат­ком Г. т. яв­ля­ет­ся вы­со­кий уро­вень шу­ма, по­этому для их ус­та­нов­ки ис­поль­зу­ют­ся зда­ния ин­ду­ст­ри­аль­но­го ти­па (в т. ч. кон­тей­нер­но­го), ко­то­рые обес­пе­чи­ва­ют так­же вла­го­за­щи­щён­ность обо­ру­до­ва­ния. Даль­ней­шее раз­ви­тие Г. т. за­ви­сит от воз­мож­но­сти по­вы­ше­ния темп-ры га­за пе­ред тур­би­ной, что свя­за­но с соз­да­ни­ем жа­ро­проч­ных ма­те­риа­лов и на­дёж­ных сис­тем ох­ла­ж­де­ния ло­па­ток, со­вер­шен­ст­во­ва­ния про­точ­ной час­ти и др.

Боль­шой вклад в раз­ви­тие Г. т. вне­сли рос. учё­ные Б. С. Стеч­кин, Н. Р. Бри­линг, В. В. Ува­ров, Г. С. Жи­риц­кий, К. В. Хол­ще­ви­ков, И. И. Ки­рил­лов и др.