Полезная и полная мощность газотурбинного двигателя.
В газотурбинном двигателе компрессор должен сжимать значительно большее
количество воздуха, чем то, которое требуется для сгорания топлива. Избыточное
количество воздуха идет на охлаждение продуктов сгорания до требуемых значений
рабочей температуры газов.
Отсюда следует, что как компрессор, так и турбина должны иметь большую
мощность, чем в случае, если бы не требовалось определенного количества воздуха
для охлаждения продуктов сгорания. В предыдущей главе специальный раздел был
посвящен понятию -отрицательной работы, где указывалось, что эту работу
необходимо свести к минимуму. Тем не менее в простом газотурбинном двигателе
турбина должна развивать мощность значительно большую, чем мощность, отдаваемая
двигателем для внешних потребителей. Далее, при наличии потерь в воздушном
компрессоре и турбине также необходимо увеличивать мощность турбины при данной
полезной мощности двигателя. В связи с этим обычно рассматривают общий к. п. д.
компрессора и турбины, равный. Следовательно, при рассматриваемых величинах
к.п.д. полезная мощность двигателя должна быть равна нулю и турбина может
развивать мощность, достаточную только для вращения компрессора.
Даже если было бы возможно увеличить температуру газа на входе в турбину до
816° С, то полезная мощность двигателя составила бы только около 5% от полной
мощности, развиваемой турбиной. Так как в настоящее время осевые компрессоры
могут быть созданы с к. п. д. в пределах от 0,86 до 0,88, а турбины с еще более
высокими к. п. д., а именно 0,85 - 0,90, то значения общего к.п.д. компрессора и
турбины лежат в диапазоне 0,75 - 0,80. Сколько-нибудь значительное улучшение к.
п. д. этих элементов двигателя в дальнейшем, по-видимому, маловероятно. Для
общего к. п. д. компрессора и турбины, равного 0,79, и температуры газа на входе
в турбину 816° С отношение полезной мощности двигателя к полной мощности,
развиваемой турбиной, составляет около 0,4, или 40%. Таким образом, из каждой
лошадиной силы мощности, развиваемой турбиной; 0,4 л. с. расходуются на
совершение полезной (внешней) работы.
Это показывает, что при проектировании турбин мощность их должна в 1,0/0,4 =
2,5 раза превосходить'требуемую полезную мощность двигателя. Для тех же данных
приведена зависимость термического к. п. д. двигателя от общего к. п. д.
компресора и турбины. Из этой зависимости видно, что термический к. п. д.
увеличивается с ростом температуры газов на входе в турбину, а также с
повышением общего к. п. д. компрессора и турбины. Видно также, что при общем
к.п.д. компрессора и турбины, равном 0,79, и рабочей температуре газов 816°С
термический к.п.д. двигателя составляет около 0,28.