Приведем несколько примеров комбинированных двигателей и генераторов газа.

Комбинированный способ, согласно определению, характе­ризуется тем, что эффективная мощность получается не только за счет расширения в рабочем цилиндре двигателя, но и за счет расширения во второй (расширительной) ступени. Комбиниро­ванными двигателями называются такие, у которых газовая тур­бина (или одна из нескольких имеющихся турбин) также отдает мощность коленчатому валу.

Наиболее характерные примеры таких двигателей имеются в авиации. В связи с высокими степенями сжатия и расширения в компрессоре и турбине (вследствие низкого внешнего давления) здесь особенно благоприятны условия для применения комбини­рованного способа. Одним из наиболее мощных поршневых дви­гателей с принудительным зажиганием был авиационный двига­тель «Райт—Турбо—Компаунд» фирмы «Кертисс—Райт», 18 ци­линдров которого располагались в виде двойной звезды (рис. 11.31); его стартовая мощность составляла 2420 кВт (3292 л. с.) при ча­стоте вращения 2900 об/мин.

У этого двигателя компрессор при­водился от коленчатого вала; три газовых турбины, расположен­ных звездообразно под углом 120°, отдавали свою мощность ко­ленчатому валу [11.31; 11.32]. Этот двигатель применялся на транспортных самолетах дальнего действия до тех пор, пока как и все поршневые двигатели большой мощности не был заменен реактивным.

Разработанный фирмой «Нэпир» (г. Актон) авиационный ди­зель, так и не нашедший практического применения, назывался «Нэпир—Номад» — рис. 11.32 [11.31; 11.33; 11.34].

Двухтакт­ный двигатель с контурной продувкой имел 12 цилиндров с оппозитным расположением (рис. 11.33), его наддув и продувка осу­ществлялись с помощью восьмиступенчатого осевого компрес­сора, приводимого трехступенчатой газовой турбиной. Вал турбо­компрессора соединялся с коленчатым валом двигателя через систему зубчатых колес и бесступенчато регулируемую фрик­ционную передачу (передача Бейера).

При низких нагрузках (низкая частота вращения пропеллера) мощность на привод компрессора не обеспечивалась газовой турбиной, и нехватка мощности покрывалась за счет отбора от ко­ленчатого вала двигателя; при высоких нагрузках избыточная мощность турбины передавалась на коленчатый вал (рис. 11.34).

При общей мощности 2200 кВт (3000 л. с.) мощность газовой турбины составляла приблизительно 1650 кВт (2250 л. с.), избы­ток мощности турбины по отношению к мощности компрессора достигал примерно 16% от общей мощности. Расход топлива в мощностном диапазоне между 2/3 и полной нагрузкой имел весьма низкую величину — 218 г/(кВт•ч) [161 г/(л.с. ч) ]. Бла­годаря столь низкому расходу топлива этот двигатель, вероятно, мог бы найти применение на самолетах дальнего действия, если бы высокомощные поршневые двигатели в авиации не были повсе­местно вытеснены газовыми турбинами (воздушно-реактивными двигателями).

Генератор газа, в соответствии с определением, характери­зуется тем, что эффективная мощность снимается только с тур­бины, в то время как мощность, разиваемая в цилиндрах дви­гателя, идет лишь на привод компрессора. Генераторы газа большей частью работают по двухтактному циклу, так как в этом случае вследствие большого коэффициента продувки легче до­стигается обеспечение баланса мощностей между рабочим цилинд­ром и компрессором при более низком давлении наддува, чем в четырехтактном двигателе. Если коленчатый вал отсутствует и рабочие поршни непосредственно соединены с поршнями ком­прессоров, то это свободно-поршневые генераторы газа (СПГГ). В практике встречаются только двухтактные СПГГ.

Среди большого количества разработок в области СПГГ одним из самых известных, получивших практическое применение, является разработанный фирмой SEME (Париж—Мальмэзон) с использованием патентов фирмы «Пескара» типа GS34 (рис. 11.35). Получаемая в газовой турбине эффективная мощность составляет приблизительно 736 кВт (1000 л. с.) [11.35].

СПГГ типа GS34 впоследствии совершенствовался и выпускался фирмой SIGMA (г. Лион), приобретшей лицензию у фирмы SEME [11.37]. До 1960 г. было продано большое количество лицензий; до 1962 г. тип GS34 строился многими компаниями и практически применялся в стационарных наземных установках, а также на судах.

Одновременное подключение нескольких газогенераторов к од­ной газовой турбине является вполне возможным. Так как за счет значительного объема трубопровода (газовая турбина, как правило, размещается не в непосредственной близости от гене­ратора газа) давление газа выравнивается, то не обязательно добиваться работы генератора газа при равном числе ходов и при равномерно смещенных друг к другу фазах газораспределе­ния. Для сдвоенных установок было найдено оптимальное газо­распределение, обеспечивающее смещенное на 180° положение фаз генераторов газа, в остальном работающих независимо друг от друга.

Газовые турбины с СПГГ имеют, наряду с прочими, следующие основные преимущества:

1) полное уравновешивание масс каждого отдельного агрегата, следствием чего является простота и небольшая стоимость фун­даментов;

2) хорошая характеристика крутящего момента газовой тур­бины: при уменьшении частоты вращения от полной до нуля кру­тящий момент увеличивается в 2,5 раза;

3) меньший расход топлива, чем у газотурбинных установок с камерами сгорания, в особенности при меньших мощностях; отсутствие необходимости в теплообменнике;

4) возможность одновременного подключения любого коли­чества отдельных генераторов газа на одну силовую турбину, благодаря чему одним и тем же типоразмером генератора газа перекрывается широкий мощностной диапазон;

5) меньшие удельные массо-габаритные показатели, чем у круп­ных малооборотных двигателей.

Этим преимуществам противостоят некоторые недостатки.

1. Оптимальное значение расхода топлива существенно выше, чем у дизелей с наддувом, имеющих равную мощность.

2. Расход топлива на частичных нагрузках отдельного гене­ратора газа значительно выше, чем у дизелей; расход топлива на режиме холостого хода весьма высок. Этот недостаток может быть устранен только сочетанием нескольких агрегатов, если с уменьшением нагрузки один за другим отключаются отдельные генераторы газа, а при увеличении нагрузки вновь соответственно подключаются.

3. Преимущество имеет значение только для автомобильных двигателей, однако именно автомобильные дви­гатели часто работают на режимах изменяющихся нагрузок и даже холостого хода. Для ограничения расхода топлива именно в этом случае следовало бы применять большее число отдельных генераторов газа, которые бы при изменении нагрузки автома­тически останавливались или соответственно запускались. Для этого потребуется очень сложная система регулирования, а также очень высокий расход пускового воздуха.

4. Сравнение массо-габаритных показателей с малооборотными крупными двигателями не соразмерно. Если сравнивать установки, имеющие или примерно равные диаметры цилиндров, или равное число ходов (равную частоту вращения), или равную цилиндро­вую мощность, то массо-габаритные показатели установки с СПГГ не будут меньше, чем у многоцилиндрового дизеля с высоким наддувом. Это связано и с тем, что внешний диаметр у генераторов газа определяется поршнем компрессора, имеющим диаметр в не­сколько раз больший, чем рабочий поршень. Поэтому несколько генераторов газа нельзя установить так компактно по длине, как объединенные в блок цилиндры дизеля.

5. СПГГ работают при высоких давлениях наддува и высоких средних индикаторных давлениях, что при двухтактном цикле в сочетании с работой на тяжелом топливе часто затрудняло экс­плуатацию.

Несмотря на то, что были построены электростанции мощностью до 25 000 кВт, приводимые 34 отдельными генераторами газа типа СS34 [11.38], значение и практическое применение устано­вок с СПГГ сильно упало, новые разработки в этой области почти не предпринимаются (в отличие от дизелей, которые развиваются в направлении повышения удельных мощностей).