Принцип работы турбина: Принцип работы турбины. Как работает турбонаддув – Турбобаланс

Содержание

Принцип работы турбокомпрессора автомобиля — ПроТурбо

Принцип работы турбокомпрессора

Турбокомпрессор – важнейшая составляющая часть двигателя современного автомобиля. Благодаря ему достигается существенный прирост мощности при незначительной массе самой детали. Как известно, принцип работы турбокомпрессора заключается в сильном сжатии подаваемого в двигатель воздуха и, соответственно, создании высокой мощности взрыва в цилиндрах двигателя. Благодаря турбокомпрессору в двигатель поступает на 50% больше объема воздуха, таким образом, сжигается больший объем топлива, что увеличивает мощность двигателя на 30-40% при тех же затратах топлива. Мотор, который имеет турбину, вырабатывает намного больше полезной энергии, чем не оснащенный ею.

Механизм состоит из таких основных элементов:

  • корпус турбины, в которой выхлопные газы вращают ротор;
  • корпус компрессора, который всасывает воздух, а затем с помощью ротора нагнетает его в систему впуска;
  • картридж между турбиной и компрессором, содержащий вал с крыльчатками ротора;
  • интеркулер, который охлаждает воздух перед нагнетанием его в цилиндры двигателя.

Принцип действия автомобильной турбины

Турбокомпрессор на двигатель крепится к выпускному коллектору.  Система турбокомпрессора заключается в том, что турбина при помощи вала соединяется с компрессором, который установлен между воздушным фильтром и впускным коллектором.

Принцип действия автомобильной турбины заключается в сжатии воздуха, который поступает в цилиндры двигателя. Так возникает давление турбокомпрессора. Выхлопные газы из цилиндров вращают лопатки ротора и выходят через боковое отверстие в корпусе турбины в глушитель. Благодаря устройству турбины автомобиля ее ротор, находясь в специальном теплоустойчивом корпусе, превращает энергию потока отработавших газов в энергию вращения и перенаправляет её на компрессорный ротор.

С другой стороны вала ротор компрессора всасывает чистый атмосферный воздух из впускного тракта и направляет его под сильным давлением дальше во впускной тракт к цилиндрам мотора. Когда ротор компрессора вращается, воздух втягивается внутрь и сжимается, так как лопасти ротора вращаются с высокой скоростью. Корпус компрессора разработан таким образом, чтобы превращать поток воздуха, обладающий высокой скоростью и низким давлением, в поток воздуха с высоким давлением и низкой скоростью с помощью процесса, называемого диффузией. В этом и заключается принцип действия автомобильной турбины.

Особенности функционирования

Оба эти ротора, турбинный и компрессорный, жестко закреплены на роторном валу, вращающемся на гидростатических подшипниках. Они поддерживают вал на тонком слое масла, которое постоянно подается для снижения трения и охлаждения вала. Для правильной работы подшипники скольжения должны быть покрыты пленкой масла. Зазоры подшипников очень малы, меньше толщины человеческого волоса.

В турбомоторах воздух, который поступает в цилиндры, приходится дополнительно охлаждать – тогда его сжатие можно будет сделать еще сильнее, закачав в цилиндры двигателя больше кислорода. Ведь сжать холодный воздух легче, чем горячий. Воздух, проходящий через турбину, нагревается от сжатия, от деталей турбонаддува. Поэтому перед попаданием в цилиндры двигателя сжатый воздух охлаждается в интеркулере. Интеркулер – это радиатор жидкостного или водяного охлаждения, установленный на пути воздуха от компрессора к цилиндрам двигателя. За счет охлаждения увеличивается плотность воздуха и, соответственно, закачать в цилиндры его можно больше.

Мощность турбины автомобиля такова, что ротор турбокомпрессора вращается со скоростью до 150 тыс. оборотов в минуту, что примерно в 30 раз быстрее, чем скорость вращения автомобильного двигателя. Так как она соединена с выхлопной системой, температура в турбине также очень высокая. Работа турбокомпрессора заключается в том, что воздух поступает в компрессор при температуре окружающей среды, но при сжатии температура растет и на выходе из компрессора достигает 200°С.

На «самообслуживание» системы наддува тратится немного энергии от двигателя – всего лишь около 1,5%. Это происходит потому, что ротор турбины получает энергию от выхлопных газов за счет их охлаждения. Кроме этого, затрачиваемая на сжатие воздуха даровая энергия повышает КПД двигателя. Да и возможность снять с меньшего рабочего объема большую мощность означает меньшие потери на трение, меньший вес двигателя (и машины в целом). Все это делает автомобили с турбонаддувом более экономичными в сравнении с их атмосферными аналогами такой же мощности.

В последнее время популярность турбокомпрессоров резко возросла. Они оказалось перспективнее не только в смысле форсирования моторов, но и с точки зрения повышения экономичности и чистоты выхлопа. Если вы хотите купить турбокомпрессор с доставкой – вы обратились по адресу. На нашем сайте можно сделать заказ, а также узнать характеристики турбокомпрессора и характеристики турбины для модели своего автомобиля.

Конструкция, принцип действия и установка турбокомпрессора

Конструкция, принцип действия и установка турбокомпрессора

Каждый автолюбитель хоть раз, но слышал слова «турбокомпрессор», «турбина» или, по-другому, – «газотурбинный нагнетатель». При упоминании турбокомпрессора или турбонаддува автовладелец сразу же думает о мощности и быстроте, ведь именно с этими словами и связан турбокомпрессор.

Что именно происходит под капотом Вашего автомобиля и в двигателе, снабженном турбиной, мы и расскажем в данной статье.

Турбокомпрессор аналогичен воздушному насосу. То есть турбокомпрессор – это конструкция, состоящая из самого компрессора и газовой турбины.

Компрессор состоит из ротора и корпуса. Лопатки ротора компрессора имеют особенную форму, которая позволяет им засасывать воздух через центр ротора и отбрасывать его на стенки корпуса компрессора. Благодаря этому происходит сжатие воздуха, и через впускной коллектор он попадает в двигатель. Габариты компрессора зависят от скорости вращения турбины и от количества воздуха, необходимого двигателю.

Газовая турбина также состоит из ротора и корпуса. Горячие отработанные газы, выходящие из выпускного коллектора, проходят по внутреннему каналу газовой турбины и попадают в турбокомпрессор. Этот канал постепенно начинает сужаться, и газы, проходящие через него, ускоряются и попадают в корпус, который выполнен в форме улитки. Оттуда отработанные газы направляются к ротору турбины и приводят ее во вращение.

Принцип работы турбокомпрессора

Принцип работы турбокомпрессора заключается в следующем: энергия, которая необходима для сжатия воздуха, поступает от турбины, что совершает обороты за счет энергии потока отработанных газов.

При максимальной энергии отработанных газов и турбина будет вращаться гораздо быстрее. В свою очередь, компрессор тоже будет вращаться быстрее и закачивать больше воздуха.

Коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания напрямую зависит от того, какое количество воздуха попадет в цилиндры ДВС. Чем больше воздуха в цилиндрах, тем больше сгорает топлива, за счёт этого влияния турбокомпрессора на двигатель и повышается мощность мотора.

Несмотря на то, что принцип работы турбокомпрессора очень прост, сам агрегат представляет собой довольно тонкое устройство. Для турбокомпрессора требуется исключительно точная подгонка деталей внутри самого устройства и идеально слаженная работа турбокомпрессора и двигателя. При отсутствии слаженной работы между этими деталями последний не только будет работать неэффективно, но и может быть испорчен. Поэтому очень важно следовать технологии установки и обслуживания.

В нашем ассортименте представлен широкий выбор турбокомпрессоров от лидеров производства в этой области. В розничных магазинах и на территории оптовых центров Вы можете приобрести турбокомпрессоры БЗА,чешские турбокомпрессоры CZ Strakonice, турбокомпрессоры ЯМЗ, турбокомпрессоры HYUNDAI, а также скачать подробную инструкцию по установке турбокомпрессора.


ИНСТРУКЦИЯ ПО УСТАНОВКЕ ТУРБОКОМПРЕССОРА

   

Внимание!

Запрещается применять любые герметики. Куски и обрывки герметика выводят турбину из строя.

Исключите попадание песка и пыли в маслоподающую и маслосливную магистраль. Песок из турбины не вымывается. Он измельчается, оставаясь в подшипниках скольжения.

Соблюдайте правила пожарной безопасности.

Помните:

Несоблюдение правил установки турбокомпрессора ведет к его поломке!

Воздушный фильтр:

  • проверьте герметичность коробки и крепления крышки воздушного фильтра;
  • почистите коробку фильтра и заборный патрубок;
  • промойте воздушные патрубки от фильтра к турбине, от турбины к всасывающему коллектору двигателя и коллектор двигателя от пыли и налипшего песка.

Турбокомпрессор:

  1. Приведите ротор турбины в движение пальцами и запомните, с каким усилием он вращается. При последующих работах периодически прокручивайте ротор, сравнивая усилие вращения.
  2. Перед соединением с турбиной промойте бензином маслоподающую магистраль.
  3. Перед монтажом маслоподающего патрубка залейте в турбину масло, пользуясь шприцом и прокручивая ротор рукой.
  4. Не затягивайте основательно маслоподающую трубку, чтобы получить визуальное подтверждение наличия подачи масла.
  5. Убедитесь в том, что есть свободный слив масла в поддон картера продувкой магистрали.
  6. Прикрутите все патрубки от фильтра к турбине, кроме воздуховодного, для того, чтобы можно было контролировать вращение ротора визуально.
  7. Запустите двигатель на 10-20 секунд. Контролируйте появление масла из незатянутого до конца стыка маслоподающего шланга.
  8. Проверьте усилие вращения ротора турбины (п. 2).
  9. Если масло не появилось, повторите п.п.8,9 два-три раза до появления масла.
  10. Затяните маслоподающий шланг, заведите двигатель на одну минуту.
  11. Проверьте, как крутится ротор турбины рукой.
  12. Если нет изменений усилия вращения ротора, наденьте воздуховодный патрубок от фильтра к турбине, затяните и проверьте крепление хомутов, запустите двигатель, прогрейте двигатель на холостом ходу, проверьте работу турбины на различных режимах двигателя.
  13. При появлении посторонних звуков, исходящих от турбины (вой, свист и т.д.) на различных оборотах двигателя, а также при появлении масла в воздуховодных патрубках, немедленно заглушите двигатель и обратитесь к специалистам. Не принимайте никаких действий по разборке турбины.

Практические советы по обслуживанию турбокомпрессора

Если двигатель нуждается в ремонте, а признаки указывают, что неисправность связана с турбокомпрессором, важно точно установить, поврежден турбокомпрессор или нет. Это можно сделать, пользуясь таблицей, приведенной на стр. 5. Если точно установлено, что турбокомпрессор неисправен, нужно обязательно отыскать причину этого. Если ее не устранить, новый турбокомпрессор, установленный взамен неисправного, тоже выйдет из строя; иногда это происходит впервые же секунды после запуска двигателя.

Чтобы быть уверенным в качестве приобретаемого нового или отремонтированного турбокомпрессора, рекомендуется покупать его у официальных дилеров производителя, а ремонтировать только в фирмах, имеющих специальное оборудование и разрешение, подтвержденное сертификатом соответствия. При самостоятельной установке турбокомпрессора следует выполнять приведенные указания:

  • Сливные маслопроводы: снять и полностью прочистить. Убедиться в отсутствии вмятин, повреждений, пережатий. Случается, что шланги и резиновые патрубки через некоторое время разбухают изнутри, что затрудняет движение масла. В случае сомнений рекомендуется заменить резиновые части новыми деталями.
  • Сапун двигателя: снять и полностью очистить. Нужно следовать тем же указаниям, что и для маслопроводов. Проверить, при необходимости заменить клапаны (если они есть). На сапуне часто устанавливают небольшой конденсатор масла. Его также нужно очистить и проверить.
  • Герметик: не использовать жидкий герметик вокруг подающих и сливных маслопроводов. Большинство материалов этого типа могут растворяться в горячем масле, загрязняя его, что вызывает повреждение подшипников турбокомпрессора.
  • Масло и фильтр: заменить масло в двигателе, а также воздушный и масляный фильтры.
  • Предварительная смазка: перед окончательной установкой соединений системы смазки турбокомпрессор должен быть предварительно смазан через отверстие для подвода масла.
  • Запуск: после установки турбокомпрессора запустите двигатель и дайте ему поработать две минуты на холостом ходу. Затем постепенно увеличивайте число оборотов. Совершите пробную поездку. Проверьте установку, чтобы выявить возможные утечки воздуха, отработанных газов или масла.

НЕИСПРАВНОСТИ

АДвигатель глохнет при разгоне
БНедостаток мощности двигателя
ВЧерный выхлоп
ГЧрезмерный расход масла
ДГолубой выхлоп
ЕШум в турбокомпрессоре
ЖПовторяющийся звук в ТКР
3Утечка масла через уплотнение компрессора
ИУтечка масла через уплотнение турбины
АБВГДЕЖ3ИПричинаСпособ устранения
    Элемент воздушного фильтра забитЗамените фильтрующий элемент
   Помехи во впускном канале компрессораУдалите помехи или замените поврежденные детали
      Помехи в выпускном канале компрессораУдалите помехи или замените поврежденные детали
      Помехи во впускном коллекторе двигателяВ соответствии с инструкцией по эксплуатации двигателя удалите помехи во впускном «коллекторе двигателя
        Утечка воздуха в канале, соединяющем воздушный фильтр и впускной канал компрессораЛибо замените прокладки, либо подтяните соединение
    Утечка воздуха в канале, соединяющем выпускной канал компрессора и впускной коллектор двигателяЛибо замените прокладки, либо подтяните соединение
    Утечка воздуха в соединении впускного коллектора и двигателяВ соответствии с инструкцией по эксплуатации двигателя либо замените прокладки, либо подтяните соединение
  Помеха в выпускном коллектореВ соответствии с инструкцией по эксплуатации двигателя удалите помеху
      Помеха в выпускной системеЛибо удалите помеху, либо замените неисправные элементы
     Утечка газов в соединениях выпускного коллектора и двигателяВ соответствии с инструкцией по эксплуатации двигателя либо замените прокладки, либо подтяните соединение
     Утечка газов из входного канала турбины в соединении с выпускным коллекторомЛибо замените прокладку, либо подтяните соединение
        Утечка газов в системе после выпускного канала турбиныВ соответствии с инструкцией по эксплуатации двигателя исправьте утечку газов
     Помехи в сливной гидролинии ТКРЛибо удалите помехи, либо замените патрубок сливной гидролинии
     Помехи в системе вентиляции картера двигателяВ соответствии с инструкцией по эксплуатации двигателя удалите помехи из системы вентиляции
     Картридж ТКР либо закоксован, либо в нем произошло отложение осадкаЗамените масло, масляный фильтр и отремонтируйте или замените ТКР
       Топливная система либо вышла из строя, либо плохо отрегулированаВ соответствии с инструкцией по эксплуатации двигателя отрегулируйте топливную систему и замените поврежденные детали
       Некорректная работа распредвалаВ соответствии с инструкцией по эксплуатации двигателя замените изношенные детали
   Изношены либо поршневые кольца, либо цилиндры (прорыв газов)В соответствии с инструкцией по эксплуатации отремонтируйте двигатель
   Внутренние неполадки в двигателе (клапаны, поршни)В соответствии с инструкцией по эксплуатации отремонтируйте двигатель
 Грязь пригорела к колесу компрессора или к лопастям диффузораОчистите колесо, найдите и удалите источник грязного воздуха, замените масло и масляный фильтр
  Поврежден ТКРОпределите причину повреждения и замените ТКР
        Неисправность перепускного клапанаПроверьте правильность работы перепускного клапана и его привода
        Высокое давление наддува, отключение зажиганияПроверьте правильность работы перепускного клапана и его привода, замените неисправные детали

Поиск неисправностей в турбокомпрессорах

На нормально работающем двигателе, который своевременно и качественно обслуживается, турбокомпрессор может безотказно работать в течение долгих лет.

Проявление неисправностей может быть следствием:

  • плохой регулировки топливной аппаратуры;
  • недостаточного давления в масляной системе;
  • попадания в турбокомпрессор посторонних предметов;
  • загрязненного масла;
  • разбалансировки ротора;
  • длительной работы двигателя на минимальных оборотах;
  • неправильной остановки двигателя;
  • загрязнения воздушного и масляного фильтров.

Часто турбокомпрессоры снимают с двигателя без предварительной проверки необходимости этого. Ремонт турбокомпрессора можно производить, лишь убедившись в отсутствии неисправностей в двигателе. В большинстве случаев это позволяет избежать бесполезной замены турбокомпрессора.

Чаще всего встречаются следующие признаки неисправностей, связанных с турбокомпрессором:

  • двигатель не развивает полную мощность;
  • черный дым из выхлопной трубы;
  • синий дым из выхлопной трубы;
  • повышенный расход масла;
  • шумная работа турбокомпрессора.

1. Низкая мощность двигателя, черный дым из выхлопной трубы

Оба признака являются следствием недостаточного поступления воздуха в двигатель, причиной чего может быть засорение канала подвода воздуха либо его утечка из впускного или выпускного коллектора. Для этого необходимо проверить следующие элементы:

  • воздушный фильтр;
  • крепления воздуховодов;
  • выпускной коллектор, его уплотнения, систему выпуска;
  • турбокомпрессор (следы трения роторов турбины и турбокомпрессора).

Для начала нужно запустить двигатель, после чего прослушать шум, производимый турбокомпрессором.

Имея некоторый опыт, можно довольно быстро определить утечку воздуха между выходом турбокомпрессора и двигателем по свисту, который возникает при этом. После этого проверьте, не засорен ли воздушный фильтр.

Проверьте (в случае необходимости) количество поступающего воздуха, пользуясь техническими данными турбокомпрессора. Затем заглушите двигатель, снимите уплотнение между воздушным фильтром и турбокомпрессором и проверьте отсутствие или наличие выброса масла из турбокомпрессора.

Проверьте отсутствие повреждений гофры соединения воздушного фильтра и турбокомпрессора, продуйте или замените воздушный фильтр.

Кассета воздушного фильтра должна быть сухой. Промойте и продуйте воздухом охладитель воздуха, расположенный между турбокомпрессором и воздуховодом подачи воздуха на двигатель. Убедитесь в отсутствии прорывов выхлопных газов из-под креплений выхлопного коллектора, проверьте надежность крепления резьбовых соединений выхлопного коллектора.

Теперь повращайте вал турбокомпрессора, чтобы установить, свободно ли он вращается, нет ли повышенного износа или повреждения ротора турбины или турбокомпрессора. Обычно ось всегда имеет небольшой люфт, но если при вращении турбокомпрессора рукой ротор турбины и турбокомпрессора задевает или трется о корпус, налицо явный износ, требующий капитального ремонта турбокомпрессора.

Если после проверки всех элементов неисправности не обнаружены, значит падение мощности возникло не из-за турбокомпрессора. Необходимо искать неисправности в самом двигателе.

2. Синий дым из выхлопной трубы

Появление синего дыма является следствием сгорания масла, причиной которого может быть либо его утечка в турбокомпрессоре, либо неисправности в двигателе.

Нужно проверить следующие элементы:

  • воздушный фильтр;
  • трубу сливного маслопровода и сапун двигателя.

Прежде всего проверьте воздушный фильтр: любое препятствие на пути воздуха к турбокомпрессору может стать причиной утечки масла со стороны турбокомпрессора. В этом случае за ротором турбокомпрессора образуется разряжение, что вызывает засасывание масла из среднего корпуса.

Следующим этапом проверки будет снятие корпусов турбины и турбокомпрессора для проверки свободного вращения вала и отсутствия повреждений роторов.

Затем проверьте сливной маслопровод от турбокомпрессора к корпусу двигателя на отсутствие повреждений, сужений и пробок.

Засорение этого маслопровода или повышенное давление в картере двигателя (в большинстве случаев вызываемое засорением системы вентиляции картера) приводит к тому, что масло из турбокомпрессора не возвращается в масляный картер двигателя. Проверьте, не повышено ли давление газов в картере.

Используйте масло, рекомендуемое производителем для двигателей с турбонаддувом!

Не следует упускать из виду тот факт, что в масляный картер сливается не только масло, в нем присутствует также часть отработанных газов и сжатого воздуха, из турбины и турбокомпрессора. В этой смеси на одну часть масла приходится 4-5 частей газов.

В последнюю очередь снимите выпускной коллектор двигателя и проверьте наличие следов масла. Если следы масла не обнаружены — ищите неисправность в двигателе.

3. Повышенный расход масла (без синего дыма)

Проверьте воздушный фильтр, а затем крепления корпуса турбины турбокомпрессора и давление в нем. Оцените люфт в роторе турбокомпрессора, проверьте отсутствие следов износа от трения ротора турбокомпрессора и турбины о стенки соответствующих корпусов. Это обнаруживается по люфту вала ротора турбокомпрессора.

Если ничего необычного не выявлено, следует искать неисправность за пределами турбокомпрессора. Иногда постоянная утечка масла происходит через турбину турбокомпрессора, притом, что она находится в исправном состоянии. Практика показывает, что «виноват» в этом засоренный сливной маслопровод или повышенное давление в масляном картере двигателя. Как уже разъяснялось выше, по этому маслопроводу течет не только масло, но и большое количество газов. Поэтому идеальной формой для этого маслопровода была бы прямая труба, отходящая от турбокомпрессора и без изгибов идущая в масляный картер двигателя, вывод которой в картере располагался бы чуть выше нормального уровня масла в нем. Важным является также диаметр маслопровода. В случае турбокомпрессоров небольшого размера, таких как Garret 73, 704B или 3LD Holset-KKK-Shwitzer, диаметр маслопровода составляет 20 мм. Как говорилось выше, в идеале труба маслопровода должна напрямую, без изгибов и горизонтальных частей, соединять турбокомпрессор с картером двигателя. Однако большинство сливных маслопроводов очень редко бывают подобной формы. При значительном износе двигателя возникают трудности со сливом масла.

4. Шумная работа турбокомпрессора

Если турбокомпрессор шумит при работе, следует проверить следующие элементы:

  • крепление воздуховодов;
  • систему выпуска;
  • подшипники (отсутствие повреждений из-за нехватки масла или загрязненного масла).

Проверьте все трубопроводы, находящиеся под давлением: вход и выход турбокомпрессора, систему выпуска.

Полностью снимите сливной маслопровод и трубку сапуна. Тщательно проверьте, не засорились и не пережаты ли они.

Проверьте легкость вращения оси турбины и отсутствие трения роторов турбины и турбокомпрессора и их повреждения посторонними предметами. Если установлено, что роторы трутся или повреждены, снимите и замените турбокомпрессор.

Ни в коем случае не используйте герметик для крепления подающего и сливного маслопроводов турбокомпрессора. Большинство герметиков при контакте с горячим маслом растворяются в нем. Такое загрязненное масло может повредить подшипники и кольца турбокомпрессора.

Очень часто остатки герметика вызывают засорение масляных каналов внутри турбокомпрессора.

Не забудьте смазать турбокомпрессор перед его установкой. Промойте двигатель, замените масло, установите новые масляный и воздушный фильтры.

Следует обращать внимание на правильность запуска и остановки двигателя с турбокомпрессором. Если заглушить двигатель, работающий на высоких оборотах, турбокомпрессор продолжает вращаться без смазки, потому что давление моторного масла почти равно нулю. При этом повреждаются подшипники и кольца турбокомпрессора.

Другие статьи

#Бачок ГЦС

Бачок ГЦС: надежная работа гидропривода сцепления

14.10.2020 | Статьи о запасных частях

Многие современные автомобили, особенно грузовые, оснащаются гидравлическим приводом выключения сцепления. Достаточный запас жидкости для работы главного цилиндра сцепления хранится в специальном бачке. Все о бачках ГЦС, их типах и конструкции, а также о выборе и замене этих деталей читайте в статье.

Принцип работы турбины. — ТУРБО-ТЕХ Москва

Для того, чтобы выяснить принцип работы турбины в авто, необходимо тщательно ознакомиться с функциями ДВС (двигателя внутреннего сгорания). Большая часть легковых и грузовых машин имеют в своем составе четырехтактный агрегат, который на контроле у двух клапанов. Эти клапаны называются впускным и выпускным.

Каждый из циклов работы ДВС состоит из 4 тактов. За эти 4 такта, коленвал выполняет 2 оборота. Ниже опишем каждый из тактов:

  1. Впуск. Поршень перемещается вниз, а тем временем камера сгорания насыщается воздушно-топливной смесью (если ДВС на бензине). Если авто на дизеле, то в камеру попадает лишь воздушная масса.
  2. Компрессия. В этом такте производится сжатие горючего.
  3. Расширение. Смесь загорается искрой, а сама искра вырабатывается свечами.
  4. Выпуск. Поршень движется вверх.

Основными элементами турбинная часть и компрессорная. Турбина представлена в виде устройства, которое подает под высоким давлением воздушный поток в цилиндры. Турбинная часть нужна для повышения мощности силового агрегата без изменений рабочего объема двигателя. Обе части турбокомпрессора соединены жесткой осью. Все элементы совершают движение в одно время и в одном и том же направлении. Энергия создавшаяся поток выхлопа переходит в крутящий момент и это приводит в движение компрессорную часть. Когда газы попадают на крыльчатку турбины, выхлоп преобразовывается в энергию вращения.

Преимущество использования турбокомпрессора.

Турбина имеет огромную популярность на рынке автопроизводства и сейчас большинство компаний делают новые модели авто с турбированным двигателем.

Преимуществ в использовании турбо-автомобиля достаточно:

  • Повышение скорости движения авто.
  • Меньше расходуется топливо.
  • Двигатель работает стабильно и надежно.
Как выбрать турбину?

Важным моментом, является сбалансированная работа мотора и самой турбины. При приобретении турбины следует обратить внимание на ее качество. Если вдруг турбина сломалась, то стоит обращаться в специализированные сервисы, где вам выполнят качественный ремонт и САМОЕ ГЛАВНОЕ – будут использовать оригинальные запасные части.

Самостоятельным ремонтом заниматься не стоит, ведь это сверхточный агрегат, который требует профессиональных рук и знаний. Покупать новую турбину – это очень дорогое удовольствие и мало кому это по карману, а приобретение б/у агрегата может и вовсе навердить вашему авто, так что такой вариант даже не рассматривайте.

Симптомы поломки турбины.

Турбокомпрессор требователен и необходимо проводить регулярные проверки данного агрегата, но все-таки вы должны знать основные симптомы поломки турбины:

  1. Понижение мощности мотора.
  2. Сизый дым.
  3. Повышенный расход масла.
  4. Посторонний запах гари.

Эксплуатация и принцип работы турбины на дизельном двигателе

Гениальная идея использования выхлопных газов для разгона ротора позволила создать турбированный дизельный двигатель внутреннего сгорания и увеличить его мощность на 40–50%. Это притом, что во время работы в обычном режиме выброс газов сопровождается снижением коэффициента полезного действия в пределах 30 — 40%.

Принцип работы турбины дизельного двигателя основан на увеличении количества воздуха, смешиваемого с топливом и поступающего в камеру сгорания. За один и тот же период времени и при равных объемах цилиндров, двигатель с турбонаддувом может сжечь большее количество топлива, чем движок, не оснащенный таким устройством. А значит, его мощность и КПД в единицу времени значительно возрастет.

Рассмотрим устройство турбины дизельного двигателя, как работает, и каким образом достигаются такие показатели.

Конструктивные элементы системы

Для осуществления возложенных функций, система турбонаддува состоит из двух основных частей:

  1. Компрессор;
  2. Турбина.

Компрессор служит для нагнетания атмосферного воздуха в систему подачи топлива. Он состоит из корпуса и расположенной в нем крыльчатки, которая, вращаясь, всасывает воздух. Чем выше ее скорость вращения, тем больше объем принятого воздуха. Увеличению скорости способствует работа турбины.

Она также состоит из корпуса с крыльчаткой (ротором), которая приводится в движение выхлопными газами. В корпусе газы проходят через специальный канал, имеющий форму улитки, что позволяет им увеличить скорость.

Как работает турбонаддув дизельного двигателя

Ротор турбины и крыльчатка компрессора жестко закреплены на одном валу. Таким образом, скорость вращения ротора передается крыльчатке. Круг замыкается:

  • Через компрессор воздух из атмосферы, смешиваясь с топливом, подается в цилиндры двигателя;
  • Смесь сгорает, приводя в движение поршни, и образовавшиеся в результате газы поступают в выпускной коллектор;
  • Здесь они принимаются в корпус турбины, разгоняются в канале и на выходе взаимодействуют с ротором, заставляя его вращаться;
  • Ротор через вал передает вращение крыльчатке компрессора, которая всасывает в корпус атмосферный воздух.

Получается взаимосвязанная схема работы, когда количество всасываемого воздуха зависит от скорости вращения крыльчатки и, наоборот, крыльчатка вращается быстрее при большем количестве забираемого воздуха.

Принцип работы турбонаддува имеет два момента, называемые турбоямой и турбоподхватом.

Первый момент характеризуется задержкой в работе турбины после увеличения подачи топлива нажатием на педаль газа, так как для разгона ротора выхлопными газами требуется время.

Вслед за турбоямой наступает момент турбоподхвата, когда разогнавшийся ротор резко увеличивает подачу воздуха в цилиндры, повышая мощность двигателя.

Регулировка давления наддува

Турбонаддув дизельного двигателя повышает его мощность за счет возрастания давления выхлопных газов, являющихся результатом увеличения числа оборотов и интенсивности работы мотора. Этот же процесс повышает давление наддува. Если его не регулировать, то на самых высоких оборотах оно может достичь опасных значений, приводящих к поломкам и механическим повреждениям.

Регулировка давления производится с помощью выпускного предохранительного клапана, а контроль максимально допустимого значения — с помощью мембраны и пружины определенной жесткости.

Суть работы: при достижении предельного значения давления, мембрана, установленная в корпусе компрессора, преодолевает воздействие пружины и открывает регулировочный клапан.

Давление регулируют как на стороне компрессора, так и на стороне турбины:

  1. Работающий турбокомпрессор сбрасывает в атмосферу через выпускной клапан излишки забранного воздуха, тем самым снижая давление.
  2. В турбине клапан выпускает отработанные газы под воздействием мембраны компрессора, когда давление всасываемого воздуха достигает максимального уровня. Благодаря этому, ротор вращается с установленной скоростью, а компрессор не забирает лишний воздух и не увеличивает давление.

Второй вариант расположения клапана позволяет изготавливать системы меньших габаритов. Кроме того, турбонагнетатель с клапаном в компрессоре подвержен чрезмерному нагреву из-за повышенной температуры выпускаемого воздуха, что негативно сказывается на эффективности его работы.

Поэтому турбонаддув дизельного двигателя чаще оснащают регулировочным клапаном в турбине, а регулировку в компрессоре используют в качестве дополнения.

Система смазки

Смазка вала турбонагнетателя осуществляется смазочной системой двигателя.

На вал устанавливают уплотнительные кольца, предотвращающие проникновение масла в полости корпусов компрессора и турбины. Они же предохраняют корпуса от перегрева. Но герметичность обеспечивается не столько уплотнениями, сколько разностью величины давления в различных частях агрегата. Эту разницу давлений создает турбинная ось (вал), имеющая неравномерный диаметр.

Особая форма литья корпуса, в котором расположен вал, также способствует удержанию масла.

Если мотор не развивает требуемую мощность, это может быть симптомом неисправности турбонаддува. Наиболее часто встречающиеся проблемы — загрязнение воздушного фильтра или потеря герметичности впускного коллектора. Кроме потери мощности, их можно диагностировать по несвойственному для исправной машины цвету и количеству дыма, выходящего из выхлопной трубы.

Недостатки турбокомпрессоров

Принцип работы турбины на дизельном двигателе создает и негативные факторы:

  • Повышенный расход горючего. Возможность сжечь большее количество солярки за счет увеличенного объема подачи воздуха, вместе с мощностью повышает и «прожорливость» машины. Уменьшить аппетит до разумных пределов позволяет правильная регулировка системы.
  • Положительные стороны наддува приводят к многократному повышению температуры во время такта сжатия, что может вызвать детонацию в двигателе. Решается эта проблема установкой охладителей, регуляторов и прочих элементов.

Правила эксплуатации

Чтобы в полной мере использовать ресурс турбины дизельного мотора и продлить ее срок службы, необходимо выполнять ряд условий:

  • Регулярно менять масло в системе, чтобы не допустить попадания абразива в маслопровод и его засорения.
  • Применять только качественное масло, имеющее сертификат, той марки, которая соответствует указанной в паспортных данных двигателя.
  • Прогревать мотор перед началом движения и не давать холодному двигателю высоких нагрузок.
  • Никогда резко не отключать движок, а после остановки автомобиля давать ему возможность поработать несколько секунд на холостых оборотах.

Как работает турбина в авто

Если разговор заходит о мощных гоночных спортивных машинах, как правило, всегда затрагивают тему турбокомпрессоров (турбин). Они значительно увеличивают мощность двигателя без заметного увеличения массы авто. Именно благодаря этому преимуществу турбины стали настолько популярны. Рассмотрим более подробно, как работает турбина в авто.

Принцип работы турбины в авто

Основные элементы практически любого турбокомпрессора – это центробежный насос и турбина. Они соединены между собой жесткой осью. Турбина и насос вращаются с одной и той же скоростью, в одном направлении. Энергия потока отработавших (выхлопных) газов трансформируется в крутящий момент и таким образом приводит в действие агрегат-компрессор. Осуществляется это таким образом:
Отработанные газы, которые выходят из цилиндров поршневого двигателя, передаются на турбинную крыльчатку, и она уже преобразует их в крутящий момент (кинетическую энергию вращения).
Компрессор втягивает воздух, пропускает его через воздушный фильтр, сжимает и затем опять подает в цилиндры двигателя.

  • Таким образом, двигатель внутреннего сгорания развивает большую мощность.
  • Турбиной могут быть оснащены различные двигатели: дизельные, работающие на газу или бензине. На сегодняшний день они широко используются на легковых и на грузовых авто.

Монтаж турбокомпрессоров на двигатели внутреннего сгорания, которые работают на бензине, ускорился благодаря практике их использования на авторалли и автогонках. Расширение ассортимента материалов, которые обладают высокими температурными свойствами, повышение качественного состава моторных масел, использование электронного управления клапанами и жидкостного охлаждения корпуса турбины в авто – эти перечисленные факторы способствовали тому, что турбины уже стали устанавливать на мелкосерийные двигатели внутреннего сгорания (бензиновые). Сегодня на любой двигатель можно установить турбину, однако делать это должен только опытный мастер СТО.

Что такое турбина и турбонаддув — устройство и принцип работы.

С того момента, как появилась такая профессия, как автомобильный конструктор, возникла проблема увеличения мощности моторов. По всем законам физики, мощность мотора напрямую зависит от количества горючего, что сжигается за один цикл. Чем больше горючего при этом расходуется, тем мощность выше. Но, возникает вопрос – как увеличить количество лошадиных сил под капотом своего автомобиля? Тут есть несколько нюансов.

Для того чтобы происходил процесс горения необходим кислород. Благодаря этому становится ясно, что горит нечистое топливо, а его смесь с кислородом. При этом вся смесь должна быть в определенном балансе. Например, что касается бензиновых моторов, то топливо к воздуху смешивается в пропорции 1 к 15. При этом берется во внимание состав горючего и режим его работы.

Видно, что кислорода требуется в 15 раз больше, чем самого топлива. Из этого следует, что увеличение подачи топлива ведет за собой и обязательное увеличение подачи кислорода. Зачастую двигатели самостоятельно засасывают воздух из-за разницы в давлении между атмосферой и цилиндром. Отсюда появляется и прямая зависимость между объемом цилиндра и воздуха, который попадает в него. Именно таким образом и поступала американская автомобильная промышленность, которая выпускает большие двигатели с огромнейшим расходом топлива. Но, есть ли возможность в одинаковый объем загнать, как можно больше воздуха?

Такой способ есть и его впервые изобрел Готтлиб Вильгельм Даймлер. Один из основателей компании Daimler Chrysler. Немец достаточно сильно разбирался в двигателях и уже в 1885 году понял, каким образом можно загнать туда больше кислорода. Он придумал загонять воздух в мотор при помощи специального нагнетателя, который был в виде компрессора, что получал вращение от моторного вала и благодаря этому сжатый воздух успешно загонялся в цилиндры.

Все изменилось, когда швейцарский инженер-изобретатель — Альфред Бюхи сделал сенсационное открытие. Он был главным при создании дизельного двигателя в Sulzer Brothers и он никак не мог свыкнуться с той мыслью, что двигатели были очень тяжелыми и габаритными, а мощности выдавали недостаточно. При этом он не хотел заимствовать энергию двигателя. Благодаря этому в 1905 году Альфред Бюхи получил патент на первое на планете устройство, которое было создано для нагнетания, что применяло энергию для двигателя, выдаваемую выхлопными газами. Другими словами, он создал — турбонаддув.

Данная идея была очень проста и гениальна. Выхлопные газы задают вращение колесу с лопатками точно также, как ветер вращает лопасти мельницы. Отличие только в том, что данное колесо меньшего размера, а лопастей больше. Это колесо имеет название – ротор турбины, который находится на одном и том же валу, где располагается и колесо компрессора. Поэтому турбонагнетатель можно поделить на две части, первая из которой — это ротор, а вторая – компрессор. Ротор вращается благодаря выхлопным газам, а, в свою очередь, компрессор работает, как вентилятор и благодаря этому дополнительный воздух поступает в мотор. Полностью вся конструкция имеет название турбонагнетатель или турбокомпрессор.

При этом, кислород, что попадает в мотор, необходимо дополнительно охладить, это необходимо делать для того, чтобы увеличить давление, при этом загнав в цилиндр больше воздуха. Из-за того, что сжать холодный воздух по сравнению с теплым — намного легче.

Кислород, который проходит через турбину, сам по себе нагревается из-за сжатия, а также из-за некоторых нагретых частей турбонаддува. Подаваемый в мотор воздух, охлаждается с применением промежуточного охладителя. Воздух, проходя через радиатор, отдает свое тепло в атмосферу. При этом холодный воздух плотнее загоняется в цилиндр в большем количестве.

Чем больше газа проникает в турбину, тем она чаще вращается, и соответственно больше воздуха проникает в сам цилиндр и увеличивается мощность. Стоит сказать, что эффективность именно такого метода, по сравнению с приводным турбонаддувом, в том что для того, чтобы обслужить себя, нагнетатель тратит от энергии двигателя, около 1.5%. Это обусловлено тем фактом, что энергия к турбинному ротору поступает не благодаря замедлению выхлопного газа, а за счет его охлаждения. При этом потраченная энергия повышает коэффициент полезного действия двигателя. Благодаря этому автомобиль с нагнетателем становится максимально экономичным, по сравнению с остальными похожими двигателями примерно одинаковой мощности.

Вращение ротора в турбине может быть до 200 тысяч оборотов в минуту, следующий факт относится к раскаленным газам, которые доходят до 1000 градусов по Цельсию. Из всего этого следует тот факт, что нагнетатель, который может сдержать подобные нагрузки долгое время создать достаточно сложно и дорого.

Из-за этого нагнетатель был популярен исключительно во времена Второй Мировой Войны и только в самолетах. В 50-х годах компания из Америки (Caterpillar) смогла встроить нагнетатель к тракторному двигателю, а специалисты из компании Cummins смогли создать первые турбодизельные двигатели для грузовых машин. На легковых машинах, которые получили серийное производство, такие двигатели стали появляться гораздо позже. Это произошло в 1962 году, практически сразу появилось две модели Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire.

Стоит добавить, что проблематичность и высокая стоимость конструкции, не являются главными недостатками. Сама по себе эффективность работы турбонаддува, напрямую зависит от максимального числа оборотов двигателя. Из-за того, что на малых оборотах, выхлопных газов производится недостаточное количество, соответственно ротор не раскручивается на максимально возможную мощность и, как следствие, дополнительный кислород практически не задувается в цилиндры. Поэтому зачастую происходит так, что до 3 000 оборотов мотор не тянет, но уже после 4-5 тысяч оборотов, он резко «стреляет», эта проблема называется – турбоямой. При этом размер турбины напрямую зависит на ее разгон. Чем она больше, тем разгон дольше. Именно из-за этого, те двигатели, что имеют большую мощность и соответственно турбину высокого давления зачастую испытывают проблемы связанные с турбоямой. А те турбины, которые создают низкое давление, практически не имеют никаких проблем с провалом тяги, но при этом и мощность они могут поднять достаточно маленькую по отношению с первыми.

Практически полностью избавиться от такой проблемы, как турбояма может помочь схема с последовательным надувом, когда на достаточно малых оборотах мотора, работает маленький малоинерционный турбокомпрессор. Маленький – увеличивает тягу на низких оборотах, в то время, как большой включается во время, когда обороты начинают расти, вместе с давлением на выпуске. Еще сто лет назад систему последовательного наддува применяли в суперкаре Porsche 959. На данный момент же, такие системы применяются во многих марках, начиная от Land Rover и BMW, а в бензиновых моторах фирмы Volkswagen эту роль играет приводной нагнетатель.

На заводских двигателях зачастую применяют одиночный турбокомпрессор twin-scroll, в народе его называют «парой улиток». Каждая из таких улиток заполняется выхлопами, от разных цилиндров. Но, даже, несмотря на это, обе улитки подают выхлопные газы в одну турбину, в итоге максимально качественно раскручивая ее, как на больших, так и на малых оборотах.

Но зачастую все-таки можно встретить исключительно пару одинаковых турбокомпрессоров, которые параллельно друг от друга обслуживают отдельные цилиндры. Это является стандартной схемой, для стандартных V-образных турбодвигателей, где каждый блок имеет свой турбонаддув. Даже, несмотря на то, что мотор V8 компании M GmbH, который впервые был установлен на Bmw X6 M и X5 M оборудован перекрестным выпускным коллектором, позволял турбокомпрессору паре улиток получать газы выхлопа из цилиндров, которые находились в разных блоках.

Для того чтобы турбокомпрессор работал на максимуме своих возможностей, при всех диапазонах оборотов, можно поменять геометрию рабочей части. Исходя из оборотов, что производит улитка, там работают специальные лопатки и изменяется в некоторых дозволенных пределах форма сопла. Благодаря этому, мы имеем «супертурбину», которая отлично может работать во всех диапазонах оборотов. Такие схемы были продуманы и оговорены достаточно давно, но реализовать их на деле, появилась возможность лишь недавно. Стоит, при этом отметить, что изначально турбины, на которой поменяна геометрия, появилась исключительно на дизельном моторе, благодаря тому, что температура выхлопных газов, намного меньше. Что касается бензиновых двигателей, то первым был Porsche 911 Turbo.

Саму конструкцию турбодвигателя привели в максимальную комплектацию, относительно недавно и их актуальность сильно возросла. При этом сами турбокомпрессоры оказались актуальными не только, как для форсирования двигателя, но и для увеличения экономичности и экологичности выхлопа.

 Что такое турбины и для чего они нужны?

 

           Что такое турбины и для чего они нужны?

 

   Основная задача турбин – это повышение мощности двигателя автомобиля. При помощи турбины можно значительно повысить мощность авто.

 

    Принцип работы турбокомпрессора прост: через выпускной коллектор отработанные газы попадают в корпус турбины в которой установлено турбинное колесо, которое приводится в движение. На одной оси с турбинным колесом установлено компрессорное колесо, которое в свою очередь сжимает воздух и падет его в впускной коллектор двигателя. Из всего этого следует, что обороты турбины очень высоки и напрямую зависят от мощности двигателя, скорость вращение турбины достигает 150.000 об/мин и более.

 

    При использовании турбины, в двигатель поступает воздух под высоким давлением, что позволяет увеличиться мощности автомобиля по отношению к объему двигателя и количеству топлива.Наиболее эффективными являются турбокомпрессоры высокого давления. Отличие в конструкции от обычных турбин в том, что турбины повышенного давления имеют клапан, который устраняет избыточное давление на высоких оборотах.Так же большинство турбокомпрессоров оснащены интеркулером.

 

   Основная задача интеркулера – охлаждение воздуха. Так как турбинаработает на больших оборотах, воздух в ней нагревается, тем самым понижается содержание кислорода и плотность воздуха. Интеркулер справляется с этой проблемой.Одной из проблем турбин всегда была небольшая задержка реакции(инерция), но сейчас эти недостатки уже практически устранены. С появлением двух параллельно расположенных турбин, одна из которых предназначена для работы на высоких оборотах, другая на низких, инерция турбины была значительно уменьшена.

   

    Так же, появились турбины, в которых стало возможно изменять угол наклона ротора, что в свою очередь так же позволяет бороться с проблемами связанными с задержкой в реакции. Хорошо уменьшена инерция в турбокомпрессорах с керамическими лопастями ротора, за счет того, что вес их меньше чем у стандартных аналогов.

Принцип работы турбокомпрессора (турбины) его конструкция и типы.

  Принцип работы любого турбокомпрессора основан на использовании энергии отработавших выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Поток выхлопных газов попадает на колесо турбины (закреплённую на валу), тем самым раскручивая её и одновременно с этим раскручивая колесо компрессора, нагнетающего воздух в цилиндры двигателя.

 

   Так как при использовании наддува воздух в цилиндры подаётся принудительно (под давлением), а не только за счёт разрежения, создаваемого поршнем (это разрежение способно взять только определённое количество смеси воздуха с топливом), то в двигатель попадает большая смесь воздуха с топливом. Как следствие, при сгорании увеличивается объём сгораемого топлива с воздухом, образовавшийся газ занимает больший объём и соответственно возникает большая сила, давящая на поршень.

 

   Двигатели внутреннего сгорания снабженные турбокомпрессором более производительные, т.е. меньше удельный эффективный расход топлива (грамм на киловатт-час, г/(кВт•ч)), и выше литровая мощность (мощность, снимаемая с единицы объёма двигателя — кВт/л), что даёт возможность увеличить мощность небольшого мотора без увеличения оборотов двигателя.Вследствие увеличения массы воздуха, сжимаемой в цилиндрах, температура в конце такта сжатия заметно увеличивается и возникает вероятность детонации.

 

   Поэтому, конструкцией двигателей с турбокомпрессором предусмотрена пониженная степень сжатия, применяются высокооктановые марки топлива, а также в системе предусмотрен промежуточный охладитель наддувочного воздуха (интеркулер)- радиатор для охлаждения воздуха. Уменьшение температуры воздуха требуется также и для того, чтобы плотность его не снижалась вследствие нагрева от сжатия после турбины, иначе эффективность всей системы значительно упадёт.

 

   Особенно эффективен турбонаддув у дизельных двигателей тяжёлых грузовиков. Он повышает мощность и крутящий момент при незначительном увеличении расхода топлива. Наиболее мощные (по отношению к мощности двигателя) турбокомпрессоры применяются на тепловозных двигателях. Например на дизеле Д 49 мощностью 4000 л.с. установлен турбокомпрессор мощностью 1100 л.с.Наибольшей (по абсолютной величине) мощностью обладают турбокомпрессоры судовых двигателей, которая достигает 7000 л.с. .Современные турбокомпрессоры можно разделить на два основных типа: 1- с изменяемой геометрией соплового аппарата ( VNT турбокомпрессоры) и 2- без геометрии. Все они в свою очередь могут быть моно, твинскролы (двойные турбины) и т.д.

Профилактика и рекомендации.

     При запуске двигателя необходимо дать ему поработать на холостом ходу не менее шестидесяти секунд и прибавлять газ постепенно. Это обеспечивает достаточную смазку движущихся элементов турбины и предохраняет их от преждевременного износа. Чтобы не создавалось низкое давление в двигателе и пропускание паров масла, не эксплуатируйте турбину на холостом ходу более тридцати минут.

​    Обязательно давайте остыть турбокомпрессору перед выключением зажигания, поскольку быстрое выключение создаст резкий перепад температур в системе. Такие переходы быстро изнашивают любой механизм.

    Что касается эксплуатации авто зимой, когда двигатель быстро остывает или после долгого перерыва в работе необходимо сначала провернуть двигатель, и только потом запускать его на холостых оборотах. Это позволит наладить быструю циркуляцию масла и быстро заполнить систему компрессора рабочей жидкостью.

    Рекомендуется регулярная диагностика двигателя, особенно если Вы не уверены в качестве дизельного топлива.

По каким признакам можно определить неисправность турбины?

 Профессионально это сделать может только опытный мастер, но есть поломки, сразу бросающиеся в глаза. Это повышенный расход масла, синий дым из выхлопной трубы, посторонние шумы в работе мотора. 

Как работают газотурбинные электростанции

Газовые турбины, устанавливаемые на многих современных электростанциях, работающих на природном газе, представляют собой сложные машины, но в основном они состоят из трех основных частей:

  • Компрессор , который втягивает воздух в двигатель, нагнетает давление его и подает в камеру сгорания со скоростью сотни миль в час.
  • Система сгорания , обычно состоящая из кольца топливных форсунок, которые впрыскивают постоянный поток топлива в камеры сгорания, где оно смешивается с воздухом.Смесь сжигается при температуре более 2000 градусов по Фаренгейту. При сгорании образуется высокотемпературный газовый поток под высоким давлением, который входит и расширяется через турбинную секцию.
  • Турбина представляет собой сложный набор чередующихся неподвижных и вращающихся лопастей с профилем крыла. Когда горячий газ сгорания расширяется через турбину, он раскручивает вращающиеся лопасти. Вращающиеся лопасти выполняют двойную функцию: они приводят в движение компрессор, чтобы втягивать больше сжатого воздуха в секцию сгорания, и вращают генератор для выработки электроэнергии.

Наземные газовые турбины бывают двух типов: (1) двигатели с тяжелой рамой и (2) авиационные двигатели. Двигатели с тяжелой рамой характеризуются более низким коэффициентом давления (обычно ниже 20) и имеют тенденцию быть физически большими. Степень давления — это отношение давления нагнетания компрессора к давлению воздуха на входе. Двигатели на базе авиационных двигателей являются производными от реактивных двигателей, как следует из названия, и работают при очень высоких степенях сжатия (обычно превышающих 30). Двигатели на базе авиационных двигателей имеют тенденцию быть очень компактными и полезны там, где требуется меньшая выходная мощность.Поскольку турбины с большой рамой имеют более высокую выходную мощность, они могут производить большее количество выбросов и должны быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечивать низкие выбросы загрязняющих веществ, таких как NOx.

Одним из ключевых факторов удельного расхода топлива турбины является температура, при которой она работает. Более высокие температуры обычно означают более высокую эффективность, что, в свою очередь, может привести к более экономичной эксплуатации. Газ, протекающий через турбину типичной электростанции, может иметь температуру до 2300 градусов по Фаренгейту, но некоторые из критических металлов в турбине могут выдерживать температуры только от 1500 до 1700 градусов по Фаренгейту.Следовательно, воздух из компрессора может использоваться для охлаждения основных компонентов турбины, что снижает конечный тепловой КПД.

Одним из главных достижений программы передовых турбин Министерства энергетики было преодоление прежних ограничений по температурам турбин с использованием комбинации инновационных технологий охлаждения и современных материалов. Усовершенствованные турбины, появившиеся в результате исследовательской программы Департамента, смогли повысить температуру на входе турбины до 2600 градусов по Фаренгейту — почти на 300 градусов выше, чем в предыдущих турбинах, и достичь КПД до 60 процентов.

Еще одним способом повышения эффективности является установка рекуператора или парогенератора с рекуперацией тепла (HRSG) для рекуперации энергии из выхлопных газов турбины. Рекуператор улавливает отходящее тепло в выхлопной системе турбины, чтобы предварительно нагреть воздух на выходе компрессора перед его поступлением в камеру сгорания. ПГРТ вырабатывает пар за счет улавливания тепла из выхлопных газов турбины. Эти котлы также известны как парогенераторы-утилизаторы. Пар высокого давления из этих котлов можно использовать для выработки дополнительной электроэнергии с помощью паровых турбин, такая конфигурация называется комбинированным циклом.

Газовая турбина простого цикла может достигать КПД преобразования энергии в диапазоне от 20 до 35 процентов. С учетом более высоких температур, достигнутых в турбинной программе Министерства энергетики, будущие газотурбинные установки с комбинированным циклом, работающие на водороде и синтез-газе, вероятно, достигнут КПД 60 процентов или более. Когда отработанное тепло улавливается из этих систем для отопления или промышленных целей, общая эффективность энергетического цикла может приближаться к 80 процентам.

(PDF) Принцип работы газовой турбины

Эффективность цикла Брайтона довольно низкая, прежде всего потому, что значительная часть

подводимой энергии уходит в окружающую среду.Эта исчерпанная энергия обычно имеет относительно высокую температуру

, и поэтому ее можно эффективно использовать для выработки энергии.

Одним из возможных приложений является комбинированный цикл Брайтона Ренкина, в котором выхлопные газы с высокой температурой

, выходящие из газовой турбины, используются для подачи энергии в котел

цикла Ренкина, как показано на рис. 3.12. Следует отметить, что температура T

9

газов цикла Брайтона, выходящих из котла, меньше температуры T

3

пара цикла Ренкина

, выходящего из котла; это возможно в теплообменнике противотока

, котле.

7.7 Одно- и многовальное исполнение

Газовая турбина может быть одно- или многовальной конфигурации. В одновальном корпусе

газовая турбина спроектирована с примерно одинаковыми степенями давления

на всех ступенях расширения, которые механически связаны с газовым компрессором

и генератором и работают на скорости генератора (обычно 3600 или 1800 об / мин для

Электрические системы 60 Гц и 3000 или 1500 об / мин для электрических систем 50 Гц).В конфигурации с несколькими валами

компрессор механически приводится в движение набором ступеней расширения

, размер которых рассчитан на выполнение механической работы, необходимой для компрессора

, так что этот вал не соединен с электрическим генератором. и может

вращаться с разной скоростью. Воздух, производимый этим газогенератором, нагревается и

направляется в турбогенератор: заключительная стадия расширения на отдельном валу, который вращает

с оптимальной скоростью генератора.Газотурбинная установка с комбинированным циклом (ПГУ)

Поставщики

конфигурируют турбогенераторы в различных конфигурациях.

Конфигурации с несколькими валами и с одним валом позволяют настраивать

для оптимизации производительности установки, капитальных вложений, строительства и доступа для обслуживания, удобства эксплуатации и минимальных требований к пространству.

Разработка больших газовых турбин F-класса в течение последнего десятилетия

шла рука об руку с усилиями производителей по стандартизации конфигураций парогазовых электростанций

(CCPP), стремясь наилучшим образом использовать новую технологию.Одновальная силовая передача

(SSPT) была первоначально разработана для применений с газовыми турбинами

мощностью более 250 мегаватт. Только позже концепция была расширена до меньших

единиц в диапазоне 60 мегаватт. Новая компоновка ССПТ позволила построить отдельные блоки

мощностью до 450 мегаватт. SSPT внесли наибольший вклад в электростанции

, стремясь к экономии затрат и сокращению времени проекта и, следовательно, к снижению риска. В схемах SSPT

газовая турбина и паровая турбина соединены с общим генератором

на одном валу, тогда как в блоках мультивальной силовой передачи (MSPT) до

три газовые турбины и назначенные им котлы и генераторы совместно используют обычная паровая турбина

(см. рис.7.11). SSPT и MSPT созданы для рынков 50 и 60 Гц.

Основными преимуществами новой концепции, отмеченной производителями, являются более высокая гибкость работы

, меньшая занимаемая площадь, упрощенное управление, более короткое время запуска, более

стандартизированных периферийных систем, а также более высокая эффективность и доступность. Эта разработка

требует, чтобы помимо новых технических проблем, связанных с газовой турбиной

160 7 Принцип работы газовой турбины

Газотурбинный двигатель | Британника

Газотурбинный двигатель , любой двигатель внутреннего сгорания, использующий газ в качестве рабочего тела, используемого для вращения турбины.Этот термин также обычно используется для описания полного двигателя внутреннего сгорания, состоящего, по меньшей мере, из компрессора, камеры сгорания и турбины.

Общие характеристики

Полезная работа или тяга может быть получена от газотурбинного двигателя. Он может приводить в действие генератор, насос или воздушный винт или, в случае чисто реактивного авиационного двигателя, развивать тягу, ускоряя поток выхлопных газов турбины через сопло. Большой объем мощности может быть произведен таким двигателем, который при той же мощности намного меньше и легче поршневого двигателя внутреннего сгорания.Возвратно-поступательные двигатели зависят от движения поршня вверх и вниз, которое затем должно быть преобразовано во вращательное движение с помощью механизма коленчатого вала, тогда как газовая турбина передает мощность вращающегося вала напрямую. Хотя концептуально газотурбинный двигатель представляет собой простое устройство, компоненты эффективного агрегата должны быть тщательно спроектированы и изготовлены из дорогостоящих материалов из-за высоких температур и напряжений, возникающих во время работы. Таким образом, установки газотурбинных двигателей обычно ограничиваются крупными установками, где они становятся рентабельными.

Циклы газотурбинного двигателя

Большинство газовых турбин работают в открытом цикле, в котором воздух забирается из атмосферы, сжимается в центробежном или осевом компрессоре, а затем подается в камеру сгорания. Здесь топливо добавляется и сжигается при практически постоянном давлении с частью воздуха. Дополнительный сжатый воздух, который обходится вокруг секции горения и затем смешивается с очень горячими газами сгорания, необходим для поддержания температуры на выходе из камеры сгорания (фактически, на входе в турбину) на достаточно низком уровне, чтобы турбина могла работать непрерывно.Если установка должна производить мощность на валу, продукты сгорания (в основном воздух) расширяются в турбине до атмосферного давления. Большая часть мощности турбины требуется для работы компрессора; только остальная часть доступна для обеспечения работы вала генератора, насоса или другого устройства. В реактивном двигателе турбина предназначена для обеспечения мощности, достаточной для привода компрессора и вспомогательных устройств. Затем поток газа выходит из турбины с промежуточным давлением (выше местного атмосферного давления) и проходит через сопло для создания тяги.

Газотурбинный двигатель открытого цикла постоянного давления.

Encyclopædia Britannica, Inc.

В первую очередь рассматривается идеализированный газотурбинный двигатель, работающий без потерь по этому простому циклу Брайтона. Если, например, воздух поступает в компрессор при 15 ° C и атмосферном давлении и сжимается до одного мегапаскаль, он затем поглощает тепло от топлива при постоянном давлении до тех пор, пока температура не достигнет 1100 ° C, прежде чем расширится через турбину обратно до атмосферного. давление.Этот идеализированный блок потребует выходной мощности турбины 1,68 киловатт на каждый киловатт полезной мощности с 0,68 киловатт, потребляемым для привода компрессора. Тепловой КПД установки (чистая произведенная работа, разделенная на энергию, добавленную через топливо) составит 48 процентов.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишись сейчас

Фактическая производительность при простом разомкнутом цикле

Если для агрегата, работающего в пределах одного и того же давления и температуры, компрессор и турбина имеют КПД только 80 процентов ( i.е., , работа идеального компрессора равна 0,8 фактической работы, в то время как фактическая мощность турбины в 0,8 раза больше идеальной мощности), ситуация кардинально меняется, даже если все остальные компоненты остаются идеальными. На каждый киловатт производимой полезной мощности турбина теперь должна производить 2,71 киловатт, а работа компрессора становится 1,71 киловатт. Тепловой КПД падает до 25,9 процента. Это демонстрирует важность высокоэффективных компрессоров и турбин. Исторически сложность разработки эффективных компрессоров, даже больше, чем эффективных турбин, задерживала разработку газотурбинного двигателя.Современные агрегаты могут иметь КПД компрессора 86–88 процентов и КПД турбины 88–90 процентов при проектных условиях.

КПД и выходную мощность можно увеличить за счет повышения температуры на входе в турбину. Однако все материалы теряют прочность при очень высоких температурах, а поскольку лопатки турбины движутся с высокой скоростью и подвергаются серьезным центробежным напряжениям, температура на входе в турбину выше 1100 ° C требует специального охлаждения лопаток. Можно показать, что для каждой максимальной температуры на входе в турбину существует также оптимальное соотношение давлений.Современные авиационные газовые турбины с охлаждением лопаток работают при температурах на входе в турбину выше 1370 ° C и при соотношении давлений около 30: 1.

Промежуточное охлаждение, повторный нагрев и регенерация

В авиационных газотурбинных двигателях необходимо обращать внимание на вес и диаметр. Это не позволяет добавлять дополнительное оборудование для повышения производительности. Соответственно, двигатели коммерческих самолетов работают по простому циклу Брайтона, идеализированному выше. Эти ограничения не применяются к стационарным газовым турбинам, в которые могут быть добавлены компоненты для повышения эффективности.Усовершенствования могут включать (1) уменьшение работы сжатия за счет промежуточного охлаждения, (2) увеличение мощности турбины за счет повторного нагрева после частичного расширения или (3) уменьшение расхода топлива за счет регенерации.

Первое усовершенствование будет заключаться в сжатии воздуха почти постоянной температуры. Хотя это не может быть достигнуто на практике, это можно приблизить с помощью промежуточного охлаждения (, то есть , путем сжатия воздуха в два или более этапов и его водяного охлаждения между этапами до его начальной температуры).Охлаждение уменьшает объем обрабатываемого воздуха и, соответственно, необходимую работу по сжатию.

Второе усовершенствование включает повторный нагрев воздуха после частичного расширения через турбину высокого давления во втором наборе камер сгорания перед подачей его в турбину низкого давления для окончательного расширения. Этот процесс аналогичен повторному нагреву, используемому в паровой турбине.

Оба подхода требуют значительного дополнительного оборудования и используются реже, чем третье улучшение.Здесь горячие выхлопные газы турбины проходят через теплообменник или регенератор для повышения температуры воздуха, выходящего из компрессора перед сгоранием. Это уменьшает количество топлива, необходимое для достижения желаемой температуры на входе в турбину. Однако повышение эффективности связано со значительным увеличением начальной стоимости и будет экономичным только для агрегатов, которые работают почти непрерывно.

62B-104 БАЗОВАЯ ГАЗОВАЯ ТУРБИНА

62B-104 БАЗОВАЯ ГАЗОВАЯ ТУРБИНА
Инженерное обучение

ЛИСТ НАЗНАЧЕНИЯ

ДВИГАТЕЛИ С БАЗОВЫМ ГАЗОМ

Задание 60B-104

ВВЕДЕНИЕ

С увеличением количества судов с газотурбинными двигателями становится важным понимать основы конструкции и работы газотурбинного завода.Офицер наземных войск должен также понимать последствия эксплуатации этих двигателей в морской среде.

ТЕМА УРОКА ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

Терминал Цель:

7.0 ОПИСАТЬ принципы, конструкцию, функции, компоненты, системы управления и контроля, а также работу газотурбинной двигательной установки и связанных вспомогательных систем поддержки. (JTI: A)

Обеспечивающие цели:

7.1 ОПИСАТЬ следующие применения газовых турбин и указать тип газовых турбин, связанных с каждым из них:

а.Двигательная установка

г. Электроэнергетика

7.2 Имея график, представляющий соотношение давления и объема идеального цикла Брайтона, НАМЕТЬТЕ пять фаз и объясните процесс преобразования энергии, происходящий в каждой из них.

а. 2 копейки

г. Сжатие

г. Горение

г. Расширение

e. Выхлоп

7.3 ОПРЕДЕЛИТЬ следующее применительно к газотурбинным двигателям, включая их преимущества и недостатки, если это применимо.

а. Двигатель с разъемным валом

г. Одновальный двигатель

г. Кольцевая камера сгорания

г. Камерно-кольцевая камера сгорания

e. Осевой поток

ф. Коробка отбора мощности

7.4 ОПИСАТЬ и указать их функции:

а. Компрессор

г. Камера сгорания

г. Турбина высокого давления / турбина газогенератора

г. Турбина низкого давления / силовая турбина

e. Подшипник / рама газовой турбины

ф.Дополнительный привод в сборе

г. Входные направляющие лопатки

ч. Лопатки регулируемого статора компрессора

и. Коллекторы для удаления воздуха из двигателя

Дж. Коллектор для удаления воздуха заказчика

к. Быстроходная эластичная муфта

л. Впуск / выпуск

7.5 ОБСУДИТЕ источник и использование отбираемого клиентом воздуха.

7.6 СОСТОЯНИЕ Функция системы впуска и выпуска воздуха газовой турбины.

7.7 ОПИСАТЬ путь воздуха от влагоотделителей к эжекторам выхлопных газов.

7.8 ОПИСАТЬ влияние следующего на газотурбинные двигатели и меры предосторожности, принимаемые с учетом окружающей среды, включая:

а. Солевой спрей

г. Льдообразование / температура наружного воздуха

г. Повреждение посторонним предметом

г. Чистота компрессора

e. Киоски / скачки

ф. Пусков / остановок

7.9 ОПИСАТЬ следующие системы двигателя:

а. Система обнаружения льда

г. Система обнаружения и пожаротушения

г.Система зажигания

г. Система промывки водой

7.10 НЕ НАЗНАЧЕН; зарезервировано для использования в будущем

7.11 НЕ НАЗНАЧЕН; зарезервировано для использования в будущем

7.12 НЕ НАЗНАЧЕН; зарезервировано для использования в будущем

НАЗНАЧЕНИЕ НА ИЗУЧЕНИЕ

  1. Прочтите информационный лист 60B-104.
  2. Краткий информационный лист 60B-104, используя вспомогательные цели урока 60B-104 в качестве руководства.
  3. Сценарии изучения ответов.

СЦЕНАРИИ ИЗУЧЕНИЯ:

Изучая для вас предстоящую доску SWO, вы изучаете другие типы морских силовых установок.Вы задаете себе несколько вопросов по газотурбинным двигателям.

1. Зная, что газотурбинный двигатель представляет собой открытый термодинамический цикл, как двигатель преобразует энергию, запасенную в топливе и воздухе, в полезную работу в виде вращающегося пропеллера?

После изучения вы явитесь на мостик для промежуточной стражи как JOOD. Здесь тихо, так что вы просматриваете доску чтения сообщений OOD. Вы видите, что в этом районе происходит несколько небольших песчаных бурь (в настоящее время вы находитесь в Персидском заливе), и что сообщение советует всем судам с газотурбинными двигателями внимательно следить за состоянием своих воздушных фильтров / демистеров.

2. В чем важность этого компонента? Если не удается, не работает ли двигатель?

Просмотрев трафик сообщений, вы замечаете, что одного из FFG в вашей боевой группе нет поблизости. Любопытно, что вы спрашиваете ООД, знает ли она, куда они пошли, и она говорит вам, что им пришлось выехать в Бахрейн для замены и двигателя из-за плохой камеры сгорания.

3. Почему замена камеры сгорания LM2500 настолько сложна, что требует захода корабля в порт?

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЛИСТ

ДВИГАТЕЛИ С БАЗОВЫМИ ТУРБИНАМИ

Информационный лист 64B-104I

ВВЕДЕНИЕ

С увеличением количества судов с газотурбинными двигателями становится важным понимать основы конструкции и работы газотурбинного завода.Офицер наземных войск должен также понимать последствия эксплуатации этих двигателей в морской среде.

ССЫЛКИ

(а) Руководство по силовой установке ДД-963

(b) Морские газотурбинные операции (НАВЕДТРА-10097)

ИНФОРМАЦИЯ

  1. Обзор урока:
  2. Газотурбинный завод представляет собой инновационную концепцию судовых электростанций. Военно-морские суда США используют авиационные газотурбинные двигатели как для главных силовых установок, так и для служебной электроэнергии.Высокая степень автоматизации предприятия достигается за счет интегрированной системы пультов управления и мониторинга.
  3. Преимущества:
  4. Преимущества газотурбинной установки по сравнению с паровой установкой сопоставимой мощности включают:
    1. Снижение массы на 70%
    2. Простота (меньшее количество вспомогательных силовых установок)
    3. Уменьшение численности персонала за счет автоматизированного управления силовой установкой
    4. Более быстрое время отклика
    5. Более быстрое ускорение / замедление
  5. Принципы газовой турбины:
    1. Компоненты базового газотурбинного двигателя включают:
      1. Компрессор
      2. Камера сгорания
      3. Турбина
    2. Рабочий цикл:
    3. В газотурбинном двигателе сжатие, сгорание и расширение происходят непрерывно в разных камерах. Газотурбинные двигатели работают по циклу Брайтона (цикл открытого двигателя).

      Рис.1: Цикл Брайтона

      1. Фаза всасывания:
      2. Наружный воздух втягивается в двигатель под действием компрессора. Давление, температура и объем остаются неизменными в течение фазы всасывания.
      3. Фаза сжатия:
      4. Всасываемый воздух сжимается механически. Давление и температура увеличиваются с соответствующим уменьшением объема. Механическая энергия, приводящая в движение компрессор, преобразуется в кинетическую энергию в виде сжатого воздуха.
      5. Фаза сгорания:
      6. Топливо распыляется в камеру сгорания и сжигается, преобразовывая химическую энергию в тепловую в виде горячего расширяющегося газа. Объем и температура значительно увеличиваются, в то время как давление в камере сгорания остается постоянным.
      7. Фаза расширения:
      8. Тепловая энергия преобразуется в механическую, когда горячие расширяющиеся газы из камеры сгорания вращают ротор турбины. Давление и температура уменьшаются, а объем увеличивается в фазе расширения.
      9. Выхлопная фаза:
      10. Горячие выхлопные газы проходят через суда, попадая в атмосферу. Давление, температура и объем остаются неизменными в течение фазы выпуска.
  6. Компоненты газовой турбины:
    1. Компрессоры: существует два основных типа газотурбинных компрессоров.
      1. Центробежный компрессор:
      2. В этом компрессоре используется вращающееся рабочее колесо для всасывания всасываемого воздуха и его ускорения наружу за счет центробежной силы в диффузор.Он используется в небольших газовых турбинах и лучше всего подходит для низких отношений давления, когда общий диаметр двигателя не важен.

        Рис. 2: Центробежный компрессор

      3. Осевой компрессор:
      4. Состоит из вращающихся лопаток и неподвижных лопаток. Воздух сжимается, поскольку он течет вдоль вала в осевом направлении. Это обеспечивает большую эффективность и более высокие отношения давления за счет многоступенчатой ​​конструкции. Стадия сжатия состоит из одного ряда вращающихся лопаток, за которым следует ряд неподвижных лопаток.Это наиболее распространенный тип компрессора, используемый в судовых газотурбинных двигателях.

        Рис. 3: Компрессор с осевым потоком

      5. Остановка компрессора:
      6. Остановка или помпаж определяется как прерывание потока воздуха через компрессор. Заглох на работающем двигателе может вызвать серьезное повреждение двигателя из-за чрезмерных вибраций и перегрева секции камеры сгорания. Чтобы предотвратить остановку компрессора, двигатели оснащены выпускными клапанами компрессора или лопатками компрессора с изменяемой геометрией.Выпускные клапаны выпускают воздух из компрессора во время запуска, а регулируемые лопатки компрессора регулируют воздушный поток, чтобы избежать турбулентности, что предотвращает остановку компрессора.
    2. Камеры сгорания:
    3. Камера сгорания смешивает сжатый воздух с топливом и сжигает смесь с образованием горячего расширяющегося газа. Есть три основных типа камер сгорания.
      1. Емкость:
      2. Отдельные баллончики горелок устанавливаются по периферии двигателя. Каждая канистра представляет собой отдельную камеру сгорания и футеровку, получающую собственное топливо.
        1. Преимущество: простая замена
        2. Недостатки — неэффективность, более слабая конструкция

        Рис. 4: Камера сгорания баночного типа

      3. Кольцевой:
      4. Одна большая камера сгорания в корпусе двигателя. Множественные топливные форсунки образуют сплошное «огненное кольцо». Этот тип используется на LM2500.
        1. Преимущества: Самая эффективная, самая прочная рама двигателя.
        2. Недостаток: для ремонта или замены требуется полная разборка двигателя.

        Рис. 5: Кольцевая камера сгорания

      5. Кольцевой баллончик:
      6. В этом гибридном типе используется несколько отдельных баллонов с отдельными топливными форсунками, через которые воздух поступает из общего кольцевого корпуса (Allison 501-K17).
        1. Преимущества: Прочность, простота замены.
        2. Недостаток: менее эффективен, чем кольцевая камера сгорания.

      Рис. 6: Консольная кольцевая камера сгорания

    4. Турбина:

      1. Энергия:
      2. Тепловая энергия горячих расширяющихся газов камеры сгорания преобразуется в механическую энергию путем вращения колеса турбины.
      3. Конструкция:
      4. Состоит из неподвижных лопаток (сопел) и вращающихся лопаток. Ступень турбины — это один ряд сопел и один ряд лопаток.
    5. Узел привода вспомогательных агрегатов:
    6. Узел привода вспомогательных агрегатов приводится в движение компрессором через конические шестерни. Вспомогательный привод используется для привода компонентов, чтобы сделать двигатель самодостаточным. Общие аксессуары включают такие компоненты, как насосы для смазочного масла двигателя и топливного масла.
    7. Двигатели:
      1. Два основных типа, используемых в ВМС США:
        1. Одновальный двигатель:
        2. Одновальный двигатель имеет один вал, который проходит по всему двигателю.На этом валу установлены все вращающиеся части двигателя. Продолжение того же вала, коробка отбора мощности, приводит в движение нагрузку. В основном этот тип двигателя используется там, где требуется постоянная скорость, например, для выработки электроэнергии. Для этого используется двигатель Allison 501-K17.

          Рис. 7: Ротор турбины

        3. Двигатель с разъемным валом:
        4. Двигатель разделен на две основные секции: газогенератор и секцию силовой турбины. Секция газогенератора состоит из компрессора, камеры сгорания и турбины высокого давления (ВД).Назначение газогенератора — производить горячий расширяющийся газ для использования в силовой турбине. Силовая турбина аэродинамически связана с газогенератором, но два вала механически не связаны. Силовая турбина преобразует тепловую энергию газогенератора в механическую энергию для привода нагрузки.
          1. Выходная скорость изменяется путем управления скоростью газогенератора, который определяет количество выхлопных газов, отправляемых в силовую турбину.
          2. Газотурбинные двигатели с разъемным валом, такие как LM2500, подходят для основных силовых установок.Преимущества в этом приложении:
            1. Газогенератор более чувствителен к требованиям нагрузки, поскольку работа компрессора не ограничивается нагрузкой на силовую турбину.
            2. Секция газогенератора и секция силовой турбины работают почти со своими наиболее эффективными скоростями во всем диапазоне требований нагрузки.
      2. Система воздухозаборника газовой турбины:

        1. Узел высокого давления:

          1. Конструкция:
          2. Наружная конструкция, которая поддерживает сепараторы влаги и вмещает дверцы для обдува .
          3. Влагоотделители (жалюзи и сетчатые экраны):
          4. Влагоотделители удаляют капли воды и грязь из всасываемого воздуха, чтобы предотвратить эрозию компонентов компрессора. Электрические ленточные нагреватели предотвращают образование льда на жалюзи.
          5. Двери продувки:
          6. Двери продувки установлены для предотвращения недостатка воздуха в двигателе при загрязнении влагоотделителей.
            1. Эти двери открываются автоматически при увеличении перепада давления воздуха на влагоотделителях.
            2. В открытом состоянии всасываемый воздух обходит забитые влагоотделители и подает нефильтрованный воздух в двигатель, чтобы предотвратить воздушное голодание двигателя.

          Рис.8: Сборка High Hat

        2. Впускной канал:

          1. Назначение:
          2. Впускной канал подает воздух для горения для двигателя и охлаждающий воздух для модуля.
          3. Система охлаждения модуля:
          4. Система охлаждения модуля направляет часть всасываемого воздуха в кожух двигателя для вентиляции модуля и внешнего охлаждения двигателя.Охлаждающий воздух модуля кружится вокруг двигателя, отводя тепло и вентилируя модуль, прежде чем выйти через небольшой воздушный зазор вокруг заднего конца силовой турбины. Выхлоп работающего двигателя вызывает эффект эдуктора, втягивающий охлаждающий воздух модуля в выхлопной канал.

          Рис.9: Воздухозаборник GTM

        3. Коллектор для защиты от обледенения:

          1. Назначение:
          2. Коллектор для защиты от обледенения предназначен для нагнетания горячего отбираемого воздуха во впускной ствол под воздуховодом охлаждения модуля для предотвращения образования льда.
          3. Обледенение:
          4. Обледенение может возникнуть во впускном канале, когда температура наружного воздуха упадет до 38 o F. Сигнализация обледенения загорится при 41 o F с влажностью 70%, чтобы предупредить оператора об образовании льда во впуске.
          5. Последствия:
          6. Обледенение на входе компрессора может ограничить воздушный поток, вызывая остановку двигателя, а также представляет опасность серьезного повреждения двигателя посторонними предметами.
          7. Датчики:
          8. Датчик обледенения, расположенный во впускной камере, генерирует аварийный сигнал, предупреждающий оператора о возможности образования льда в воздухозаборнике.
          9. Контроль:
          10. Воздушная система защиты от обледенения активируется вручную с помощью часового стенда и контролируется для предотвращения образования льда.
        4. Глушители:

          1. Местоположение:
          2. Глушители на впуске расположены на полпути вниз по воздуховоду для снижения шума в воздухе.
          3. Конструкция:
          4. Глушители состоят из вертикальных лопаток из звукопоглощающего материала, заключенных в перфорированные листы из нержавеющей стали.
          5. Канал охлаждающего воздуха модуля:
          6. Канал охлаждающего воздуха модуля содержит один глушитель в форме пули, чтобы заглушить шум, создаваемый охлаждающим воздухом.
        5. Компенсатор
        6. : Компенсатор представляет собой резиновый чехол, соединяющий впускной канал с впускной камерой модуля. Это предотвращает передачу шума модуля на корпус корабля.
      3. Узел (модуль) базового корпуса газовой турбины LM2500:

        1. Описание:
        2. Узел основного корпуса состоит из модуля корпуса (26 футов x 8 футов x 9 дюймов) на противоударном основании.
          1. Основание модуля:
          2. Основание представляет собой сварную стальную раму с двутавровой балкой с креплениями для крепления двигателя.
          3. Проникновения:
          4. Сервисные соединения проникают в основание для всех сервисов двигателя, таких как электричество, воздух, масло, топливо, CO 2 или Галон .
          5. Защита:
          6. Кожух термически и акустически изолирован, чтобы обеспечить двигателю контролируемую среду.
            1. Впускная камера: передняя часть модуля отделена от кожуха двигателя перегородкой. Впускная камера считается чистой секцией модуля.Экран FOD на входе газовой турбины устанавливается в этой области в передней части двигателя, чтобы предотвратить попадание крупных посторонних предметов в компрессор.
            2. Рис. 10: Узел модуля GTM

            3. Кожух двигателя: кожух содержит собственно двигатель и выпускной патрубок и принимает воздух из охлаждающего канала модуля. Доступ к двигателю осуществляется через боковую дверь и верхний люк.
        3. Система обнаружения и тушения пожара:
        4. Система обнаружения и тушения пожара обеспечивает автоматическую противопожарную защиту газотурбинного двигателя и модуля.

          Рис.11: Основание модуля в сборе

          1. Компоненты системы обнаружения пожара включают:

            1. Ультрафиолетовые датчики пламени, которые ищут пламя в зоне камеры сгорания.
            2. Датчики температуры, которые установлены на 400 o F для обнаружения возгораний вне зоны обзора УФ-детекторов.
            3. Ручная кнопка «ПОЖАР», которая может использоваться дежурным для активации пожарной системы.
          2. Компоненты системы пожаротушения включают:

            1. Банк первичного CO 2 баллона для быстрого затопления модуля.
            2. Банк вторичного CO 2 для поддержания инертной атмосферы в модуле, если это необходимо.
            3. A CO 2 Переключатель блокировки разблокировки, расположенный на пультах управления. Этот переключатель позволяет оператору остановить автоматический выпуск первичного CO 2 в модуль в случае ложной тревоги или присутствия персонала в модуле.
            4. Электронный сигнал пожарной остановки, используемый для остановки двигателя при обнаружении пожара ультрафиолетовыми датчиками пламени, переключателями температуры или ручной кнопкой пожарной сигнализации.Этот сигнал активирует последовательность остановки огня. Остановка огня инициирует следующие действия:
              1. «ПОЖАРНАЯ» сигнализация на пультах управления.
              2. Обеспечивает подачу топлива к двигателю.
              3. Останавливает вентилятор охлаждения модуля и закрывает вентиляционную заслонку.
              4. Выпускает CO 2 после 20-секундной задержки.

        Примечание по безопасности: входя в модуль, убедитесь, что система пожаротушения отключена, а на модуле и пультах управления размещены знаки, предупреждающие о том, что в модуле находится персонал.

        Примечание. Газовые печи с галонами.

      4. Система выхлопных каналов:

        1. Функция:
        2. Отводит выхлопные газы двигателя в атмосферу, снижая при этом тепло и шум выхлопа.
        3. Выхлопной коллектор:
        4. Выхлопной патрубок направляет выхлопные газы в воздухозаборник. Зазор между выпускным коленом и воздухозаборником корабля вызывает эффект эдуктора, втягивающий охлаждающий воздух модуля в воздухозаборник.
        5. Всасывающий воздуховод:
        6. Воздухозаборный воздуховод изолирован для контроля тепла и шума при выходе выхлопных газов в атмосферу.
        7. Глушитель:
        8. Глушитель пластинчатого типа расположен в центре воздуховода. Эти глушители такие же, как и во впускном воздуховоде, но стационарно смонтированы.
        9. Выхлопные патрубки:
        10. Вытяжные патрубки расположены на самом верхнем конце вытяжного канала. Выхлопные эжекторы охлаждают выхлопные газы, смешиваясь с холодным окружающим воздухом, чтобы уменьшить инфракрасную сигнатуру корабля.
        11. Система подавления инфракрасного излучения пограничным слоем (BLISS):
        12. Колпачки Bliss устанавливаются в верхней части каждой смесительной трубы для дальнейшего охлаждения отработанного воздуха путем смешивания его со слоями окружающего воздуха. Это достигается за счет использования нескольких жалюзи, расположенных под углом для создания эдукторного эффекта. Это позволяет холодному окружающему воздуху смешиваться с горячими выхлопными газами.

        Рис.12: Выхлопная система GTM

      5. Система промывки водой:

        1. Назначение:
        2. Используется для удаления отложений грязи и соли с лопастей компрессора.
        3. Компоненты:
        4. Состоит из бака емкостью 40 галлонов и стационарного трубопровода для направления водного промывочного раствора на вход компрессора.
        5. Порядок действий:
        6. В соответствии с PMS компрессор необходимо промыть для поддержания эффективности и предотвращения остановок компрессора.

        Рис.13: Система промывки водой

      6. Отводимый воздух:

        1. Источники:
        2. Отводимый воздух потребителем отбирается из последней ступени компрессора на газотурбинных генераторах (ГТГ) и магистрали газовой турбины (ГТМ)
        3. Пользователи отбираемого воздуха: (СПАМ):
          1. Пуск или приведение в действие других газовых турбин.
          2. Воздух прерий для маскировки шума гребного винта.
          3. Воздух для предотвращения обледенения воздухозаборника.
          4. Маскирующий воздух для маскировки шума корпуса главной силовой установки.

        Рис.14: Основные вращающиеся детали LM2500

      7. Газотурбинный двигатель LM2500 в сборе:

        1. Компоненты газогенератора:

          1. Секция компрессора:
          2. LM2500 имеет 16-ступенчатый компрессор осевого потока, состоящий из следующих компонентов:
              Ротор компрессора: 16 ступеней подвижных лопаток, приводимых в движение турбиной высокого давления.
            1. Статор компрессора: корпус компрессора, содержащий одну ступень входных направляющих лопаток (IGV), шесть ступеней регулируемых лопаток статора (VSV) и 10 ступеней неподвижных лопаток статора.
              1. IGV и лопатки статора 1-6 являются переменными, то есть имеют изменяемую геометрию. Угол атаки лопастей можно изменить, чтобы предотвратить остановку компрессора.
              2. Отборный воздух отбирается из компрессора для использования в судовой системе отбираемого воздуха и для внутреннего использования в двигателе.
          3. Камера сгорания:

            1. Камера сгорания кольцевого типа с 30 топливными форсунками и 2 искровыми воспламенителями.
            2. Около 30% воздуха из компрессора смешивается с топливом для поддержания горения. Остальные 70% используются для охлаждения и центрирования пламени внутри гильзы сгорания.
            3. Система зажигания создает искру высокой интенсивности для воспламенения топливно-воздушной смеси во время запуска. После запуска двигателя воспламенители больше не нужны и будут обесточены.
          4. Секция турбины высокого давления:

            1. Турбина высокого давления извлекает достаточно энергии из горячих расширяющихся газов для привода компрессора и вспомогательного привода.
            2. Турбина высокого давления представляет собой двухступенчатую турбину с осевым потоком, которая механически связана с ротором компрессора.
            3. Турбина высокого давления использует примерно 65% тепловой энергии камеры сгорания для привода компрессора и дополнительных устройств, установленных на двигателе.
          5. Дополнительный привод в сборе:

            1. Приводится через вал ротора компрессора через впускной редуктор, радиальный приводной вал и раздаточную коробку.
            2. Дополнительный редуктор обеспечивает монтаж топливного насоса, насоса смазочного масла, маслоотделителя и пневматического стартера.
        2. Силовая турбина:

          1. Конструкция:
          2. Силовая турбина представляет собой шестиступенчатую турбину осевого типа. Силовая турбина забирает оставшиеся 35% полезной энергии и использует ее для привода главного редуктора. Силовая турбина приводит в движение редуктор через высокоскоростной гибкий вал муфты и муфту в сборе.Гибкая высокоскоростная муфта компенсирует радиальное и осевое смещение между GTM и главным редуктором.

        Рис. 15: Вид компонентов LM2500

        Паровая турбина

        — Принцип работы и типы паровой турбины

        ЧТО ТАКОЕ ПАРОВАЯ ТУРБИНА?

        Паровая турбина — это один из видов тепловых машин, в которых тепловая энергия пара преобразуется в механическую работу. Конструкция паровой турбины очень проста.К турбине не прикреплены шток поршня, маховик или золотниковые клапаны, поэтому ее обслуживание довольно простое: она состоит из ротора и набора вращающихся лопастей, которые прикреплены к валу, а вал расположен в середине ротора. Электрический генератор, известный как паротурбинный генератор, подключен к валу ротора. Турбинный генератор собирает механическую энергию с вала и преобразует ее в электрическую. Паровой турбогенератор также повышает КПД турбины.


        ИСТОРИЯ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ

        Первая паровая турбина была изобретена греческим математиком Героем Александрийским около 120 г. до н.э. и была поршневого типа.Современная паровая турбина была изготовлена ​​сэром Чарльзом Парсонсом в 1884 году, конструкция многократно менялась. Мощность турбины составляет от 0,75 кВт до 1000 МВт. Это широкий спектр применений, таких как насосы, компрессоры и т. Д. Современная паровая турбина также используется в качестве первичного двигателя на большой тепловой электростанции.

        ПРИНЦИП РАБОТЫ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ

        Принцип работы паровой турбины зависит от динамического воздействия пара. Высокоскоростной пар выходит из сопел и ударяет по вращающимся лопастям, установленным на диске, установленном на валу.Этот высокоскоростной пар создает динамическое давление на лопасти, при котором лопасти и вал начинают вращаться в одном направлении. Как правило, в паровой турбине энергия давления пара отбирается, а затем преобразуется в кинетическую энергию, позволяя пару проходить через Форсунки. Преобразование кинетической энергии выполняет механическую работу с лопастями ротора, и ротор соединен с паротурбинным генератором, который действует как посредник. Турбогенератор собирает механическую энергию от ротора и преобразует ее в электрическую.Поскольку конструкция паровой турбины проста, ее вибрация намного меньше, чем у другого двигателя при той же скорости вращения. Хотя для повышения скорости вращения турбины используются различные типы систем управления.


        ВИДЫ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ

        По принципу работы различают типов паровых турбин .

        ,

        1. По принципу работы паровые турбины в основном делятся на две категории:

        а) Импульсная турбина

        б).Реакционная паровая турбина

        ⇨Когда пар попадает на движущиеся лопасти через сопла, называемые импульсной турбиной, и когда он ударяет по движущимся лопастям под давлением через направляющий механизм, называемый реакционной турбиной.


      8. Ознакомьтесь с принципом работы импульсной и реактивной паровой турбины.

      9. Паровые турбины можно разделить на следующие категории:

        2. По направлению потока пара его можно разделить на две категории: —

        а).Паровая турбина с осевым потоком: —

        б) Паровая турбина с радиальным потоком: —

        ⇨ Когда поток пара внутри корпуса параллелен оси вала ротора, это называется паровой турбиной с осевым потоком и поток пара внутри корпуса расположена радиально к оси вала ротора и называется паровой турбиной с радиальным потоком.

        3. В соответствии с условиями выпуска пара, он далее делится на две категории: —

        a) Паровая турбина противодавления или без конденсации: —

        b) Паровая турбина конденсационного типа: —

        ⇨ при расширении пара он выпускается в атмосферу, называемую паровой турбиной с противодавлением, или паровой турбиной неконденсирующего типа, в противном случае он выпускается в конденсатор, называемый конденсационной турбиной.

        4. По давлению пара его можно разделить на следующие категории: —

        a) Паровая турбина высокого давления или с отводом, или с отбором пара: —

        b) Паровая турбина среднего или противодавления: —

        c) Турбина низкого давления: —

        ⇨ Пар высокого, среднего и низкого давления подается в турбину, называемую паровой турбиной высокого давления или паровой турбиной среднего давления, или паровой турбиной с противодавлением и паровой турбиной низкого давления. турбины используются для различных производственных и нагревательных процессов.

        5. По количеству ступеней ее можно разделить на следующие категории: —

        a) Одноступенчатая паровая турбина: —

        b) Многоступенчатая паровая турбина: —

        ⇨ Пар выходит из сопел при прохождении через единый набор движущихся лопастей, называемых одноступенчатой ​​паровой турбиной, и поток многоступенчатых движущихся лопаток, называемых многоступенчатой ​​паровой турбиной.

        6. По расположению лопастей и колес ее можно разделить на следующие категории: —

        a) Паровая турбина компаундирования под давлением

        b) Паровая турбина компаундирования по скорости

        c) Комбинированная паровая турбина с импульсной реакцией

        d) Паровая турбина с компаундированием по давлению и скорости

        РАЗНИЦА МЕЖДУ ПАРОВОЙ ТУРБИНОЙ И ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЕМ


        Паровая турбина Паровоз
        1) Преобразование тепловой энергии в механическую
        работу, нет потерь на трение.
        1) Высокие потери на трение для деталей, совершающих возвратно-поступательное движение.
        2) Баланс хороший. 2) Баланс не так хорош.
        3) Фундамент легкий. 3) Фундамент тяжелый.
        4) Он может работать на высокой скорости. 4) Он не может так сильно бежать.
        5) Смазка проста, трения нет
        части в наличии.
        5) Смазка не так уж и проста при трении части.
        6) Выработка электроэнергии равномерно. 6) Он не вырабатывает мощность равномерно.
        7) Расход пара меньше, чем у поршневого парового двигателя
        .
        7) Он потребляет больше пара, чем паровая турбина.
        8) Более компактный и требует меньше внимание. 8) Паровой двигатель требует большего внимания.
        9) Подходит для больших электростанций. 9) Не подходит для больших электростанций.
        10) Паровая турбина более эффективна чем паровой двигатель. 10) Паровоз не так уж и эффективен.

        ☛ Дополнительные вопросы Щелкните здесь
        Импульсная турбина

        : принцип работы, компоненты и типы

        Как правило, гидротурбины подразделяются на две группы в зависимости от того, как происходит обмен энергией между жидкостью и турбиной: импульсные турбины и реактивные турбины.Гидротурбины устанавливаются для преобразования потенциальной энергии и кинетической энергии потока воды в механическую работу.

        Импульсные турбины работают по изменению векторов скорости. Как правило, потенциальная энергия воды (или другой жидкости, например, пара), основанная на высоте водопада, преобразуется в кинетическую энергию одним или несколькими соплами, а затем вода ударяется о лопасти турбины с высокой скоростью, заставляя турбину вращаться. и, следовательно, вырабатывает электричество. Эти турбины больше подходят для извлечения энергии из условий высокого напора и низкого расхода.

        Принцип работы импульсной турбины

        В этих турбинах статическое давление внутри рабочего колеса постоянно, а рабочее колесо турбины находится под атмосферным давлением. Бегунок вращается в воздухе, и жидкость распыляется на лопасти через сопло для обмена энергией с турбиной. Струйное сопло или ряд сопел направляют высокоскоростной поток к лопастям, которые обычно имеют форму ведер или чашек. Следовательно, в форсунках происходит только изменение давления.

        Изогнутые лопасти используются для изменения скорости потока. Этот удар вызывает изменение импульса, и в соответствии с законом передачи энергии к лопаткам турбины прилагается сила. Согласно второму закону движения Ньютона сила, возникающая при движении жидкости, зависит от двух факторов: массы жидкости, поступающей в турбину, и изменений скорости жидкости между входом и выходом турбины. Поскольку изменение массы жидкости не происходит, при расчете силы, приложенной к рабочему колесу, учитываются только изменения скорости.

        Таким образом, в процессе выработки электроэнергии в импульсных турбинах реализуются следующие этапы.

        • Накопленная вода течет от источника вверх по потоку через напорный трубопровод и направляется к форсунке.
        • Потенциальная энергия воды внутри сопла преобразуется в кинетическую энергию и впрыскивается в лопасти или ведра; таким образом бегун вращается.
        • Имеется механизм контроля потока воды, нагнетаемой в бегунок. Копье обычно играет важную роль в этом процессе.
        • Генератор, прикрепленный к валу, преобразует механическую энергию в электрическую.

        Схема работы импульсной турбины (Ссылка: alternate-energy-tutorials.com )

        Импульсные турбины способны забирать всю кинетическую энергию из воды для обеспечения высокого КПД. Вода сбрасывается в атмосферу снизу корпуса турбины после достижения рабочего колеса; следовательно, внизу турбины нет всасывания.Здесь вы можете схематично увидеть, как импульсная турбина работает в процессе извлечения энергии из кинетической энергии воды, а также ее компонентов.

        Компоненты импульсной турбины

        Импульсные турбины состоят из следующих компонентов.

        Бегунок

        Бегунок состоит из круглого диска, к которому прикреплено несколько изогнутых лопастей, и цилиндрического вала в центре. Валы и бегуны обычно изготавливаются из нержавеющей стали.В случаях, когда напор меньше, бегунок изготавливается из чугуна.

        Ковши

        Ковши — это набор чашек в форме ложки, которые устанавливаются вокруг бегунка для обмена энергией между жидкостью и турбиной. Струя жидкости попадает в эти лопатки после выхода из сопла, заставляя турбину вращаться и выходить из внешнего края лопатки. Изменение направления жидкости во время выхода по сравнению с углом удара варьируется в зависимости от конструкции турбины.

        Чтобы получить наибольший импульс, этот угол должен составлять 180 градусов. Однако этот угол ограничен углами около 170 градусов из-за таких соображений, что поток на выходе из одного ковша не сталкивается со следующим ковшом и не вызывает его торможение. Ковши изготавливаются из нержавеющей стали или чугуна.

        Сопло

        Форсунка установлена ​​для регулировки и подачи струи жидкости на ковши. Как упоминалось ранее, это единственная часть узла импульсной турбины, в которой изменяется давление, а напор преобразуется в кинетическую энергию.Объем струи воды, попадающей в ведра, регулируется с помощью компонента, называемого копьем, который представляет собой коническую иглу, которая входит и выходит из сопла с помощью маховика или автоматически. При движении этой иглы назад поток воды увеличивается, а при движении вперед — уменьшается.
        Сопло обычно изготавливается из карбида вольфрама, который очень твердый и может выдерживать эрозионные частицы.

        Кожух

        Кожух импульсной турбины представляет собой экран над турбиной для предотвращения разбрызгивания воды, а также для направления ее к водосбросу, который существует для дополнительной воды для защиты структурной целостности плотины.Обычно для изготовления корпуса используется чугун.

        Подвес

        Напорные колодцы на гидроэлектростанциях — это трубы и каналы, по которым вода от плотин и водохранилищ поступает к турбинам. В основном они стальные. Вода течет по этим каналам под высоким давлением.

        На рисунке ниже показаны различные компоненты импульсных турбин и их расположение.

        Основные части импульсной турбины (Ссылка: Mechanicalbooster.com )

        Помимо основных компонентов, упомянутых выше, обычно используется механизм, предотвращающий вращение турбины.Когда водная струя прекращается, бегунок продолжает вращаться из-за эффектов инерции. В этих случаях, чтобы предотвратить это вращение, в заднюю часть ведер впрыскивается струя воды, которая называется разрушающей струей .

        Здесь вы можете схематично увидеть, как импульсная турбина работает в процессе извлечения энергии из кинетической энергии воды, а также ее компонентов.

        Типы импульсных турбин

        Гидравлические турбины, которые в основном используются на гидроэлектростанциях:

        Пелтон

        Турбина Пелтона состоит из трех основных частей: сопла, рабочего колеса и дефлектора.

        Эта турбина используется для больших высот капель воды. Напор воды преобразуется в высокоскоростной поток одной или несколькими форсунками (до 6). Расход воды и, следовательно, мощность турбины регулируются копьем, регулируя количество потока воды.

        Ряд ковшей установлен симметрично вокруг цилиндрического рабочего колеса турбины. Благодаря особой форме этих ведер струя воды попадает в центр ведра (разделителя) и выходит с обеих сторон.Этот выход такой, что выходящая из ведра вода не попадает в следующее и не приводит к торможению. Ось турбинного колеса может располагаться горизонтально или вертикально. При больших мощностях и большем количестве форсунок вал всегда вертикальный, а генератор устанавливается над турбиной.

        Дефлектор расположен между рабочим колесом и соплом, и его задача заключается в предотвращении разбрызгивания воды из сопла на ковши, когда с турбины внезапно снимается нагрузка и увеличивается ее скорость вращения.Затем постепенно с помощью копья поток воды прекращается. Также стоит упомянуть, что из-за возможности возникновения явления гидравлического удара скорость воды в форсунке не может быть быстро уменьшена, а выпуск может быть отключен.

        На следующем рисунке показана схема турбины Пелтона и других компонентов, связанных с работой.

        Схематический вид турбины Пелтона (Ссылка: image.slidesharecdn.com )

        Вот некоторые другие гидравлические и физические характеристики:

        • Используется для напоров от 20 метров до сотен метров и разгрузки от 5 до 1000 литров в секунду.
        • Установка турбины
        • Pelton обычно проще, чем реакционная турбина, такая как Kaplan, с аналогичной мощностью, поскольку требования к трубопроводам невелики из-за относительно низких расходов.
        • Из-за работу турбины ковшовой при высоких давлениях воды, оборудование, необходимое для Пенсток в этих турбинах является сложным и дорогостоящим.
        • Турбины
        • Pelton могут достигать КПД до 95%; Максимальный КПД 90% достигается на гидроэлектростанциях микромасштабирования.

        Чтобы узнать больше об истории и гидродинамических принципах работы турбины Пелтона, посетите здесь.

        Турго

        Турбина Turgo — другой тип импульсной турбины, которая работает аналогично Pelton; разница в том, что в этих турбинах струя воды попадает в ковши под наклоном (около 20 градусов). Из-за сложной формы ковшей их сложнее изготовить. Турбина Турго имеет более высокую удельную скорость, чем турбина Пелтона. Преимущество заключается в наличии большего жиклера и меньшего размера машины по сравнению с Pelton при равной мощности. Этот тип импульсной турбины используется на малых гидроэлектростанциях.

        Вы можете увидеть вид турбины Turgo и положение сопла относительно лопаток на рисунке ниже.

        Турбина

        Turgo (Ссылка: image.slidesharecdn.com )

        Некоторые другие физические характеристики перечислены здесь:

        • Они могут иметь более высокий расход, чем турбины Пелтона того же физического размера.
        • Они подходят для высоких частот вращения.

        Подробнее о турбине Turgo можно узнать из этого видео.

        Подробнее о воздухозаборной трубе Linquip

        : краткое руководство по типам, функциям и эффективности

        Поперечный поток

        Эта турбина представляет собой модифицированный тип импульсной турбины, используемой на малых гидроэлектростанциях. Как и другие типы импульсных турбин, ротор вращается в воздухе и не полностью погружен в воду, как реакционная турбина. Одним из значительных преимуществ и особенностей этой турбины является то, что она может работать в широком диапазоне расхода, напора и, следовательно, мощности.Кроме того, он может хорошо адаптироваться к изменениям расхода при сохранении эффективности. Специальная система управления может регулировать активную часть турбины в зависимости от расхода воды.

        Различные части этой турбины показаны на следующем рисунке. Бегунок имеет форму барабана. В случаях, когда голова низка, бегун длинный, и наоборот, чем выше голова, тем короче бегун. Вода поступает в турбину после прохождения через впускной адаптер и направляющие лопатки, которые играют направляющую роль, направляя поток на ротор под подходящим углом для достижения максимальной эффективности.Вода покидает турбину через выпускной патрубок после двойного прохождения через бегунок; он сначала течет по верхним лопастям ротора, а затем возвращается через центр ротора и нижние лопасти, создавая крутящий момент в обоих процессах. Вот почему эти турбины получили название Cross-flow. Наконец, поток покидает ротор через отсасывающую трубу. Вода может попадать в желоб горизонтально или вертикально. Количество лопастей от 10 до 34.

        Поперечно-поточная турбина (Ссылка: , возобновляемые источники энергии, первый.co.uk )

        Некоторые другие гидравлические и физические характеристики:

        • Эта турбина может использоваться для напора от 2 до 200 метров и расхода от 20 до 2000 литров в секунду.
        • Диапазон мощности этих турбин для гидроустановок с типовой выходной мощностью составляет от 5 кВт до 100 кВт, а в крупных системах может достигать 3 МВт.
        • Они просты в изготовлении и практически не требуют обслуживания.

        Более подробную информацию о турбинах с перекрестным потоком можно найти здесь.

        Принципы работы газовых и воздушных потоков в турбинных двигателях

        Во время Второй мировой войны и вскоре после этого поршневые самолеты достигли пика по мощности, характеристикам и сложности. Мощность больших многорядных радиальных двигателей увеличилась до 4000 л.с. Только чтобы быть побежденным реактивным самолетом, который был разработан (среди прочего) немецким доктором Хансом фон Охайном и отдельно в Великобритании сэром Фрэнком Уиттлом. Его принципы основаны на «Эолипиле» древнегреческого ученого Героя и других великих мыслителей, таких как Леонардо да Винчи, и законах Исаака Ньютона.

        По сравнению с поршнем, газовая турбина состоит из меньшего количества деталей, а движущиеся части вращаются только в одном направлении без остановки и ускорения, как обычно делают поршни в двигателе. Таким образом, работающая газовая турбина в основном не подвержена вибрациям, которые обычно встречаются в поршневых моделях, что означает гораздо более длительный срок службы (TBO) и более высокую надежность.

        Но поршневые двигатели этого класса мощности (более 4000 л.с.) настолько сложны, что единственный выход — продолжить разработку газовой турбины, несмотря на все трудности на этом пути.Он также способен извлекать больше энергии из заданного количества топлива, чем поршневой двигатель.



        Принцип действия

        Газовые турбины работают почти по тому же принципу, что и поршневые двигатели Aero. Они всасывают воздух, сжимают его, распыляют топливо в горячем сжатом воздухе, который испаряется, воспламеняется и затем непрерывно горит (в отличие от поршня), горячий выхлоп быстро расширяется и находится в камерах сгорания, приводящих в движение турбину, которая, в свою очередь, вращает компрессор. .

        Упор

        Когда горячий выхлоп, наконец, покидает двигатель, он все еще содержит достаточно кинетической энергии для создания прямой тяги (Ньютон), толкающей самолет вперед на высоких скоростях. Внутри двигателя только небольшая часть всасываемого воздуха используется для сгорания топлива, остальная часть используется для охлаждения и других применений, таких как наддув кабины и кондиционирование воздуха.

        Энергетика

        Таким образом, процесс сгорания топлива проходит почти в той же последовательности, что и в поршневом двигателе, с той разницей, что мощность вырабатывается непрерывно, а в поршневом — прерывисто.
        И поршневой, и реактивный самолет работают с воздухом для его ускорения, поршневой или турбовинтовой с пропеллером, который дает небольшое ускорение большому количеству воздуха, а чистая струя дает большое ускорение небольшому количеству воздуха.

        Постоянное давление

        В газовой турбине сгорание происходит при почти постоянном давлении с увеличением объема, в то время как высокие пиковые давления, характерные для поршневых двигателей, избегаются. Возможность использования низкооктанового топлива. Становится возможным использовать менее прочные компоненты, но для обеспечения длительного срока службы компонентов двигателя используются специальные сплавы, способные выдерживать более высокие температуры газа.

        Рабочий цикл

        Для того, чтобы газотурбинный двигатель произвел любую мощность, воздух сжимается, увеличивая его энергию давления, а затем за счет сжигания топлива добавляется тепловая энергия. Цикл, в котором это происходит, называется циклом Брайтона. Назван в честь Джорджа Брайтона, который проводил анализ работы паровых двигателей в Соединенных Штатах еще в предыдущие столетия.

        Бойл и Чарльз Лоуз

        Во время рабочего цикла турбины воздушная масса впитывает и отдает тепло, вызывая изменения давления, температуры и скорости этой воздушной массы.Эти изменения соответствуют законам Бойля и Чарльза: и этот закон гласит, что произведение давления и объема воздушной массы пропорционально абсолютной температуре воздуха: P × V = T .

        Выше сказано, что когда масса воздуха нагревается и остывает, это приводит к изменениям давления, скорости и температуры этой массы воздуха. Поскольку тепло является формой энергии, колебания температуры дают представление о работе, выполняемой в двигателе. И это будет происходить в трех основных областях газотурбинного двигателя:

        • Сжатие, выполняется работа по сжатию воздуха, которая увеличивает его температуру и уменьшает его объем
        • Сгорание, топливо добавляется и сжигается, таким образом добавляется тепло, поэтому температура и объем повышаются, а давление немного падает
        • Расширение, турбины извлекают энергию из газового потока, что снижает температуру и давление

        Поскольку массовый расход воздуха является непрерывным, объем газа изменяется только при изменении скорости газа.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *