Турбины принцип действия: Принцип работы турбокомпрессора | Cummins Russia and CIS

Содержание

Принцип работы турбокомпрессора | Cummins Russia and CIS

 

Смотрите видеоролики и анимационные фильмы на канале YouTube Cummins Turbo Technologies, в которых показано, как работает турбонагнетатель.

Важные моменты работы дизельных двигателей

Основное предназначение двигателя – сжигание топливовоздушной смеси с последующим преобразованием полученного тепла в механическую энергию. Механическая энергия используется для совершения возвратно-поступательного движения поршней, которое, в свою очередь, преобразуется во вращательное движение колес автомобиля. Чем больше получено механической энергии, тем выше мощность. Одно из важных отличий дизельных двигателей с турбонаддувом от традиционных безнаддувных двигателей заключается в том, что воздух в дизельном двигателе находится в сжатом состоянии еще до подачи топлива. Именно поэтому турбонагнетатель так важен для обеспечения выходной мощности и КПД дизельного двигателя. Сжимать воздух, поступающий в цилиндры двигателя, – работа турбонагнетателя.

После сжатия воздуха молекулы кислорода располагаются компактнее. Это означает, что по сравнению с безнаддувным двигателем, в двигатель с турбонаддувом того же объема можно впрыскивать больше топлива, что приводит к повышению механической мощности и общего КПД двигателя. Поэтому при заданной мощности двигателя габариты двигателя с турбонаддувом меньше, чем у безнаддувного двигателя. Это способствует применению более компактной конструкции, снижению веса и общему повышению топливной экономичности. Хотя концепция турбонаддува относительно проста, турбонагнетатель играет важную роль в работе дизельного двигателя, поэтому для него требуются высокотехнологичные узлы и детали. Благодаря нашему богатому опыту в области технологий турбонаддува и знанию двигателей, мы производим и выпускаем турбонагнетатели мирового уровня, известные своей долговечностью, высоким уровнем безопасности и надежностью, которые необходимы для современных двигателей.

Принцип работы турбонагнетателя

Турбонагнетатель состоит из двух основных частей: турбины и компрессора. Турбина состоит из рабочего колеса (1) и корпуса (2). Среди прочего, назначение корпуса турбины – направлять отработавшие газы (3) на рабочее колесо турбины. Отработавшие газы приводят во вращение рабочее колесо, после чего покидают корпус турбины через зону выхода отработавших газов (4).

(1) Рабочее колесо турбины
(2) Корпус турбины
(3) Отработавшие газы
(4) Зона выхода отработавших газов
(5) Рабочее колесо компрессора
(6) Корпус компрессора
(7) Кованый стальной вал
(8) Сжатый воздух

Компрессор состоит из двух частей: рабочего колеса (5) и корпуса (6). Принцип работы компрессора противоположен принципу работы турбины. Рабочее колесо компрессора соединено с турбиной кованым стальным валом (7) и при вращении турбины на высоких оборотах захватывает и сжимает воздух. Затем в ходе процесса под названием «диффузия» в корпусе компрессора поток воздуха, имеющий низкое давление и высокую скорость, преобразуется в поток воздуха с высоким давлением и низкой скоростью.

После этого сжатый воздух (8) подается в двигатель, что позволяет сжигать в двигателе больше топлива и вырабатывать больше мощности.

Устройство и принцип действия турбокомпрессора авто

Устройство и принцип действия турбокомпрессора направлены на увеличение давления топлива в коллекторе впуска для обеспечения максимального поступление кислорода в камеру, где происходит сгорание. Основное назначение турбины – значительное увеличение мощности двигателя. Даже увеличение давления на 1 атмосферу в коллекторе приводит к попаданию в двигатель двойной порции кислорода. Это позволяет даже небольшому двигателю отдавать такую мощность, как вдвое больший его аналог, но не оснащенный турбонаддувом.


Турбонаддув – принцип работы

Рассмотрим, принцип работы турбины на авто. Поток выхлопных газов поступает из выпускного коллектора в горячую часть турбины, там воздействует на лопасти крыльчатки, приводя ее в движение вместе с валом. На нем закреплена также крыльчатка компрессора, расположенного в холодном отсеке турбины. Она при вращении повышает давление в системе впуска, обеспечивая увеличенное поступление в камеру сжигания топлива и воздуха.

Устройство турбины автомобиля не сложное, она состоит из:
  • Улитки компрессора, которая всасывает воздух, а затем нагнетает его в коллектор впуска;
  • Улитки, расположенной в горячей части – здесь выхлопные газы заставляют вращать турбину, после чего выбрасываются в систему отработанных газов на выход;
  • Крыльчатки компрессора, а также ее аналога в горячей части;
  • Шарикоподшипникового картриджа;
  • Корпуса, соединяющего улитки, имеющего систему охлаждения и системы подшипников.

Во время работы устройство подвергается значительным термодинамическим нагрузкам. Попадающие в турбину выхлопные газы достигают температуры 900°С, из-за чего ее корпус делают чугунным, причем для отливки используется особая технология.

Обороты турбинного вала могут достигать показателя 200 000 об/мин, поэтому в конструкцию устанавливают высокоточные детали, которые тщательно подгоняют и затем балансируют. Также для турбины предъявляются высокие требования к смазочным материалам. Отдельные турбонагнетатели оборудованы так, что система смазки является одновременно охлаждением узла подшипников.


Система охлаждения и устройство турбокомпрессора автомобиля

Охлаждающая система турбокомпрессоров необходима для улучшения передачи тепла от его механизмов и частей. Наиболее распространенные варианты охлаждения деталей — масляный способ и комплексное охлаждение антифризом и маслом. Оба типа имеют свои преимущества, но не лишены и недостатков.

Охлаждение маслом

Достоинства:
  • Простая конструкция;
  • Удешевление турбокомпрессора.
Недостатки:
  • Меньшая эффективность в сравнении с системой, где выполняется использование антифриза с маслом;

    Высокая требовательность к составу масла;
  • Необходимость часто его менять;
  • Требовательность к контролированию температурного режима.

Изначально устройство турбокомпрессора имело только масляное охлаждение, которое быстро достигало высоких температур, проходя через подшипники. Такое масло начинает сразу закипать, возникает эффект коксования, из-за которого забиваются каналы, существенно ограничивая доступ охлаждения и смазки к подшипникам.


В результате подшипники изнашиваются, их заклинивает, необходим дорогостоящий ремонт. У такой неполадки имеется несколько причин:
  • Некачественное или не то, которое рекомендовано для двигателя масло;
  • Превышение сроков замены масла;
  • Неисправности смазочной системы двигателя автомобиля.

Комплексное охлаждение турбины антифризом и маслом

Преимуществом этого варианта становится большая эффективность получаемого охлаждения. Существенный недостаток – усложнение конструкции турбонагнетателей, что повышает их стоимость.

Устройство турбонаддува в варианте охлаждения турбин антифризом и маслом более сложное, поскольку в нем имеется отдельный масляный контур, а также система с охлаждающей жидкостью. Зато повышается эффективность работы, устраняются проблемы закипания масла.

Для такого турбонагнетателя масло служит, как и прежде, для охлаждения и смазки подшипников, а антифриз, подаваемый из общей цепи охлаждения двигателя, предотвращает перегрев и не дает закипать маслу. Из-за такой сложности увеличивается цена турбонагнетателя.

Что такое интеркулер на авто?

При работе горячей турбины воздух, нагнетаемый компрессором в ее корпусе, сильно сжимается, отчего происходит его нагрев. Это вызывает нежелательные последствия, поскольку при высокой температуре в воздухе меньше кислорода. Значит, эффективность наддува также снижается. Для борьбы с подобным явлением начали, используя рекомендации ученых, устанавливать в турбину интеркулер – вспомогательный охладитель воздуха.

Конструкторы устройства отмечают, что нагрев воздуха далеко не единственная задача, которую им приходится решать при проектировании турбины. Насущной проблемой также становится ее инерционность – задержка реакции двигателя на открытие в коллекторе дроссельной заслонки.

Турбина максимально эффективна, когда достигаются определенные обороты вращения коленчатого вала. Среди автолюбителей даже распространено мнение, что турбонаддув включается только тогда, когда скорость автомобиля достигает определенного значения. Хотя турбина работает постоянно, а значение числа оборотов, при которых ее действие наиболее эффективно, для каждого двигателя индивидуальное.

Отличия твин турбо и битурбо

Решая проблемы устройства турбин, конструкторами была разработана схема, в которой соединились нагнетатели двух компрессоров. Эта конструкция получила название twin-turbo.


Твинтурбо – это система, в которой несколько одинаковых турбин соединены параллельно. Их задача – повысить давление и объем поступающего воздуха. Система управления включает твин-турбо в момент, когда необходимо получить на повышенных оборотах максимальную мощность.

Подобный компрессор реализован в прославленном японском авто бренда Nissan, который получил имя Skyline Gt-R.

В нем установлен мотор rb26-dett. Аналогичная система, однако, оснащенная одинаковыми небольшими турбинами позволяет получить заметный прирост мощности даже при малых оборотах, при этом поддерживать турбонаддув постоянно.

Последовательное соединение разных турбин получило название «битурбо».

Конструкция сделана так, что при невысоких оборотах функционирует лишь маленькая турбина, которая обеспечивает «отзывчивость» при плавно изменяемой скорости. Если обороты резко возрастают, включается «крупная» турбина». Это позволяет машине получить значительный прирост производительности, причем в любом диапазоне функционирования двигателя. Подобная система реализована в моделях BMW biturbo, тюнинг которых вызывает восхищение.



Инновационные разработки

В числе современных разработок, уже радующих автовладельцев, турбина VGT, у которой лопатки крыльчатки изменяют свой угол наклона, направляя ее в сторону, куда направлены выхлопные газы.


Когда обороты двигателя небольшие, становится более узким пропускное сечение выхода в турбину выхлопных газов, поэтому «выхлоп» получается более быстрым. Чаще эту систему применяют для дизельных агрегатов, но есть разработки и для бензиновых двигателей.

Также к инновационным разработкам относится система twinscroll, где благодаря двойному контуру, по которому совершают обход выхлопные газы, получается, что их энергия вращает общий ротор с компрессором и крыльчаткой.

При этом имеется два варианта реализации:
  1. Выхлопные газы проходят одновременно оба контура и система функционирует как twinturbo.
  2. Второй тип работает наподобие схемы biturbo – имеется два контура, у которых разная геометрия. Когда обороты невысокие, выхлопные газы идут по краткому контуру, увеличивающему энергию и скорость благодаря небольшому диаметру. Если обороты повышаются, выхлопные газы поступают в контур, имеющий больший диаметр – при этом рабочее давление сохраняется во впускной системе и отсутствует запор для выхлопных газов. Распределение регулируют механические элементы — клапаны, переключающие потоки.

Сейчас  выпускают усовершенствованные турбины, поэтому их популярность возрастает все больше . Турбокомпрессоры перспективны как в плане форсирования моторов, так и потому, что повышают экономичность двигателя, чистоту его выхлопа.

Узнайте, как устроен принцип работы дизельной турбины!

Узнайте, как устроен принцип работы дизельной турбины!

Турбокомпрессор — это компрессор, или воздушный насос, который приводится в работу от турбины. Турбина вращается за счет использования энергии потока отработанных газов. Частота вращения турбокомпрессора дизельного двигателя находится в пределах от 1 000 до 130 000 об/мин (это значит, что лопатки турбины разгоняются почти до линейной скорости звука).

Турбина непосредственно соединяется с компрессором жесткой осью. Компрессор засасывает через воздушный фильтр свежий воздух, сжимает его и затем под давлением подает во впускной коллектор двигателя.
Чем больше воздуха подается в цилиндры, тем больше топлива может сгореть, а это повышает мощность двигателя.

Теоретически существует равновесие мощностей между турбиной и компрессором турбокомпрессора. Чем большую энергию имеют отработанные газы, тем быстрее будет вращаться турбина.
Как следствие, компрессор тоже будет вращаться быстрее.


1. Всасываемый воздух
2. Ротор компрессора
3. Сжатый воздух
4. Вход отработавших газы
5. Ротор турбины
6. Выход отработавших газов

Турбина

Турбина состоит из корпуса и ротора Отработанные газы из выпускного коллектора двигателя попадают в приемный патрубок турбокомпрессора. Проходя по сужающемуся внутреннему каналу корпуса турбины, они ускоряются, и минуя «улитку» направляются к ротору турбины, который приводят во вращение.

Скорость вращения турбины определяется размером и формой канала в ее корпусе.

Корпусы турбин значительно различаются в зависимости от сферы применения. Корпус турбины двигателя грузовика может быть разделен на два параллельных канала, поэтому на ротор воздействуют два потока отработанных газов.

В турбокомпрессоры с большим объемом часто устанавливают дополнительное кольцо с направляющими лопатками. Оно облегчает создание постоянного потока отработанных газов на роторе турбины и делает возможным регулировку потока.

Корпус турбины и ротор отливаются из сплава с высокой термостойкостью.

На оси жестко крепится ротор турбины. Материал оси отличается от материала, используемого для ротора турбины.
Сборка этого соединения осуществляется следующим способом:

  • Ось и ротор, вращающиеся в противоположных направлениях на очень большой скорости, прижимают друг к другу.
  • Выделяющееся при трении тепло сплавляет их друг с другом, образуя неразъемное соединение.
  • Ось в месте соединения пустотелая. Эта пустота затрудняет передачу тепла от ротора турбины к ее оси. На оси со стороны турбины имеется углубление, в котором располагается уплотнительное кольцо.
  • Рабочая поверхность радиальных подшипников упрочняется и полируется.
  • На более тонкий конец оси устанавливается ротор компрессора; там имеется резьба, на которую навинчивается предохранительная гайка для закрепления ротора.
  • После того, как ось изготовлена, она должна быть отбалансирована с максимально возможной точностью, прежде чем она будет установлена в корпус.
  • Компрессор

    Компрессор состоит из корпуса и ротора
    Размеры компрессора определяются количеством воздуха, требуемого для двигателя, и скоростью вращения турбины. Ротор компрессора жестко закреплен на оси турбины и, следовательно, вращается с той же скоростью, что и ротор турбины.

    Лопатки ротора компрессора, изготавливаемые из алюминия, имеют такую форму, что воздух засасывается через центр ротора. Всасываемый таким образом воздух направляется к периферии ротора и при помощи лопаток отбрасывается на стенку корпуса компрессора.
    Благодаря этому воздух сжимается и через впускной коллектор попадает в двигатель.
    Корпус компрессора также изготовлен из алюминия.

    Корпус подшипников

    Смазка турбокомпрессора производится от системы смазки двигателя:

  • Корпус оси образует центральную часть турбокомпрессора, расположенную между турбиной и компрессором
  • Ось вращается в подшипниках скольжения
  • Моторное масло по каналам проходит между корпусом и подшипниками, а также между подшипниками и осью
  • Примечание: В настоящее время появились конструкции, в которых подшипник неподвижен, а ось вращается в масляной ванне. В таких конструкциях масло не только служит для смазки оси, но и охлаждает подшипники с корпусом.

    Для уплотнения турбокомпрессора с двух сторон устанавливаются маслоотражательные прокладки и уплотнительные кольца. Но, несмотря на то, что эти кольца помогают избежать утечек масла, они в действительности не являются уплотнительными прокладками. Их нужно рассматривать как элемент, затрудняющий утечку воздуха и газов между турбиной, компрессором и корпусом оси.

    В обычном режиме работы турбокомпрессора давление в турбине и компрессоре больше давления в корпусе оси.
    Часть газов из турбины и часть воздуха, сжатого в компрессоре, попадают в корпус оси и вместе с моторным маслом по сливному маслопроводу проходят в масляный картер двигателя.

    Все масляные уплотнения динамического типа, т.е. работают на принципе разности давлений:

  • Уплотнительное кольцо вращается с той же скоростью, что и ось. Благодаря имеющимся в нем трем отверстиям создается противодавление маслу
  • Внутренняя часть корпуса оси на уровне кольца имеет сложную герметическую форму для предотвращения просачивания масла к компрессору
  • У нас новая услуга!

    Независимая экспертиза и дефектовка вышедших из строя турбокомпрессоров

    Подробности по телефону: 8-912-895-44-41

    Принцип работы турбины, как работает турбина на дизельном двигателе

    Если вам интересно, каков принцип работы турбины на дизельном двигателе, значит вы попали по адресу. О том, что такое дизельный турбокомпрессор и как он работает, вы узнаете в данной статье.

    Как работает турбина на дизеле? Как работает турбина в дизельном двигателе?

    Итак, турбокомпрессор — это небольшой воздушный насос, которых осуществляет работу всех элементов турбины. Как известно, турбина вращается с помощью особого тока, получаемого от собранных в процессе езды автомобиля газов. Учитывая тот факт, что скорость лопаток турбины разгоняются почти до скорости света, маневренность во время езды на автомобиле с турбиной значительно выше, чем в автомобилях без неё. Во время “зажигания”, турбина соединяется с жесткой осью и подает его в коллектор двигателя. Чем больше воздуха — тем выше мощность двигателя. Такие воздушные подушки позволяют сделать каждую поезду максимально комфортной, эффектной и маневренной. Именно эти причины вынуждают автолюбителей со всего мира покупать турбины высокого класса за доступную цену. Качество работы турбины на дизеле определяется уровнем всасываемого воздуха, уровнем сжатие этого воздуха, соотношении входа и выхода отработанных газов, мощность компрессора и турбины.

    Как проверить работает ли турбина на дизеле? Как проверить справность турбины?

    Турбина — штука непростая, но стоит всего лишь из корпуса и ротора. Газы, о которых мы говорили выше, попадают в специальных патрубок, проходят по небольшому каналу, ускоряются и приводят в движения лопатки турбокомпрессора. Как видите, принцип работы дизельного двигателя с турбиной заключается в скорости вращения турбины, благодаря переработанному воздуху. Что логично, скорость вращения лопаток напрямую зависит от размеров “улитки” турбины. К примеру, устройство грузовика может в несколько раз превышать размеры устройства легкового автомобиля, так как для полноценной работы турбины в большом агрегате, её корпус должен быть разделен на два отельных канала, которые поочередно перерабатывают воздух. Чтобы максимально облегчить давление воздушного потока, специалисты советуют устанавливать на турбине специальное кольцо. Компрессор, в свою очередь, производится из ротора и корпуса. Лопатки ротора, как правило, изготавливают из надежного алюминия, а форму имеют особую — улиточную. Это необходимо для того, чтобы воздух направлялся строго в центр ротора. Обычный режим работы турбокомпрессора включает в себя большое давление, которое регулярно сжимается. Важно знать, что все динамические прибора работают по принципу разности давлений.

    СТО “Центр Турбин” предлагает вашему вниманию услуги по установке, реставрации и ремонту автомобильных турбин. Все наши специалисты имеют колоссальные знания и стаж работы с автомобильными турбинами. Именно поэтому качество наших услуг находится на высоком уровне. Если вы не знаете, какая турбина подходит именно вам, обратите внимание на мобильный номер, указанный на нашем сайте. Наши консультанты с радостью помогут вам выбрать модель турбины, удовлетворяющую все ваши запросы.

    Что такое турбонаддув — ДРАЙВ

    Несомненно, каждый из нас хоть раз в жизни замечал на обычном с виду автомобиле шильдик «turbo». Производители, как нарочно, делают эти шильдики небольшого размера и размещают в неприметных местах так, что непосвящённый прохожий не заметит и пройдёт мимо. А понимающий человек непременно остановится и заинтересуется автомобилем. Ниже приводится рассказ о причинах такого поведения.

    Автомобильные конструкторы (с момента появления на свете этой профессии) постоянно озабочены проблемой повышения мощности моторов. Законы физики гласят, что мощность двигателя напрямую зависит от количества сжигаемого топлива за один рабочий цикл. Чем больше топлива мы сжигаем, тем больше мощность. И, скажем, захотелось нам увеличить «поголовье лошадей» под капотом — как это сделать? Тут-то нас и поджидают проблемы.

    Турбокомпрессор состоит из двух «улиток» — через одну проходят отработавшие газы, а вторая «качает» воздух в цилиндры.

    Дело в том, что для горения топлива необходим кислород. Так что в цилиндрах сгорает не топливо, а топливно-воздушная смесь. Мешать топливо с воздухом нужно не на глазок, а в определённом соотношении. К примеру, для бензиновых двигателей на одну часть топлива полагается 14–15 частей воздуха — в зависимости от режима работы, состава горючего и прочих факторов.

    Как мы видим, воздуха требуется весьма много. Если мы увеличим подачу топлива (это не проблема), нам также придётся значительно увеличить и подачу воздуха. Обычные двигатели засасывают его самостоятельно из-за разницы давлений в цилиндре и в атмосфере. Зависимость получается прямая — чем больше объём цилиндра, тем больше кислорода в него попадёт на каждом цикле. Так и поступали американцы, выпуская огромные двигатели с умопомрачительным расходом горючего. А есть ли способ загнать в тот же объём больше воздуха?

    Выхлопные газы из двигателя вращают ротор турбины, тот, в свою очередь, приводит в движение компрессор, который нагнетает сжатый воздух в цилиндры. Перед тем как это произойдёт, воздух проходит через интеркулер и охлаждается — так можно повысить его плотность.

    Есть, и впервые придумал его господин Готтлиб Вильгельм Даймлер (Gottlieb Wilhelm Daimler). Знакомая фамилия? Ещё бы, именно она используется в названии DaimlerChrysler. Так вот, этот немец весьма неплохо соображал в моторах и ещё в 1885 году придумал, как загнать в них больше воздуха. Он догадался закачивать воздух в цилиндры с помощью нагнетателя, представлявшего собой вентилятор (компрессор), который получал вращение непосредственно от вала двигателя и загонял в цилиндры сжатый воздух.

    Швейцарский инженер-изобретатель Альфред Бюхи (Alfred J. Büchi) пошёл ещё дальше. Он заведовал разработкой дизельных двигателей в компании Sulzer Brothers, и ему категорически не нравилось, что моторы были большими и тяжёлыми, а мощности развивали мало. Отнимать энергию у «движка», чтобы вращать приводной компрессор, ему также не хотелось. Поэтому в 1905 году господин Бюхи запатентовал первое в мире устройство нагнетания, которое использовало в качестве движителя энергию выхлопных газов. Проще говоря, он придумал турбонаддув.

    Идея умного швейцарца проста, как всё гениальное. Как ветра вращают крылья мельницы, также и отработавшие газы крутят колесо с лопатками. Разница только в том, что колесо это очень маленькое, а лопаток очень много. Колесо с лопатками называется ротором турбины и посажено на один вал с колесом компрессора. Так что условно турбонагнетатель можно разделить на две части — ротор и компрессор. Ротор получает вращение от выхлопных газов, а соединённый с ним компрессор, работая в качестве «вентилятора», нагнетает дополнительный воздух в цилиндры. Вся эта мудрёная конструкция и называется турбокомпрессор (от латинских слов turbo — вихрь и compressio — сжатие) или турбонагнетатель.

    Аналог турбонаддува — приводной нагнетатель — жёстко связан с двигателем и тратит на свою работу часть его мощности.

    В турбомоторе воздух, который попадает в цилиндры, часто приходится дополнительно охлаждать — тогда его давление можно будет сделать выше, загнав в цилиндр больше кислорода. Ведь сжать холодный воздух (уже в цилиндре ДВС) легче, чем горячий.

    Воздух, проходящий через турбину, нагревается от сжатия, а также от деталей турбонаддува, разогретого выхлопными газами. Подаваемый в двигатель воздух охлаждают при помощи так называемого интеркулера (промежуточный охладитель). Это радиатор, установленный на пути воздуха от компрессора к цилиндрам мотора. Проходя через него, он отдаёт своё тепло атмосфере. А холодный воздух более плотный — значит, его можно загнать в цилиндр ещё больше.

    А вот так выглядит интеркулер.

    Чем больше выхлопных газов попадает в турбину, тем быстрее она вращается и тем больше дополнительного воздуха поступает в цилиндры, тем выше мощность. Эффективность этого решения по сравнению, например, с приводным нагнетателем в том, что на «самообслуживание» наддува тратится совсем немного энергии двигателя — всего 1,5%. Дело в том, что ротор турбины получает энергию от выхлопных газов не за счёт их замедления, а за счёт их охлаждения — после турбины выхлопные газы идут по-прежнему быстро, но более холодные. Кроме того, затрачиваемая на сжатие воздуха даровая энергия повышает КПД двигателя. Да и возможность снять с меньшего рабочего объёма большую мощность означает меньшие потери на трение, меньший вес двигателя (и машины в целом). Всё это делает автомобили с турбонаддувом более экономичными в сравнении с их атмосферными собратьями равной мощности. Казалось бы, вот оно, счастье. Ан нет, не всё так просто. Проблемы только начались.

    У Mitsubishi Lancer Evolution интеркулер располагается в переднем бампере перед радиатором. А у Subaru Impreza WRX STI — над двигателем.

    Во-первых, скорость вращения турбины может достигать 200 тысяч оборотов в минуту, во-вторых, температура раскалённых газов достигает, только попробуйте представить, 1000°C! Что всё это означает? То, что сделать турбонаддув, который сможет выдержать такие неслабые нагрузки длительное время, весьма дорого и непросто.

    Выхлопные газы разогревают и выпускную систему, и турбонаддув до очень высоких температур.

    По этим причинам турбонаддув получил широкое распространение только во время Второй мировой войны, да и то только в авиации. В 50-х годах американская компания Caterpillar сумела приспособить его к своим тракторам, а умельцы из Cummins сконструировали первые турбодизели для своих грузовиков. На серийных легковых машинах турбомоторы появились и того позже. Случилось это в 1962 году, когда почти одновременно увидели свет Oldsmobile Jetfire и Chevrolet Corvair Monza.

    Но сложность и дороговизна конструкции — не единственные недостатки. Дело в том, что эффективность работы турбины сильно зависит от оборотов двигателя. На малых оборотах выхлопных газов немного, ротор раскрутился слабо, и компрессор почти не задувает в цилиндры дополнительный воздух. Поэтому бывает, что до трёх тысяч оборотов в минуту мотор совсем не тянет, и только потом, тысяч после четырёх-пяти, «выстреливает». Эта ложка дёгтя называется турбоямой. Причём чем больше турбина, тем она дольше будет раскручиваться. Поэтому моторы с очень высокой удельной мощностью и турбинами высокого давления, как правило, страдают турбоямой в первую очередь. А вот у турбин, создающих низкое давление, никаких провалов тяги почти нет, но и мощность они поднимают не очень сильно.

    Почти избавиться от турбоямы помогает схема с последовательным наддувом, когда на малых оборотах двигателя работает небольшой малоинерционный турбокомпрессор, увеличивая тягу на «низах», а второй, побольше, включается на высоких оборотах с ростом давления на выпуске. В прошлом веке последовательный наддув использовался на суперкаре Porsche 959, а сегодня по такой схеме устроены, например, турбодизели фирм BMW и Land Rover. В бензиновых двигателях Volkswagen роль маленького «заводилы» играет приводной нагнетатель.

    На рядных двигателях зачастую используется одиночный турбокомпрессор twin-scroll (пара «улиток») с двойным рабочим аппаратом. Каждая из «улиток» наполняется выхлопными газами от разных групп цилиндров. Но при этом обе подают газы на одну турбину, эффективно раскручивая её и на малых, и на больших оборотах

    Но чаще по-прежнему встречается пара одинаковых турбокомпрессоров, параллельно обслуживающих отдельные группы цилиндров. Типичная схема для V-образных турбомоторов, где у каждого блока свой нагнетатель. Хотя двигатель V8 фирмы M GmbH, дебютировавший на автомобилях BMW X5 M и X6 M, оснащён перекрёстным выпускным коллектором, который позволяет компрессору twin-scroll получать выхлопные газы из цилиндров разных блоков, работающих в противофазе.

    Турбина twin-scroll имеет двойную «улитку» турбины — одна эффективно работает на высоких оборотах двигателя, вторая — на низких

    Заставить турбокомпрессор работать эффективнее во всём диапазоне оборотов, можно ещё изменяя геометрию рабочей части. В зависимости от оборотов внутри «улитки» поворачиваются специальные лопатки и варьируется форма сопла. В результате получается «супертурбина», хорошо работающая во всём диапазоне оборотов. Идеи эти витали в воздухе не один десяток лет, но реализовать их удалось относительно недавно. Причём сначала турбины с изменяемой геометрией появились на дизельных двигателях, благо, температура газов там значительно меньше. А из бензиновых автомобилей первый примерил такую турбину Porsche 911 Turbo.

    Турбина с изменяемой геометрией.

    Конструкцию турбомоторов довели до ума уже давно, а в последнее время их популярность резко возросла. Причём турбокомпрессоры оказалось перспективным не только в смысле форсирования моторов, но и с точки зрения повышения экономичности и чистоты выхлопа. Особенно актуально это для дизельных двигателей. Редкий дизель сегодня не несёт приставки «турбо». Ну а установка турбины на бензиновые моторы позволяет превратить обычный с виду автомобиль в настоящую «зажигалку». Ту самую, с маленьким, едва заметным шильдиком «turbo».

    Принцип работы турбины. Принцип работы турбокомпрессора.

    Турбокомпрессоры состоят из турбины и колеса центробежного нагнетателя (компрессора), установленных на общем валу. Для вращения турбины используется энергия отработавших газов, воздействующих на ее лопатки. Вращение турбины приводит в действие компрессор, который, в свою очередь, засасывает окружающий воздух, сжимает его и подает в цилиндры двигателя. Частота вращения ротора турбокомпрессора не зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, но она в значительной степени определяется балансом энергии, получаемой турбиной и отдаваемой компрессору.

    Различные области применения турбокомпрессоров требуют применения различных вариантов их конструкций. Однако практически все турбокомпрессоры имеют одни и те же элементы: ротор в сборе, который в сочетании с корпусом подшипника образует так называемый сердечник (картридж), а также кожух компрессора.

    Турбокомпрессор, приводимый в действие отработавшими газами:
    1 — кожух компрессора;
    2 — колесо компрессора;
    3 — кожух турбины;
    4 — ротор;
    5 — корпус подшипника;
    6 — поступление отработавших газов;
    7 — выход отработавших газов;
    8 — вход атмосферного воздуха;
    9 — выход сжатого воздуха;
    10 — подача масла;
    11 — выход масла

    Уплотнительные кольца, устанавливаемые со стороны входа и выхода, служат для герметизации масляной камеры, расположенной вне корпуса подшипника. В особых случаях качество уплотнения может быть улучшено установкой воздухоуловителя или торцевого уплотнения с графитовыми прижимными элементами (со стороны компрессора). В основном применяются подшипники скольжения, которые установлены радиально и имеют двойные гладкие вкладыши плавающего типа или неподвижные гладкие вкладыши, в то время как для обеспечения осевой опоры используются вкладыши с клинообразной поверхностью. Подшипники турбокомпрессора смазываются моторным маслом системы смазки двигателя. Корпус подшипника не имеет дополнительных охлаждающих устройств. Поддержание температур ниже критических значений осуществляется применением теплового экрана и теплоизоляцией корпуса подшипника.

    Жидкостное охлаждение корпусов подшипников применяется в том случае, если температура отработавших газов превышает 850°С.

    Кожух компрессора обычно изготавливается методом литья из алюминия. В кожух может быть вмонтирован перепускной воздушный клапан. Такие клапаны используются исключительно в наддувных двигателях с искровым зажиганием для предотвращения повышения давления компрессором, когда происходит быстрый сброс нагрузки двигателя.

    Для изготовления кожухов турбин используются сплавы сортов от GGG 40 до NiResist Д5 (в зависимости от температуры отработавших газов). Турбокомпрессоры, используемые на двигателях грузовых автомобилей, содержат кожух турбины, в котором два газовых потока объединяются непосредственно перед попаданием на лопатки турбины. Эта конструкция кожуха применяется при организации получения импульсного наддува, когда давление отработавших газов дополняется их кинетической энергией.

    При работе турбокомпрессора с постоянным давлением на турбину поступает только энергия отработавших газов и поэтому может быть применена турбина, кожух которой имеет окно для впуска отработавших газов. Такая конструкция особенно распространена на судовых двигателях при использовании турбин с жидкостным охлаждением. Турбокомпрессоры мощных двигателей часто имеют перед турбиной кольцевое сопло. Такое сопло обеспечивает получение равномерного и неразрывного потока газа, поступающего на лопатки турбины с одновременной возможностью проведения тонкой регулировки расхода газа.

    Турбокомпрессоры этого типа, устанавливаемые на легковых автомобилях, обычно имеют однопоточные кожухи турбин. Если двигатель такого автомобиля работает в широком диапазоне частот вращения, то необходимы механизмы управления турбокомпрессором, поддерживающие давление наддува на относительно постоянном уровне во всем рабочем диапазоне. Обычно направляют часть отработавших газов от двигателя в обход турбины компрессора посредством управляющего механизма, выполненного в виде перепускного клапана или заслонки.

    Такой механизм имеет пневматический привод. При использовании средств микроэлектроники управление давлением наддува может выполняться в функции программируемых режимов работы двигателя. Перспективные управляющие механизмы будут электро-или электронноприводными.

    Энергия отработавших газов может быть использована более эффективно при применении управляющих систем, например, турбины с изменяемой геометрией лопаток.

    Такие конструкции получили наибольшее признание, т. к. они сочетают в себе широкий диапазон управляющих функций и высокий к.п.д.

    Установку угла расположения лопаток осуществляет поворотное регулировочное кольцо. Лопатки могут поворачиваться на требуемый угол специальными кулачками или рычагами. Пневматические исполнительные устройства могут работать как от источника отрицательного (вакуум), так и положительного давления. Микроэлектронная система управления обеспечивает оптимальное давление наддува на всем рабочем диапазоне ДВС.

    В двигателях легковых автомобилей небольшой мощности нашли применение турбины с золотниковым регулированием (VST). Турбина VST работает аналогично турбине с неизменной геометрией, с той разницей что первоначально открывается один из двух каналов золотника. При достижении максимально допустимого давления наддува золотник, непрерывно перемещаясь в осевом направлении, открывает второй канал. Каналы выполнены так, чтобы наибольшая часть потока отработавших газов направлялась к турбине. Оставшаяся часть отработавших газов, за счет дальнейшего перемещения регулирующего золотника, направляется в обход крыльчатки компрессора внутри турбонагнетателя.

    О новейших технологиях турбонаддува, последовательном и параллельном наддуве и турбинах с изменяемой геометрией читайте в нашей статье «системы турбонаддува Ауди и Фольксваген» в разделе «технологии».

    Информация о газовых турбинах | Kawasaki Heavy Industries

    Принцип работы газовой турбины

    Как и дизельный или бензиновый двигатель, газовая турбина — это двигатель внутреннего сгорания с рабочим циклом впуск-сжатие-сгорание (расширение)-выпуск. Но, существенно отличается основное движение. Рабочий орган газовой турбины вращается, а в поршневом двигателе движется возвратно-поступательно.

    Принцип работы газовой турбины показан на рисунке ниже. Сначала, воздух сжимается компрессором, затем сжатый воздух подается в камеру сгорания. Здесь, топливо, непрерывно сгорая, производит газы с высокой температурой и давлением. Из камеры сгорания газ, расширяясь в турбине, давит на лопатки и вращает ротор турбины (вал с крыльчатками в виде дисков, несущих рабочие лопатки), который в свою очередь опять вращает вал компрессора. Оставшаяся энергия снимается через рабочий вал.

    Особенности газовых турбин

    Типы газовых турбин по конструкции и назначению

    Самый основной тип газовой турбины — создающий тягу реактивной струей, он же самый простой по конструкции.
    Этот двигатель подходит для самолетов, летающих на высокой скорости, и используется в сверхзвуковых самолетах и реактивных истребителях.

    У этого типа есть отдельная турбина за турбореактивным двигателем, которая вращает большой вентилятор впереди. Этот вентилятор увеличивает поток воздуха и тягу.
    Этот тип малошумен и экономичен на дозвуковых скоростях, поэтому газовые турбины именно этого типа используются для двигателей пассажирских самолётов.

    Эта газовая турбина выдает мощность как крутящий момент, причем у турбины и компрессора общий вал. Часть полезной мощности турбины идет на вращение вала компрессора, а остальная энергия передается на рабочий вал.
    Этот тип используют, когда нужна постоянная скорость вращения, например — как привод генератора.

    В этом типе вторая турбина размещается после турбины с газогенератором, и вращательное усилие передается на нее реактивной струей. Эту заднюю турбину называют силовой. Поскольку валы силовой турбины и компрессора не связаны механически, скорость вращения рабочего вала свободно регулируется. Подходит как механический привод с широким диапазоном скоростей вращения.
    Этот тип широко используется в винтовых самолетах и вертолетах, а также в таких установках, как приводы насоса/компрессора, главные судовые двигатели, приводы генератора и т.п.

    Что такое газовая турбина серии GREEN?

    Принцип, которому Kawasaki следует в газотурбинном бизнесе, начиная с разработки в 1972 году нашей первой ГТУ, позволил нам предлагать клиентам все более совершенное оборудование, т.е., более энергоэффективное и экологичное. Идеи, заложенные в наших продуктах, получили высокую оценку мирового рынка и позволили нам накопить референции на более, чем 10 000 турбин (на конец марта 2014 года) в составе резервных генераторов и когенерационных систем.
    Газовые турбины Kawasaki всегда имели большой успех, и мы, показывая еще большую нашу приверженность этому принципу, дали им новое название «Газовые турбины GREEN».

    Внутри К: Подразделение газовых турбин, Акаси / завод Seishin

    Контакты

    Если вам нужна дополнительная информация о нашем бизнесе, пожалуйста, свяжитесь с нами.

    Контакты

    Как работает ветряная турбина

    От огромных ветряных электростанций, вырабатывающих электроэнергию, до небольших турбин, питающих отдельный дом, ветровые турбины по всему миру производят чистую электроэнергию для различных нужд.

    В Соединенных Штатах ветряные турбины становятся обычным явлением. С начала века общая мощность ветроэнергетики в США увеличилась более чем в 24 раза. В настоящее время в США достаточно ветроэнергетических мощностей, чтобы производить электричество, достаточное для питания более 15 миллионов домов, что помогает проложить путь к экологически чистой энергии будущего.

    Что такое ветряная турбина?

    Концепция использования энергии ветра для генерации механической энергии восходит к тысячелетиям. Еще в 5000 году до нашей эры египтяне использовали энергию ветра для передвижения лодок по реке Нил. Американские колонисты использовали ветряные мельницы для измельчения зерна, перекачивания воды и распиловки древесины на лесопилках. Сегодняшние ветряные турбины — это современный эквивалент ветряной мельницы, преобразующий кинетическую энергию ветра в чистую возобновляемую электроэнергию.

    Как работает ветряная турбина?

    Большинство ветряных турбин состоит из трех лопастей, установленных на башне из стальных труб.Реже встречаются варианты с двумя лопастями или с бетонными или стальными решетчатыми башнями. На высоте 100 футов или более над землей башня позволяет турбине использовать преимущества более высоких скоростей ветра, обнаруживаемых на больших высотах.

    Турбины улавливают энергию ветра с помощью лопастей, похожих на пропеллер, которые действуют как крыло самолета. Когда дует ветер, на одной стороне лезвия образуется карман с воздухом низкого давления. Затем воздушный карман низкого давления притягивает к себе лезвие, заставляя ротор вращаться.Это называется лифтом. Сила подъемной силы намного сильнее, чем сила ветра на передней стороне лопасти, что называется сопротивлением. Комбинация подъемной силы и сопротивления заставляет ротор вращаться как пропеллер.

    Ряд шестерен увеличивают вращение ротора примерно с 18 оборотов в минуту до примерно 1800 оборотов в минуту — скорость, которая позволяет генератору турбины вырабатывать электричество переменного тока.

    Обтекаемый корпус, называемый гондолой, содержит ключевые компоненты турбины — обычно включая шестерни, ротор и генератор — находятся внутри корпуса, называемого гондолой.Некоторые гондолы, расположенные на вершине турбинной башни, достаточно велики, чтобы на них мог приземлиться вертолет.

    Еще одним ключевым компонентом является контроллер турбины, который удерживает скорость ротора от более 55 миль в час, чтобы избежать повреждения сильным ветром. Анемометр непрерывно измеряет скорость ветра и передает данные контроллеру. Тормоз, также расположенный в гондоле, останавливает ротор механически, электрически или гидравлически в аварийных ситуациях. Изучите интерактивный рисунок выше, чтобы узнать больше о механике ветряных турбин.

    Типы ветряных турбин

    Существует два основных типа ветряных турбин: с горизонтальной осью и с вертикальной осью.

    Большинство ветряных турбин имеют горизонтальную ось: конструкция в виде пропеллера с лопастями, вращающимися вокруг горизонтальной оси. Турбины с горизонтальной осью расположены либо против ветра (ветер ударяет лопасти перед башней), либо по ветру (ветер бьет в башню перед лопастями). Турбины против ветра также включают в себя привод рыскания и двигатель — компоненты, которые вращают гондолу, чтобы ротор был обращен к ветру при изменении его направления.

    Хотя существует несколько производителей ветряных турбин с вертикальной осью, они не проникли на рынок коммунальных услуг (мощностью 100 кВт и более) в той же степени, что и турбины с горизонтальным доступом. Турбины с вертикальной осью делятся на две основные конструкции:

    • Drag-based или Savonius, турбины обычно имеют роторы с твердыми лопастями, которые вращаются вокруг вертикальной оси.
    • Лифтовые турбины, или турбины Дарье, имеют высокий вертикальный аэродинамический профиль (некоторые из них имеют форму взбивания яиц).Windspire — это тип лифтовой турбины, которая проходит независимые испытания в Национальном центре ветроэнергетики Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.
    Применение ветряных турбин

    Ветровые турбины используются в самых разных сферах — от использования морских ветровых ресурсов до выработки электроэнергии для одного дома:

    • Большие ветряные турбины, чаще всего используемые коммунальными предприятиями для подачи энергии в сеть, варьируются от 100 киловатт до нескольких мегаватт.Эти турбины для коммунальных предприятий часто объединяются в ветряные электростанции для производства большого количества электроэнергии. Ветряные электростанции могут состоять из нескольких или сотен турбин, обеспечивая достаточную мощность для десятков тысяч домов.
    • Небольшие ветряные турбины мощностью до 100 киловатт обычно устанавливаются рядом с местами, где будет использоваться произведенная электроэнергия, например, возле домов, телекоммуникационных тарелок или водонасосных станций. Небольшие турбины иногда подключаются к дизельным генераторам, батареям и фотоэлектрическим системам.Эти системы называются гибридными ветровыми системами и обычно используются в удаленных автономных местах, где нет подключения к коммунальной сети.
    • Морские ветряные турбины используются во многих странах для использования энергии сильных, постоянных ветров, возникающих у береговых линий. Потенциал технических ресурсов ветров над прибрежными водами США достаточен для выработки более 4000 гигаватт электроэнергии, что примерно в четыре раза превышает генерирующую мощность нынешних США.электроэнергетическая система. Хотя не все эти ресурсы будут освоены, это дает большую возможность обеспечить энергией густонаселенные прибрежные города. Чтобы воспользоваться преимуществами огромных морских ветровых ресурсов Америки, министерство инвестирует в три демонстрационных проекта оффшорной ветроэнергетики, разработанных для развертывания морских ветровых систем в федеральных водах и водах штата к 2017 году.
    Будущее ветряных турбин

    Для обеспечения будущего роста США ветроэнергетика, ветровая программа Министерства энергетики работает с отраслевыми партнерами над повышением надежности и эффективности ветряных турбин при одновременном снижении затрат.Исследования программы помогли увеличить средний коэффициент использования мощности (показатель производительности электростанции) с 22 процентов для ветряных турбин, установленных до 1998 года, до более 32 процентов для турбин, установленных в период с 2006 по 2012 годы. от 55 центов за киловатт-час (кВтч) в 1980 году до менее 6 центов за киловатт-час сегодня в районах с хорошими ветровыми ресурсами.

    Ветряные турбины предоставляют уникальную возможность использовать энергию в тех регионах, где население нашей страны нуждается в ней больше всего. Это включает в себя потенциал оффшорного ветра для обеспечения энергией населенных пунктов вблизи береговой линии и способность наземного ветра доставлять электроэнергию в сельские общины с небольшим количеством других местных источников энергии с низким содержанием углерода.

    Министерство энергетики продолжает работу по развертыванию энергии ветра в новых районах на суше и на море и обеспечению стабильной и безопасной интеграции этой энергии в электрическую сеть нашей страны.

    Принцип работы турбогенератора

    Процесс регенерации тепла значительно увеличивает тепловой КПД паровой турбины за счет уменьшения количества топлива , которое необходимо добавить в котел.Этот процесс известен как регенерации тепла , и для этой цели можно использовать регенераторов тепла . Иногда инженеры используют термин экономайзер , который обозначает теплообменники, предназначенные для снижения энергопотребления, особенно в случае предварительного нагрева жидкости . С другой стороны, процесс отвода пара из турбины в определенной точке ее расширения и использования этого пара для нагрева питательной воды, подаваемой в котел, известен как отвод , и следует отметить небольшой объем работы, Вт T , теряется турбиной.

    Как видно из статьи «Парогенератор», питательная вода (вторичный контур) на входе в парогенератор может иметь температуру около ~ 230 ° C (446 ° F) , а затем нагревается до температуры кипения этой жидкость (280 ° C; 536 ° F; 6,5 МПа) и испаряется. Но конденсат на выходе из конденсатора может иметь температуру около 40 ° C , поэтому регенерация тепла в типичном PWR значительна и очень важна:

    • Регенерация тепла увеличивает тепловой КПД, поскольку большая часть теплового потока в цикл происходит при более высокой температуре.
    • Регенерация тепла вызывает снижение массового расхода, особенно через ступени низкого давления паровой турбины, следовательно, КПД изэнтропической турбины низкого давления увеличивается. Обратите внимание, что на последней стадии расширения пар имеет очень большой удельный объем, что требует больших лопаток последней ступени.
    • Рекуперация тепла приводит к повышению качества рабочего пара, так как стоки расположены по периферии корпуса турбины, где более высокая концентрация капель воды.Улучшенный дренаж турбины означает меньше проблем с эрозией лопаток.

    Как работает паровая турбина?

    Большая часть электроэнергии в Соединенных Штатах вырабатывается с помощью паротурбинных двигателей — по данным Министерства энергетики США, более 88 процентов энергии в США производится с помощью паротурбинных генераторов на центральных электростанциях, таких как солнечные тепловые электрические, угольные и атомные электростанции. Предлагая более высокий КПД и низкую стоимость, паровые турбины стали неотъемлемой частью многих американских производств электроэнергии.

    Первая паровая турбина

    Первая современная паровая турбина была разработана сэром Чарльзом А. Парсонсом в 1884 году. Эта турбина использовалась для освещения выставки в Ньюкасле, Англия, и производила всего 7,5 кВт энергии. Теперь паротурбинные генераторы могут производить более 1000 МВт энергии на крупных электростанциях. Несмотря на то, что генерирующие мощности значительно увеличились со времен Парсонса, конструкция осталась прежней. Но, сколь бы интуитивно ни был дизайн Парсонса, он не так прост, как пар, движущийся по лопастям.Он был основан на втором законе термодинамики и теореме Карно (), которая утверждает, что чем выше температура пара, тем выше эффективность электростанции. Давайте рассмотрим, как пар помогает приводить в действие большинство электростанций страны.

    Как так много энергии забирают из пара?

    Возвращаясь к школьной физике, вода кипит при 100 ° C. В этот момент молекулы расширяются, и мы получаем испаренную воду — пар. Используя энергию, содержащуюся в быстро расширяющихся молекулах, пар обеспечивает замечательную эффективность выработки энергии.

    Учитывая высокую температуру и давление пара, неудивительно, что были случаи, когда аварии происходили из-за ненадлежащего использования или установки предохранительных клапанов. Один из самых заметных инцидентов произошел на АЭС Три-Майл-Айленд. Все произошло из-за повышения давления пара, когда перестали работать насосы, подающие воду на парогенераторы.

    Как работает паровая турбина?

    Проще говоря, паровая турбина работает с использованием источника тепла (газового, угольного, атомного, солнечного) для нагрева воды до чрезвычайно высоких температур до тех пор, пока она не превратится в пар.Когда этот пар проходит мимо вращающихся лопастей турбины, пар расширяется и охлаждается. Таким образом, потенциальная энергия пара во вращающихся лопастях турбины превращается в кинетическую энергию. Поскольку паровые турбины генерируют вращательное движение, они особенно подходят для приведения в действие электрогенераторов для выработки электроэнергии. Турбины соединены с генератором с осью, которая, в свою очередь, вырабатывает энергию через магнитное поле, которое производит электрический ток.

    Как работают лопатки турбины?

    Лопасти турбины предназначены для управления скоростью, направлением и давлением пара, проходящего через турбину.Для больших турбин к ротору прикреплены десятки лопастей, как правило, в разных наборах. Каждый набор лопастей помогает извлекать энергию из пара, а также поддерживает давление на оптимальном уровне.

    Этот многоступенчатый подход означает, что лопатки турбины снижают давление пара очень маленькими шагами на каждой ступени. Это, в свою очередь, снижает силы, действующие на них, и значительно улучшает общую мощность турбины.

    Важность гибких средств управления для вращающегося турбинного оборудования

    При таком большом количестве энергии, проходящей через паровые турбины, необходимы механизмы управления, которые могут регулировать их скорость, контролировать поток пара и изменять температуру внутри системы.Поскольку большинство паровых турбин находится на крупных электростанциях, которым требуются нагрузки по запросу, возможность регулировать поток пара и общую выработку энергии является необходимостью.

    Как системы управления Petrotech могут повысить эффективность паротурбинного генератора

    Изобретение паровой турбины изменило нашу способность производить энергию в больших масштабах. И даже с такой, казалось бы, простой задачей, как пар, проходящий через набор лопастей, легко увидеть, что эти механизмы довольно сложны.Таким образом, им нужна рефлексивная интеллектуальная система управления паровой турбиной, в которой можно будет отслеживать и контролировать их работу. Усовершенствованные системы управления паровыми турбинами Petrotech для приводов компрессоров и генераторов имеют интегрированный пакет управления, который обеспечивает управление скоростью и производительностью. Наша продукция включает интегрированные системы управления для газовых и паровых турбин, генераторов, компрессоров, насосов и связанного вспомогательного оборудования. Чтобы узнать больше о наших элементах управления паровой турбиной, ознакомьтесь с нашими техническими документами по усовершенствованным элементам управления паровой турбиной для генераторов и механических приводов.

    Его свойства, работа, типы и применение

    Паровая турбина эволюционировала в первом веке, когда это устройство напоминает игрушку. Затем было изобретено практическое применение паровых турбин, которые послужили основой для развития других типов паровых турбин. Современный вид паровой турбины был представлен в 1884 году человеком Чарльзом Парсонсом, конструкция которого включает динамо-машину. Позже это устройство приобрело известность благодаря своим эксплуатационным характеристикам, и люди стали применять его в своих операциях.В этой статье описываются концепции, связанные с паровой турбиной и ее функциями.

    Что такое паровая турбина?

    Определение: Паровая турбина подпадает под классификацию механической машины, которая изолирует тепловую энергию от нагнетаемого пара и преобразует ее в механическую энергию. Поскольку турбина производит вращательное движение, она наиболее подходит для работы электрических генераторов. Само название указывает на то, что устройство приводится в движение паром, и когда паровой поток проходит через лопатки турбины, пар охлаждается, а затем расширяется, обеспечивая, таким образом, почти имеющуюся у него энергию, и это непрерывный процесс.


    Паровая турбина

    Таким образом, лопасти преобразуют потенциальную энергию устройства в энергию кинетического движения. Таким образом, паровая турбина используется для подачи электроэнергии. Эти устройства используют повышенное давление пара для вращения электрогенераторов на чрезвычайно высоких скоростях, при этом скорость их вращения максимальна, чем у водяных и ветряных турбин.

    Например: обычная паровая турбина имеет скорость вращения 1800-3600 оборотов в минуту, почти в 200 раз больше оборотов, чем у ветряной турбины.

    Принцип работы паровой турбины

    Принцип действия этого устройства основан на динамическом движении пара. Пар повышенного давления, выходящий из сопел, ударяется о вращающиеся лопасти, которые плотно прилегают к диску, установленному на валу. Поскольку из-за этой повышенной скорости в паре он создает сильное давление на лопасти устройства, после чего вал и лопасти начинают вращаться в аналогичном направлении. Как правило, паровая турбина изолирует энергию штока, а затем преобразует ее в кинетическую энергию, которая затем течет через сопла.

    Оборудование в паровой турбине

    Итак, преобразование кинетической энергии оказывает механическое воздействие на лопасти ротора, и этот ротор связан с паротурбинным генератором, и он действует как посредник. Поскольку конструкция устройства настолько обтекаема, она производит минимальный шум по сравнению с другими видами вращающихся устройств.

    В большинстве турбин скорость вращающейся лопасти линейна относительно скорости пара, проходящего через лопатку. Когда пар расширяется в самой однофазной фазе от силы котла до силы истощения, тогда скорость пара чрезвычайно увеличивается.В то время как основная турбина, которая используется на атомных станциях, где скорость расширения пара составляет примерно от 6 МПа до 0,0008 МПа, имеющая скорость 3000 оборотов на 50 Гц частоты и 1800 оборотов при частоте 60 Гц.

    Итак, многие атомные станции функционируют как одновальный турбинный генератор высокого давления, который имеет одну многоступенчатую турбину и три параллельные турбины низкого давления, а также возбудитель вместе с главным генератором.

    Типы паровых турбин

    Паровые турбины классифицируются по многим параметрам, и их много типов.Типы, которые будут обсуждаться, следующие:

    На основе движения пара

    На основе движения пара они классифицируются на различные типы, которые включают следующие.

    Импульсная турбина

    Здесь пар с экстремальной скоростью, который выходит из сопла, ударяется о вращающиеся лопасти, которые расположены на периферийной части ротора. Поскольку из-за удара лопасти меняют направление вращения, не меняя значения давления. Давление, вызванное импульсом, развивает вращение вала.Примерами такого рода являются турбины Рато и Кертиса.

    Реакционная турбина

    Здесь расширение пара будет присутствовать как в движущихся, так и в постоянных лопастях, когда поток проходит через них. На этих лопастях будет постоянный перепад давления.

    Комбинация реактивной и импульсной турбины

    Основываясь на комбинации реактивной и импульсной турбины, они подразделяются на различные типы, включая следующие.

    • На основе ступеней давления
    • На основе движения пара
    На основе ступеней давления

    На основе ступеней давления они подразделяются на разные типы.

    Одноступенчатый

    Они используются для включения центробежных компрессоров, нагнетательного оборудования и других подобных инструментов.

    Многофазная реактивная и импульсная турбина

    Они используются в крайнем диапазоне мощностей, минимальном или максимальном.

    На основе движения пара

    На основе движения пара они подразделяются на разные типы.

    Осевые турбины

    В этих устройствах поток пара идет в направлении, параллельном оси ротора.

    Радиальные турбины

    В этих устройствах поток пара будет идти в направлении, перпендикулярном оси ротора, либо на одну, либо на две фазы давления меньше в осевом направлении.

    На основе методологии управления

    На основе методологии управления они подразделяются на различные типы.

    Управление дроссельной заслонкой

    Здесь свежий пар поступает через один или несколько одновременно работающих дроссельных клапанов, и это зависит от увеличения мощности.

    Управление форсунками

    Здесь свежий пар поступает через один или несколько последовательно открывающихся регуляторов.

    Управление байпасом

    Здесь пар приводит в действие как первую, так и другие промежуточные фазы турбины.

    На основе процедуры потери тепла

    На основе процедуры потери тепла они подразделяются на различные типы.

    Конденсация турбины через генераторы

    В этом случае паровая сила, которая меньше давления окружающей среды, подается на конденсатор.

    Отбор промежуточной фазы конденсации турбины

    В этом случае пар отделяется от промежуточных фаз для целей коммерческого отопления.

    Турбины с противодавлением

    Здесь отработанный пар используется как для отопления, так и для промышленных целей.

    Topping Turbines

    Здесь отработанный пар используется для конденсации турбин малой и средней мощности.

    на основе условий пара на входе в турбину
    • Меньшее давление (1.От 2 ата до 2 ата)
    • Среднее давление (40 ата)
    • Высокое давление (> 40 ата)
    • Очень высокое давление (170 ата)
    • Сверхкритическое (> 225 ата)
    На основе промышленного применения
    • Фиксированная скорость вращения со стационарными турбинами
    • Переменная скорость вращения со стационарными турбинами
    • Переменная скорость вращения с нестационарными турбинами

    Разница между паровой турбиной и паровым двигателем

    Различия между этими двумя приводятся ниже.

    Плохие балансировочные свойства Конструкция и техническое обслуживание сложны
    Паровая турбина Паровой двигатель
    Минимальные потери на трение Максимальные потери на трение
    Хорошие балансирующие свойства Плохие балансировочные свойства
    Подходит для высокоскоростных устройств Работает только для устройств с минимальной скоростью
    Равномерная выработка электроэнергии Неравномерная выработка электроэнергии
    Повышенная эффективность Меньшая эффективность
    Подходит для крупных промышленных применений Подходит для минимальных промышленных применений

    Преимущества / недостатки

    преимущества паровой турбины :

    • Расположение паровой турбины требует минимального пространства
    • Оптимизированная работа и надежная система
    • Требует меньших эксплуатационных затрат и имеет минимальное пространство
    • Повышенный КПД паровых трактов

    Недостатки паровой турбины

    • Поскольку из-за повышенной скорости будет увеличить потери на трение
    • Имеет минимальную эффективность, что означает, что соотношение лопасти к скорости пара не оптимально

    Применение паровой турбины

    • Турбины смешанного давления
    • Реализовано в инженерных областях
    • Электроинструменты

    Часто задаваемые вопросы

    1). Что такое КПД паровой турбины?

    Определяется как доля работы, выполненной на вращающихся лопастях, ко всей подаваемой энергии, рассчитанная для килограмма пара.

    2). Какая турбина более эффективна?

    Наиболее эффективными турбинами являются импульсные турбины.

    3). Как повысить КПД паровой турбины?

    Эффективность можно увеличить за счет повторного нагрева паровой турбины, рекуперации нагрева сырья турбины и за счет бинарного парового цикла.

    4). Что такое паротурбинный генератор ?

    Это устройство первичного преобразования энергии на электростанции.

    5). Как пар может повернуть турбину?

    За счет нагрева воды до температуры, при которой она превращается в пар.

    Это все о паровых турбинах. Хороший баланс вращения и минимальный удар молотка позволяют использовать эти устройства в различных отраслях промышленности. Здесь возникает вопрос: знать о применении паровых турбин.

    Газотурбинные электростанции

    Принцип работы газовой турбины

    Газотурбинные двигатели получают свою мощность за счет сжигания топлива в камере сгорания и использования быстро протекающих газов сгорания для привода турбины во многом так же, как пар высокого давления приводит в движение паровую турбину.

    Однако одним из основных отличий является то, что газовая турбина имеет вторую турбину, действующую как воздушный компрессор, установленную на том же валу.Воздушная турбина (компрессор) втягивает воздух, сжимает его и под высоким давлением подает в камеру сгорания, увеличивая интенсивность горящего пламени.

    Это механизм положительной обратной связи. По мере того, как газовая турбина ускоряется, это также заставляет компрессор ускоряться, нагнетая больше воздуха через камеру сгорания, что, в свою очередь, увеличивает скорость горения топлива, отправляя больше горячих газов под высоким давлением в газовую турбину, еще больше увеличивая ее скорость. Неконтролируемый разгон предотвращается с помощью средств управления на линии подачи топлива, которые ограничивают количество топлива, подаваемого в турбину, тем самым ограничивая ее скорость.

    Термодинамический процесс, используемый в газовой турбине, известен как цикл Брайтона. Аналогично циклу Карно, в котором эффективность максимизируется за счет увеличения разницы температур рабочей жидкости между входом и выходом машины, эффективность цикла Брайтона максимизируется за счет увеличения разницы давлений на машине.Газовая турбина состоит из трех основных компонентов: компрессора, камеры сгорания и турбины. Рабочее тело, воздух, сжимается в компрессоре (адиабатическое сжатие — без притока или потерь тепла), затем смешивается с топливом и сжигается в камере сгорания в условиях постоянного давления в камере сгорания (добавление тепла при постоянном давлении). Образующийся горячий газ расширяется через турбину для выполнения работы (адиабатическое расширение). Большая часть энергии, производимой турбиной, используется для работы компрессора, а остальная часть используется для работы вспомогательного оборудования и выполнения полезной работы. Система является открытой системой, поскольку воздух не используется повторно, поэтому четвертый этап цикла, охлаждение рабочей жидкости, не выполняется.

    Газотурбинный авиационный двигатель (Deutches Museum)

    Газовые турбины имеют очень высокое отношение мощности к массе, они легче и меньше двигателей внутреннего сгорания той же мощности.Хотя они механически проще поршневых двигателей, их характеристики — высокая скорость и работа при высоких температурах — требуют высокоточных компонентов и экзотических материалов, что делает их более дорогими в производстве.

    История

    Производство электроэнергии

    В приложениях по производству электроэнергии турбина используется для привода синхронного генератора, который обеспечивает выходную электрическую мощность, но поскольку турбина обычно работает с очень высокими частотами вращения, составляющими 12 000 об. / Мин.вечера или более он должен быть подключен к генератору через редуктор с большим передаточным числом, так как генераторы работают со скоростью 1000 или 1200 об / мин. в зависимости от частоты переменного тока в электросети.

    Конфигурации турбины

    Газотурбинные электрогенераторы используются в двух основных конфигурациях

    • Простые системы , состоящие из газовой турбины, приводящей в действие генератор электроэнергии.
    • Системы комбинированного цикла , которые разработаны для максимальной эффективности, в которых горячие выхлопные газы из газовой турбины используются для подъема пара для питания паровой турбины, причем обе турбины подключены к генераторам электроэнергии.

    Производительность турбины

    • Выходная мощность турбины
    • Чтобы минимизировать размер и вес турбины при заданной выходной мощности, выход на фунт воздушного потока должен быть максимальным. Это достигается за счет увеличения потока воздуха через турбину, который, в свою очередь, зависит от максимального отношения давлений на входе и выходе воздуха. Основным фактором, определяющим это, является перепад давлений в компрессоре, который в современных газовых турбинах может достигать 40: 1. В приложениях с простым циклом увеличение степени сжатия приводит к повышению эффективности при заданной температуре горения, но есть предел, поскольку увеличение степени сжатия означает, что компрессор будет потреблять больше энергии.

    • Эффективность системы
    • Тепловой КПД важен, потому что он напрямую влияет на расход топлива и эксплуатационные расходы.

      • Турбины простого цикла
      • Газовая турбина потребляет значительное количество энергии только для привода своего компрессора. Как и во всех циклических тепловых двигателях, более высокая максимальная рабочая температура в машине означает больший КПД (закон Карно), но в турбине это также означает, что больше энергии теряется в виде отработанного тепла через горячие выхлопные газы, температура которых обычно намного превышает 1000 ° C. Следовательно, КПД турбины простого цикла довольно низок. Для тяжелого оборудования расчетный КПД составляет от 30% до 40%. (КПД авиационных двигателей находится в диапазоне от 38% до 42%, в то время как микротурбины малой мощности (<100 кВт) достигают только 18% - 22%). Хотя увеличение температуры горения увеличивает выходную мощность при заданном перепаде давлений, также происходит потеря эффективности из-за увеличения потерь из-за охлаждающего воздуха, необходимого для поддержания компонентов турбины при разумных рабочих температурах.

      • Турбины комбинированного цикла
      • Тем не менее, можно рекуперировать энергию из отходящего тепла систем простого цикла, используя выхлопные газы в гибридной системе для подъема пара для приведения в действие электростанции с паровой турбиной. В таких случаях температура выхлопных газов может быть снижена до 140 ° C, что позволяет достичь эффективности до 60% в системах с комбинированным циклом.

        В применениях с комбинированным циклом увеличение степени сжатия оказывает менее выраженное влияние на КПД, поскольку большая часть улучшения происходит за счет увеличения теплового КПД Карно в результате повышения температуры обжига.

        Таким образом, эффективность простого цикла достигается при высоких степенях давления. Эффективность комбинированного цикла достигается за счет более скромных соотношений давлений и более высоких температур обжига.

    См. Также Тепловые двигатели

    Топливо

    Еще одно преимущество газовых турбин — их топливная гибкость.Они могут быть адаптированы для использования практически любого горючего газа или легких дистиллятных нефтепродуктов, таких как бензин (бензин), дизельное топливо и керосин (парафин), которые доступны на местном уровне, хотя природный газ является наиболее часто используемым топливом. Сырая и другая тяжелая нефть, а также может использоваться в качестве топлива для газовых турбин, если они впервые нагревают, чтобы снизить их вязкость до приемлемого уровня для горения в камерах сгорания турбин.

    Приложения

    Газовые турбины могут использоваться для крупномасштабной энергетики.Примерами являются приложения мощностью 600 МВт или более от газовой турбины мощностью 400 МВт, соединенной с паровой турбиной мощностью 200 МВт в когенерационной установке. Такие установки обычно не используются для выработки электроэнергии при базовой нагрузке, а для подачи энергии на удаленные объекты, такие как месторождения нефти и газа. Тем не менее, они находят применение в основных электрических сетях в приложениях для снятия пиковых нагрузок для обеспечения аварийной пиковой мощности.

    Маломощные газотурбинные электростанции мощностью до 5 МВт могут быть размещены в транспортных контейнерах для обеспечения мобильных аварийных источников электроэнергии, которые могут быть доставлены грузовым автотранспортом к месту необходимости.

    Проблемы окружающей среды

    Практически все газотурбинные установки используют ископаемое топливо.

    См. Также паровые турбины и генераторы

    См. Также импульсный реактивный двигатель

    Вернуться к Обзор электроснабжения

    Брайтонский экспериментальный реактивный двигатель | Турбинный компрессор

    1.Чтобы понять основные операции цикла Брайтона.

    2. Продемонстрировать применение основных уравнений для анализа цикла Брайтона.

    ИСТОРИЯ

    Цикл Брайтона представляет собой стандартную для воздуха модель энергетического цикла газовой турбины. Простой газотурбинный двигатель — это состоит из трех основных компонентов: компрессора, камеры сгорания и турбины. Согласно Принцип цикла Брайтона, воздух сжимается в компрессоре турбины. Затем воздух смешивается с топливом, и сгорает в условиях постоянного давления в камере сгорания.Образующийся горячий газ пропускают расширяться через турбину для выполнения работы. Большая часть работы, производимой в турбине, используется для работы компрессор и остальное оборудование используются для работы вспомогательного оборудования и выработки электроэнергии. Газ турбина используется в широком спектре приложений. Общие области применения включают стационарную выработку электроэнергии. установки (электроэнергетика) и мобильные двигатели для выработки энергии (корабли и самолеты). В электростанции приложения, выходная мощность турбины используется для обеспечения мощности на валу для привода генератора, винт вертолета и др.Самолет с реактивным двигателем приводится в движение реактивной тягой выходящего газа. транслировать. Турбина обеспечивает мощность, достаточную для приведения в действие компрессора и производства вспомогательной энергии. мощность. Газовый поток приобретает в цикле больше энергии, чем необходимо для приведения в действие компрессора. В оставшаяся доступная энергия используется для продвижения самолета вперед.

    Для получения общего обзора функций газотурбинного двигателя щелкните здесь.

    Схема цикла Брайтона (простая газовая турбина) представлена ​​на рисунке 1.Всасывается воздух низкого давления в компрессор (состояние 1), где он сжимается до более высокого давления (состояние 2). Топливо добавляется в сжатый воздух и смесь сжигается в камере сгорания. Образующиеся горячие газы попадают в турбина (состояние 3) и развернитесь до состояния 4. Цикл Брайтона состоит из четырех основных процессов:

    АНАЛИЗ ЦИКЛА

    Термодинамика и Первый закон термодинамики определяют общий перенос энергии.К Чтобы проанализировать цикл, нам нужно максимально полно оценить все состояния. Стандартные модели Air очень полезен для этой цели и обеспечивает приемлемые количественные результаты для газотурбинных циклов. В этих модели сделаны следующие предположения.

    1. Рабочей жидкостью является воздух, которая рассматривается как идеальный газ на протяжении всего цикла;

    2. Процесс горения моделируется как добавление тепла при постоянном давлении;

    3. Выхлоп моделируется как процесс отвода тепла при постоянном давлении.

    В моделях стандарта холодного воздуха (CAS) удельная теплоемкость воздуха считается постоянной (модель идеального газа) при самая низкая температура в цикле. Влияние температуры на удельную теплоемкость может быть включено в анализ при небольшом увеличении усилия. Однако решения в закрытой форме больше не будут возможный.

    Чтобы выполнить термодинамический анализ цикла, мы рассматриваем контрольный объем, содержащий каждый компонент цикла, показанного на рисунке 1. Этот шаг кратко описан ниже.

    Компрессор

    Рассмотрим следующий контрольный объем для компрессора,

    Обратите внимание, что в идеальном случае теплоотвод от контрольного объема (C. V.) к окружающему пространству отсутствует. В установившихся условиях и без учета эффектов кинетической и потенциальной энергии первый закон для этого контрольного объема записывается как

    Учитывая, что у нас есть один поток в контрольный объем и один поток из контрольного объема, мы можем записать более конкретную форму первого закона как

    Или, перегруппируя термины, связанные с каждым потоком

    Это общая форма Первого Закона для компрессора.Однако, если предполагается, что поток жидкости представляет собой идеальные газы, мы можем представить энтальпии в терминах температуры (гораздо более измеримая величина), используя соответствующее уравнение состояния (dh = c p dT), которое будет вводить конкретное предположение постоянная удельная теплоемкость, разница энтальпий легко выражается как разность температур как

    Обратите внимание, что в идеале передача работы от контрольного объема (C. V.) к окружающей среде. В установившихся условиях и без учета эффектов кинетической и потенциальной энергии первый закон для этого контрольного объема записывается как

    Учитывая, что у нас есть один поток в контрольный объем и один поток из контрольного объема, мы можем записать более конкретную форму первого закона как

    Или, перегруппируя термины, связанные с каждым потоком

    Предполагая идеальные газы с постоянной удельной теплоемкостью, разница энтальпий легко выражается как разность температур как

    Опять же, чтобы быть более точным, удельную теплоемкость каждой жидкости следует оценивать как линейное среднее значение между ее входной и выходной температурой.

    Турбина

    Рассмотрим следующий контрольный объем для турбины,

    Предполагая идеальные газы с постоянной удельной теплоемкостью, разница энтальпий легко выражается как разность температур как

    Как и раньше, для получения более точных результатов удельную теплоемкость каждой жидкости следует оценивать как линейное среднее значение между ее входной и выходной температурой.

    Необратимость, присутствующая в реальном процессе, может быть смоделирована путем введения изоэнтропической эффективности турбины,

    , где индекс s относится к идеальному (изоэнтропическому) процессу, а индекс a относится к фактическому процессу.Для идеального газа приведенное выше уравнение сокращается до

    .

    ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

    Лабораторная установка представляет собой автономную переносную двигательную лабораторию под ключ производства компании ООО «Турбинные технологии» называется «Мини-лаборатория ТТЛ». Мини-лаборатория состоит из настоящего реактивного двигателя. Следовательно, существуют те же проблемы безопасности, что и при работе реактивного двигателя. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы следовать все процедуры безопасности точно такие, как изложено в лаборатории и заявлено вашими инструкторами.В Следующее описание настройки предоставляется производителем.

    «Турбореактивный двигатель модели SR-30 Turbine Technologies является основной системой. компонент. Рабочий звук и запах трудно отличить от холостого хода, малый бизнес-джет. Осевое турбинное колесо двигателя и направляющее кольцо лопасти являются вакуумными. литье по выплавляемым моделям. Они производятся из современного, с высоким содержанием кобальта и никеля. содержание суперсплавов (МАР-М-247 и Инконнель 718). Камера сгорания состоит из кольцевой противоточной системы, включающей полосы внутреннего пленочного охлаждения.

    Топливные и масляные баки, фильтры, маслоохладитель, вся необходимая сантехника и проводка находятся в нижняя часть конструкции мини-лаборатории. С правой стороны расположен рычаг дроссельной заслонки. оператора и над наклонной приборной панелью. Дроссель включает 7 оператор для плавного переключения мощности между холостым ходом и максимальным N1. Цифровой обороты двигателя и E.G.T. манометры, механические E.P.R., масло, топливо, давление воздуха при запуске датчики также являются частью стандартной панели. Сигнальные лампы указывают на низкий уровень масла давление, зажигание включено и состояние воздушного запуска. Главный выключатель с ключом управляет магистральный электрический автобус. Другие переключатели, монтируемые на панели, управляют воспламенителем, воздушным пуском и активировать подачу топлива. Топливная система двигателя СР-30 очень похожа на крупногабаритную. двигатели — распыление топлива через 6 форсунок высокого давления обратного потока, что позволяет работа с широким спектром жидкого топлива на основе керосина (например, дизельное топливо, Jet A, JP-4 через 8) ».

    Компоненты двигателя.

    Реактивный двигатель состоит из одноступенчатого радиального компрессора, противоточной кольцевой камеры сгорания и одиночного ступенчатая осевая турбина, которая направляет продукты сгорания в сужающееся сопло для дальнейшего расширение.Детали двигателя можно увидеть в «разрезе» на рис. 6.

    Приборы.

    Датчики выведены на центральную панель доступа и связаны с оборудованием для сбора данных и программное обеспечение от National Instruments. Производитель предоставляет следующее описание датчики и их расположение.

    «Опция встроенной сенсорной системы (мини-лаборатория) включает следующие зонды: Статическое давление на входе компрессора (P 1 ), Давление торможения на выходе ступени компрессора (П. 02 ), Давление в камере сгорания (P 3 ), Давление торможения на выходе из турбины (P 04 ), Упорное сопло выхода запорное давление (Р 05 ), Статическая температура на входе компрессора (Т 1 ), Температура торможения на выходе ступени компрессора (T 02 ), Вход ступени турбины температура застоя (Т 03 ), Температура торможения на выходе из ступени турбины (Т 04 ), и тяги сопла температура на выходе торможения (Т 05 ).Дополнительно в систему входит датчик расхода топлива и цифровой индикатор тяги, измеряющий силу тяги в реальном времени на системе тяги тензодатчика ».

    МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

    ЗАМЕЧАНИЯ ПО БЕЗОПАСНОСТИ:

    1. Убедитесь, что вы носите средства защиты органов слуха. Если вы не уверены, как затычки для ушей используются правильно, попросите инструктора лаборатории провести демонстрацию. Никогда не оставайтесь в лаборатории без средств защиты органов слуха, пока двигатель работает. операция.

    2. Двигатель СР-30 работает на высоких оборотах. Хотя есть защитное стекло, которое отделяет двигатель от оператора, убедитесь, что чтобы вы не наклонялись слишком близко к этой панели.

    3. Убедитесь, что индикатор низкого давления масла погас сразу после запуск двигателя. Если он остается включенным или загорается в любой момент во время работы двигателя работа немедленно перекрывает поток топлива.

    4. Есть датчик вибрации, индикатор которого находится справа от панель оператора.Если этот индикатор показывает какую-либо активность (повышение напряжения) немедленно выключите двигатель.

    5. Если в любой момент вы заподозрите что-то неладное, отключите подачу топлива. немедленно и уведомить инструктора лаборатории.

    6. Если двигатель завис (запускается, но не разгоняется до холостого хода примерно 40000 об / мин) снова включите воздушный пуск на короткое время, пока двигатель не скорость до 30 000 об / мин. Затем выключите переключатель воздушного пуска. ã УБЕДИТЕСЬ, ЧТО НИ В ВАШЕМ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ РАЗМЕЩАЕТСЯ ПЕРЕД ВПУСКОМ ИЛИ ВЫХЛОПОМ ИЗ ДВИГАТЕЛЬ, КОГДА ДВИГАТЕЛЬ РАБОТАЕТ.

    1. Попросите вашего ТА загрузить программу сбора данных и запустить предварительно запрограммированный ВП LabView для эта лаборатория. На экране должны отображаться показания всех датчиков. Просмотрите показания, чтобы убедиться они работают правильно.

    2. Убедитесь, что давление воздуха в пусковой линии сжатого воздуха составляет не менее 100 фунтов на кв. Дюйм (не более 120 фунтов на квадратный дюйм). Попросите инструктора лаборатории проверить уровень масла.

    3. Выполните соответствующие измерения длины и запишите требуемые размеры, чтобы вы могли рассчитать площадь входа (где находятся датчики).

    4. Обратитесь за помощью к своему лаборанту, включите систему и запустите двигатель. После того, как двигатель успешно запущен, вы должны сначала дать двигателю достичь холостого хода, прежде чем производить какие-либо измерения. Убедитесь, что дроссельная заслонка находится в самой нижней точке. Положение холостого хода почти вертикальное, и находится близко к оператору (вдали от двигателя).

    5. Медленно откройте дроссельную заслонку. Начните снимать данные примерно со скоростью 65 000 об / мин. Убедитесь, что вы разрешили время выхода двигателя на устойчивое состояние, отслеживая цифровой индикатор оборотов двигателя на панели.В чтение несколько колеблется, так что используйте свое суждение.

    6. Снимайте данные при трех различных оборотах двигателя. Вы будете использовать данные, чтобы изучить, как цикл и КПД компонентов меняется со скоростью.

    7. После того, как вы закончите сбор данных, сначала выключите переключатель расхода топлива. 8. Данные будут храниться в формате таблицы Excel

    .

    АНАЛИЗ ДАННЫХ

    По собранным данным определить изоэнтропический КПД турбины, изоэнтропический КПД компрессора, тепловой КПД цикла и соответствующий КПД Карно.

    ОТЧЕТ

    В своем отчете определите производительность идеального цикла, работающего с таким же максимальным циклом температура, массовый расход и степень сжатия. Сравните эффективность идеального цикла с размеренной производительностью. Обсудите различия.

    ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ

    1. Как эффективность цикла соотносится с идеальным циклом Брайтона? с циклом Карно?

    2. Как эффективность компонентов влияет на эффективность цикла?

    3.Как эффективность компонентов, рассчитанная на основе данных испытаний, сравнивается с эффективностью компонентов типично для этих газотурбинных двигателей?

    4. Как работает турбинный компрессор?

    Двигатели

    Что такое аэронавтика? | Динамика полета | Самолеты | Двигатели | История полета | Что такое UEET?
    Словарь | Весело и игры | Образовательные ссылки | Урок ланы | Индекс сайта | Дом

    Двигатели

    Как работает реактивный двигатель?


    НОВИНКА!
    Видео «Как работает реактивный двигатель».

    Мы считаем само собой разумеющимся, насколько легко самолет весом более половины миллион фунтов отрывается от земли с такой легкостью. Как это бывает? Ответ прост. Это двигатели.

    Пусть Тереза ​​Бенио из Исследовательского центра Гленна НАСА объяснит подробнее …

    Как показано на НАСА Пункт назначения завтра.


    Реактивные двигатели перемещают самолет вперед с большой силой, создаваемой огромная тяга и заставляет самолет лететь очень быстро.

    Все реактивные двигатели, которые также называют газовые турбины, работают по тому же принципу. Двигатель всасывает воздух спереди с помощью вентилятора. Компрессор повышает давление воздуха. Компрессор сделан с множеством лезвий, прикрепленных к валу. Лезвия вращаются с высокой скоростью и сжимают или сжимают воздух. Сжатый затем воздух распыляется с топливом, и электрическая искра зажигает смесь. В горящие газы расширяются и выбрасываются через сопло в задней части двигателя.Когда струи газа летят назад, двигатель и летательный аппарат толкаются вперед. Когда горячий воздух попадает в сопло, он проходит через другую группу лопастей. называется турбина. Турбина прикреплена к тому же валу, что и компрессор. Вращение турбины вызывает вращение компрессора.

    На изображении ниже показано, как воздух проходит через двигатель. Воздух проходит ядро двигателя, а также вокруг ядра.Это вызывает некоторую часть воздуха чтобы было очень жарко, а некоторым было прохладнее. Затем более холодный воздух смешивается с горячим воздух на выходе из двигателя.

    Это изображение того, как воздух проходит через двигатель

    Что такое тяга?

    Тяга это передовая сила, которая толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед. Сэр Исаак Ньютон обнаружил, что «каждому действию соответствует и противоположная реакция. «Двигатель использует этот принцип. Двигатель принимает в большом объеме воздуха. Воздух нагревается, сжимается и замедляется. Воздух проходит через множество вращающихся лопастей. Смешивая этот воздух со струей топлива, температура воздуха может достигать трех тысяч градусов. В мощность воздуха используется для вращения турбины. Наконец, когда воздух уходит, он выталкивает назад из двигателя.Это заставляет самолет двигаться вперед.

    Детали реактивного двигателя

    Поклонник — Вентилятор — это первый компонент в ТРДД. Большой вращающийся вентилятор всасывает большое количество воздуха. Большинство лезвий Вентиляторы изготовлены из титана. Затем он ускоряет этот воздух и разбивает его на две части. Одна часть продолжается через «ядро» или центр двигателя, где на него действуют другие компоненты двигателя.

    Вторая часть «обходит» ядро ​​двигателя. Проходит через воздуховод который окружает ядро ​​до задней части двигателя, где он производит большую часть сила, которая толкает самолет вперед. Этот более прохладный воздух помогает успокоить двигатель, а также добавление тяги к двигателю.

    Компрессор — Компрессор первый компонент в ядре двигателя. Компрессор состоит из вентиляторов с множеством лопастей. и прикреплен к валу.Компрессор сжимает попадающий в него воздух в постепенно уменьшаются площади, что приводит к увеличению давления воздуха. Этот приводит к увеличению энергетического потенциала воздуха. Сдавленный воздух попадает в камеру сгорания.

    Камера сгорания — В камере сгорания воздух перемешивается топливом, а затем воспламенился. Имеется до 20 форсунок для распыления топлива. воздушный поток. Смесь воздуха и топлива загорается.Это обеспечивает высокую температура, высокоэнергетический воздушный поток. Топливо горит вместе с кислородом в сжатом состоянии. воздух, выделяющий горячие расширяющиеся газы. Внутри камеры сгорания часто делают из керамических материалов для создания термостойкой камеры. Жара может достигать 2700 °.

    Турбина — Приближается высокоэнергетический воздушный поток из камеры сгорания попадает в турбину, в результате чего лопатки турбины вращаются. Турбины связаны валом для вращения лопаток компрессора и вращать впускной вентилятор спереди.Это вращение забирает некоторую энергию из поток высокой энергии, который используется для привода вентилятора и компрессора. Газы вырабатываемые в камере сгорания движутся через турбину и раскручивают ее лопатки. Турбины реактивного самолета вращаются тысячи раз. Они закреплены на валах между которыми установлено несколько комплектов шарикоподшипников.

    Сопло — Сопло — вытяжной канал двигатель. Это та часть двигателя, которая на самом деле создает тягу для самолет. Поток воздуха с пониженным энергопотреблением, который проходил через турбину, в дополнение к более холодный воздух, проходящий мимо сердечника двигателя, создает силу при выходе из сопло, которое толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед. Комбинация горячего и холодного воздуха удаляется и производит выхлоп, который вызывает прямую тягу. Соплу может предшествовать смеситель , который сочетает в себе высокотемпературный воздух, поступающий из сердечника двигателя, с более низкая температура воздуха, обводимого вентилятором.Миксер помогает сделать двигатель тише.

    Первый реактивный двигатель — А Краткая история первых двигателей

    Сэр Исаак Ньютон в 18 веке был первым предположил, что взрыв, направленный назад, может привести в движение машину вперед с огромной скоростью. Эта теория была основана на его третьем законе движение. Когда горячий воздух проходит через сопло назад, самолет движется вперед.

    Анри Жиффар построил дирижабль, который приводился в движение первым авиадвигателем, паровым двигателем мощностью три лошадиные силы. Это было очень тяжелый, слишком тяжелый, чтобы летать.

    В 1874 году Феликс де Темпл построил моноплан. который пролетел всего лишь короткий прыжок с холма с помощью угольного парового двигателя.

    Отто Даймлер , в конце 1800-х изобрел первый бензиновый двигатель.

    В 1894 году американец Хирам Максим попытался привести свой трехместный биплан в движение двумя угольными паровыми двигателями.Это только пролетел несколько секунд.

    Первые паровые машины приводились в действие нагретым углем и обычно слишком тяжелый для полета.

    Американец Сэмюэл Лэнгли сделал модель самолетов которые приводились в действие паровыми двигателями. В 1896 году он успешно пилотировал беспилотный самолет с паровым двигателем, получивший название Aerodrome . Он пролетел около 1 мили, прежде чем выдохся. Затем он попытался построить полную размерный самолет Aerodrome A, с газовым двигателем.В 1903 г. разбился сразу после спуска с плавучего дома.

    В 1903 году братья Райт летал, Flyer , с бензиновым двигателем мощностью 12 л.с. двигатель.

    С 1903 года, года первого полета братьев Райт, до конца 1930-х гг. газовый поршневой двигатель внутреннего сгорания с воздушным винтом был единственное средство, используемое для приведения в движение самолетов.

    Это был Фрэнк Уиттл , британский пилот, который разработал и запатентовал первый турбореактивный двигатель в 1930 году.Двигатель Уиттла впервые успешно полетел в мае 1941 года. Этот двигатель имел многоступенчатый компрессор и систему внутреннего сгорания. камера, одноступенчатая турбина и сопло.

    В то время как Уиттл работал в Англии, Ханс фон Охайн работал над подобным дизайном в Германии. Первый самолет, который успешно использовать газотурбинный двигатель был немецкий Heinkel He 178, август 1939 года. Это был первый в мире турбореактивный двигатель. полет.

    General Electric построила первый американский реактивный двигатель для ВВС США Реактивный самолет . Опытный самолет XP-59A впервые поднялся в воздух в октябре 1942 года.

    Типы реактивных двигателей

    Турбореактивные

    Основная идея турбореактивный двигатель это просто.Воздух забирается из отверстия в передней части двигателя сжимается в 3-12 раз от исходного давления в компрессоре. Топливо добавляется в воздух и сжигается в камере сгорания, чтобы Поднимите температуру жидкой смеси примерно от 1100 ° F до 1300 ° F. Образующийся горячий воздух проходит через турбину, которая приводит в действие компрессор. Если турбина и компрессор эффективны, давление на выходе из турбины будет почти вдвое выше атмосферного давления, и это избыточное давление отправляется к соплу, чтобы создать высокоскоростной поток газа, который создает тягу. Существенного увеличения тяги можно добиться, если использовать форсаж. Это вторая камера сгорания, расположенная после турбины и перед сопло. Форсажная камера увеличивает температуру газа перед соплом. Результатом этого повышения температуры является повышение примерно на 40 процентов. по тяге на взлете и намного больший процент на высоких скоростях, когда самолет в воздухе.

    Турбореактивный двигатель является реактивным.В реактивном двигателе расширяющиеся газы сильно надавите на переднюю часть двигателя. Турбореактивный двигатель всасывает воздух и сжимает или сжимает его. Газы проходят через турбину и заставляют ее вращаться. Эти газы отскочить назад и выстрелить из задней части выхлопной трубы, толкая самолет вперед.

    Изображение турбореактивного двигателя

    Турбовинтовые

    А турбовинтовой двигатель это реактивный двигатель, прикрепленный к пропеллеру. Турбина на спина поворачивается горячими газами, и это вращает вал, который приводит в движение пропеллер. Некоторые малые авиалайнеры и транспортные самолеты оснащены турбовинтовыми двигателями.

    Турбореактивный двигатель, как и турбореактивный, состоит из компрессора, камеры и турбины, давление воздуха и газа используется для запуска турбины, которая затем создает мощность для привода компрессора. По сравнению с турбореактивным двигателем, турбовинтовой двигатель имеет лучшую тяговую эффективность на скоростях полета ниже примерно 500 миль в час.Современные турбовинтовые двигатели оснащены гребными винтами, которые иметь меньший диаметр, но большее количество лопастей для эффективной работы на гораздо более высоких скоростях полета. Чтобы приспособиться к более высоким скоростям полета, лопасти имеют форму ятагана со стреловидными передними кромками на концах лопастей. Двигатели с такими винтами называются пропеллеры .

    Изображение турбовинтового двигателя

    Турбовентиляторы

    А турбовентиляторный двигатель спереди есть большой вентилятор, который всасывает воздуха. Большая часть воздуха обтекает двигатель снаружи, что делает его тише. и дает большую тягу на низких скоростях. Большинство современных авиалайнеров оснащены двигателями турбовентиляторными двигателями. В турбореактивном двигателе весь воздух, поступающий во впускное отверстие, проходит через газогенератор, который состоит из компрессора, камеры сгорания и турбина. В турбовентиляторном двигателе только часть поступающего воздуха попадает в камера сгорания. Остальное проходит через вентилятор или компрессор низкого давления, и выбрасывается непосредственно в виде «холодной» струи или смешивается с выхлопом газогенератора. для получения «горячей» струи.Цель такой системы байпаса — увеличить тяга без увеличения расхода топлива. Это достигается за счет увеличения общий массовый расход воздуха и снижение скорости при той же общей подаче энергии.

    Изображение турбовентиляторного двигателя

    Турбовалы

    Это еще одна разновидность газотурбинного двигателя, который работает как турбовинтовой. система.Он не управляет пропеллером. Вместо этого он обеспечивает питание вертолета. ротор. Турбовальный двигатель спроектирован таким образом, чтобы скорость вертолета ротор не зависит от скорости вращения газогенератора. Это позволяет скорость ротора должна оставаться постоянной, даже если скорость генератора варьируется, чтобы регулировать количество производимой мощности.

    Изображение турбовального двигателя

    ПВРД

    ПВРД — это Самый простой реактивный двигатель и не имеет движущихся частей.Скорость реактивного «тарана» или нагнетает воздух в двигатель. По сути, это турбореактивный двигатель, в котором вращающийся оборудование было опущено. Его применение ограничено тем, что его степень сжатия полностью зависит от скорости движения. ПВРД не создает статического электричества. тяга и тяга вообще очень мала ниже скорости звука. Как следствие, ПВРД требует некоторой формы вспомогательного взлета, например другого самолета. Он использовался в основном в системах управляемых ракет.Космические аппараты используют это тип струи.

    Изображение ПВРД

    Вернуться к началу

    Что такое аэронавтика? | Динамика полета | Самолеты | Двигатели | История полета | Что такое UEET?
    Словарь | Весело и игры | Образовательные ссылки | Урок Планы | Индекс сайта | Дом

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *