3.2 Недостатки газотурбинных двигателей

Газотурбинный двигатель [7, с.15]

Наряду с немалыми достоинствами газотурбинные двигатели имеют ряд существенных недостатков, которые обусловливают отсутствие серийного выпуска газотурбинных автомобилей. Главный недостаток газотурбинной установки с камерами сгорания - низкий к. п. д., что обусловлено существенно меньшим перепадом тепла в рабочем процессе по сравнению с поршневым двигателем внутреннего сгорания. Благодаря пульсирующему принципу работы в поршневом двигателе температура достигает 2500° (а иногда и выше), в то время как температура поршня не превышает 600° (в подавляющем большинстве конструкций значительно ниже).

Непрерывность процесса в газовой турбине заставляет лопатки турбины работать с температурой, равной температуре газа, а прочность лопаток не позволяет иметь такую высокую температуру газа, которая обеспечивала бы высокие к. п. д. Без дополнительных устройств газотурбинный двигатель имеет к. п. д. на валу турбины, обычно не выше 20%. Если низкий к. п. д. обусловливает высокие расходы топлива на полной мощности, то на частичных нагрузках экономичность его по сравнению с поршневым двигателем еще более ухудшается, а автомобильный двигатель, как известно, на частичных нагрузках работает более продолжительное время, чем на полной мощности.

Применение теплообменников, использующих тепло отработавших газов для подогрева воздуха, идущего из компрессора в камеру сгорания, несколько увеличивает экономичность, но увеличивает вес и габаритные размеры двигателя. Рекордное значение к. п. д. (27%) достигнуто в настоящее время фирмой Форд усложнением установки, при котором сведен на нет выигрыш в весе. Теплообменники не спасают также от сильного ухудшения экономичности на частичных нагрузках.

При работе двигателя на режиме максимальной мощности ухудшение экономичности газотурбинного автомобиля по сравнению с обычным автомобилем несколько уменьшается вследствие лучшей динамики на постоянной передаче.

Если бы автомобили работали без коробок передач, то этот выигрыш в экономичности был бы принципиальным и мог бы оказаться решающим в общем сравнении расходов топлива, однако при работе в обычных условиях это обстоятельство лишь несколько уменьшает снижение экономичности.

Газотурбинные двигатели имеют меньший срок службы, чем поршневые двигатели, так как при высокой температуре и высоких скоростях газа происходит износ и изменение формы лопаток.

Внедрению в промышленность газотурбинных автомобилей мешает также необходимость в значительных количествах таких остродефицитных материалов, как никель, кобальт и т.п.

Если вес ГТУ удается снизить по сравнению с поршневым двигателем той же мощности, то выигрыш в объеме почти отсутствует, так как расход воздуха, больший в 3-4 раза, вызывает необходимость в размещении объемистых газопроводов. Значительно больший расход воздуха обусловливает и значительно больший шум газотурбинной установки на впуске и выпуске.