Рабочего тела в проточной части при c в < V п
ТВВД по принципу действия не отличается от ТВД. По принципу действия турбовальный двигатель является частным случаем ТВД. В этом случае вся полезно используемая тепловая энергия преобразуется в турбине в механическую работу. Выходное устройство такого двигателя выполняется диффузорным, что и позволяет наиболее полно осуществить указанное преобразование энергии и уменьшить потери кинетической энергии с выхлопными газами. Статическое давление и температура рабочего тела в выходном устройстве увеличиваются, а скорость снижается (рис. 1.7). Турбовальный двигатель, следовательно, нереактивный.
Принцип действия ТВД, ТВВД и ТВаД одинаковый. Поэтому в дальнейшем во многих случаях турбовинтовым двигателем называются все три разновидности этого типа двигателя.
На рис. 1.6 и 1.7 приведены типичные схемы ТВД и ТВаД: одновального ТВД и двухвального ТВаД со свободной турбиной. Первая схема наиболее характерна для двигателей, служащих силовыми установками самолетов. По этой схеме выполнен, например, самый мощный в мире турбовинтовой двигатель НК-12МВ, который устанавливался, в частности, на самолетах Ту-114.
Рис. 1.7.Схема турбовального двигателя со свободной турбиной и изменение параметров рабочего тела в проточной части при М п = 0
По второй схеме в основном выполняются ТВаД, служащие как силовые установки (СУ) вертолетов, морских и речных судов, а также промышленные СУ. По этой схеме выполнен, например, двигатель Д-25В, который эксплуатируется на вертолете Ми-6 (четверть века он был непревзойденным по мощности).
Схема ТВаД со свободной турбиной, выходной вал которой выводится вперед, универсальная; применяется на двигателях, которые эксплуатируются как на вертолетах, так и на самолетах.
ТВД как СУ самолетов выполняются, кроме того, по двухвальной схеме с двухкаскадным компрессором (рис. 1.8). В этом случае мощность на привод винта отбирается от турбины низкого давления, которая приводит также компрессор низкого давления.
Появились также трехвальные ТВаД с двухкаскадным компрессором и свободной турбиной (рис. 1.9). По такой схеме выполнен двигатель Д-136, который эксплуатируется на самом большом в мире вертолете Ми-26. В системе двухкаскадного компрессора проще решается проблема обеспечения его устойчивой работы.
Турбовальные малоразмерные двигатели, особенно ВСУ, выполняются по различным схемам. Их многосхемность является следствием небольшого расхода рабочего тела (1 ... 5 кг/с и меньше). Осевые компрессоры с таким расходом воздуха имели бы недопустимо малую высоту лопатки последней ступени, что привело бы к увеличению относительного радиального зазора и потерь в нем. Поэтому малоразмерные двигатели в большинстве случаев выполняются с центробежными и осецентробеж-
Рис. 1.8.Схема двухвального ТВД с двухкаскадным компрессором
Рис. 1.9.Схема трехвального ТВаД с двухкаскадным