Что дает турбина двигателю: Как работает турбина в автомобиле, для чего она нужна, её преимущества и недостатки

Содержание

Как турбина влияет на мощность автомобиля, преимущества турбоагрегата

Если мощность автомобиля не устраивает его владельца, то её можно значительно повысить, установив турбину с компрессором. Для любителей адреналина, энергии и скорости, турбина станет именно тем решением, которое удовлетворит эти потребности. В этой статье пойдет речь о том, как турбина влияет на мощность автомобиля.

Ключевые тезисы

Работа турбины в современном автомобиле.
Влияние турбины на мощность машины.

Что такое турбина и как она работает

Двигатель транспортного средства вырабатывает энергию из топлива, которое он сжигает. Однако двигатель способен сжигать больше топлива и вырабатывать большее количество энергии соответственно, если в его цилиндры поступает больше воздуха. Турбина с компрессором нагнетает много воздуха в двигатель, позволяя ему сжигать больше энергии и увеличивать мощность. Типичная турбина для авто способна увеличить мощность авто на целых 50%!

В турбокомпрессоре есть две ключевые составляющие – это турбина и компрессор. Когда турбина соединяется с потоком выхлопных газов и начинает вращаться со скоростью до 15 000 оборотов в минуту, это будет превышать заводскую мощность двигателя примерно в 30 раз. Вал соединяет турбину с компрессором, который также вращается. Он располагается на воздухосборнике автомобиля, и при вращении нагнетает больше воздуха в цилиндры.

Воздух в цилиндрах позволяет двигателю сжигать топливо быстрыми темпами и генерировать больше энергии соответственно. Идея использования турбины состоит в том, чтобы максимально увеличить мощность, а также повысить топливную экономичность машины и снизить выбросы углекислого газа в окружающую среду.

Турбокомпрессор небольшого размера способен повысить мощность автомобиля быстрее даже при низких оборотах двигателя, однако не обеспечивает такой же уровень мощности на более высоких скоростях.

Влияние турбины на мощность авто

Как правило, у любого двигателя неравномерные характеристики в зависимости от числа оборотов. В некоторых моторах на низких оборотах более высокая тяга, чем на высоких. Для увеличения мощности на средних и высоких оборотах ставится турбина.

Особенности автомобиля с турбиной, видео:

Благодаря турбине увеличивается нагрузка на поршневую группу. Однако на скорость машины не влияет, только на динамику разгона. Также много зависит от индивидуальных характеристик машины и стиля езды. На бензиновом двигателе ресурс турбины – около 150 000 километров, на дизельном двигателе – 250 000 км. Однако при быстрой езде ресурс механизма сокращается до 60 000-100 000 км.

Ни одна турбина не обходится без качественного масла, поэтому ошибочно полагать, что с турбиной будет экономия масла. Зато экономия топлива – типичный показатель авто, работающих на турбинах. Хотя и здесь не обойтись без исключения – если гонщик «топает» педалью газа и наслаждается высокой производительностью турбины, большая часть топлива теряется.

Резюмируя, перечислим главные преимущества авто с турбиной:

Турбодвигатель помогает расходовать меньше топлива, нежели двигатель без турбины;
Турбина характеризуется лучшими показателями в соотношении веса двигателя к развиваемой им мощности;
Механизм помогает оптимизировать другие возможности автомобиля, улучшает крутящийся момент, предотвращая переключении передач при езде в пробках;
Двигатель с турбиной работает тише, чем агрегат аналогичной мощности, но без турбины;
Авто с турбиной меньше выбрасывает вредных газов в окружающую среду;
Из-за высокой концентрации воздуха в цилиндрах устройства, топливная смесь сгорает полностью, что делает авто более безопасным.

Читайте также: Что такое турбированный двигатель, принципы его работы и преимущества.

О турбонаддуве

12.11.2014 /
18.07.2021

•

44949 /
21223

Нагнетание воздуха при помощи турбокомпрессора

Мощность, которую может развивать двигатель внутреннего сгорания, зависит от количества воздуха и топлива, которые поступают в двигатель. Таким образом, добиться повышения мощности можно, увеличив количество этих компонентов. Увеличение количества топлива совершенно бессмысленно, если одновременно не увеличивается количество воздуха для его сгорания. Поэтому одним из решений проблемы повышения мощности двигателя является увеличение количества воздуха, поступающего в цилиндры; при этом можно сжечь больше топлива и получить, соответственно, большую энергию. Это подразумевает, что необходимый для сгорания топлива воздух должен быть сжат перед подачей в цилиндры.

Увеличение мощности атмосферного двигателя может быть достигнуто путём увеличения либо его рабочего объёма, либо оборотов. Увеличение рабочего объёма сразу же увеличивает вес, размеры двигателя и, в конечном итоге, его стоимость. Увеличение оборотов проблематично из-за возникающих при этом технических проблем, особенно в случае двигателя со значительным рабочим объёмом.
Технически приемлемым решением проблемы увеличения мощности является использование нагнетателя (компрессора). Это означает, что подающийся в двигатель воздух сжимается перед его впуском в камеру сгорания.

Турбокомпрессор был впервые сконструирован швейцарским инженером Бюши ещё в 1905 году, но только много лет спустя он был доработан и использован на серийных двигателях с большим рабочим объёмом. В принципе, любой турбокомпрессор состоит из центробежного воздушного насоса и турбины, связанных при помощи общей жесткой оси между собой. Оба этих элемента вращаются в одном направлении и с одинаковой скоростью. Энергия потока отработавших газов, которая в обычных двигателях не используется, преобразуется здесь в крутящий момент, приводящий в действие компрессор. Происходит это так: выходящие из цилиндров двигателя отработавшие газы имеют высокую температуру и давление, они разгоняются до большой скорости и вступают в контакт с лопатками турбины, которая и преобразует их кинетическую энергию в механическую энергию вращения (крутящий момент).

Это преобразование энергии сопровождается снижением температуры газов и их давления. Компрессор засасывает воздух через воздушный фильтр, сжимает его и подает в цилиндры двигателя. Количество топлива, которое можно смешать с воздухом, при этом можно увеличить, что позволяет двигателю развивать большую мощность. Кроме того, улучшается процесс сгорания, что позволяет увеличить характеристики двигателя в широком диапазоне оборотов.

Между двигателем и турбокомпрессором существует связь только через поток отработавших газов. Частота вращения турбокомпрессора напрямую не зависит от числа оборотов двигателя и характеризуется некоторой инерционностью, т.е. сначала увеличивается подача топлива и энергия потока отработавших газов, а затем уже увеличиваются обороты турбины и давление нагнетания, и в цилиндры двигателя поступает ещё больше воздуха, что даёт возможность увеличить подачу топлива.

Характеристики мотора напрямую зависят от давления наддува: чем больше воздуха удастся загнать в цилиндры, тем мощнее будет двигатель. При определенном стиле вождения появляются и другие плюсы – снижается расход топлива, мотор не боится горных дорог, где обычные двигатели буквально задыхаются от нехватки кислорода в разреженной атмосфере.

Все современные автомобили оснащены системой турбонаддува, которая позволяет повысить мощность двигателя на 20-35% при этом двигатель, оснащенный турбонаддувом, обладает более высоким крутящим моментом на средних и высоких оборотах, что делает автомобиль более динамичным и экономичным при движении. Но при торможении двигателем автомобиль останавливается медленней, за счет пониженной степени сжатия в цилиндрах. Турбина начинает эффективно работать на дизельном авто при 2200-2500 об/мин, на бензиновом при 2800 — 3500 об/мин. Промежуток оборотов двигателя от холостых оборотов до включения турбины называется турбо-яма. Современные системы управления турбиной позволяют минимизировать эффект турбо-ямы.

Показателем эффективности работы турбины является давление наддува, которое на дизельных двигателях обычно достигает до 0. 6-0.7 бар а на бензиновых от 0.6-1.0 бар. Качество сгораемого топлива зависит от процентного содержания смеси топливо-воздух и определяет состояние выхлопных газов двигателя.

Все турбонаддувы можно условно разделить на два типа – низкого (0,20 бара) и высокого давления (0,82 бара). Первый, как показала практика, может вообще обходиться без регуляторов. К примеру, на мотор Saab 95 V6 Ecopower Turbo объемом 3,0 л установлена относительно маломощная, поэтому и менее «задумчивая» турбина Garrett. Интересно, что для достижения максимального давления 0,25 бара она использует энергию отработавших газов лишь трех цилиндров из шести. На больших оборотах турбонагнетатель не может как следует разогнаться, что и обеспечивает низкое давление наддува. Электронно управляемая заслонка в этой турбине тут же открывается при любом нажатии на педаль газа. Это позволяет турбине немедленно получать необходимое количество отработавших газов для того, чтобы закачивать в цилиндры больше воздуха. Как только «воздушный насос» раскрутился, заслонка возвращается в положение, соответствующее заданному числу оборотов двигателя. В результате максимальный момент 310 Нм этот мотор выдает при 2100 об/мин.

Но это исключение из правил. Обычно в качестве регуляторов давления в турбодвигателях используют предохранительные клапаны – механические, либо с электронным управлением. Первые открываются избыточным давлением наддуваемого воздуха, вторые имеют исполнительные механизмы, как правило, электромагнитные. Команду открыть-закрыть клапану дает ЭБУ двигателя, руководствуясь информацией целой группы датчиков: давления во впускном коллекторе, детонации, расходомера воздуха и т. д. Первым подобную систему применил Saab в 1981 году.

Давление наддува обычно регулируется с помощью клапанных систем, которые перепускают требуемое количество отработавших газов. Хотя встречаются модели, в которых избыточный воздух сбрасывается прямо под капот, что не совсем выгодно с точки зрения экономичности. Впрочем, и первый способ не идеален, ведь значительное количество отработавших газов не выполняет никаких полезных действий. Вот если бы объединить две турбины в одной! Тогда бы одна использывалась для малых оборотов двигателя, а другая – для максимальных. При этом перепускной клапан использовался бы эпизодически.

Что такое VTG?

Турбонагнетатель с изменяемой геометрией VTG (Variable Turbo Geometry) – это вовсе не турбина с поворотными крыльчатками. Реализовать подобное затруднительно. Но зато ничто не мешает сделать подвижным направляющий аппарат, который в зависимости от нагрузки дозировал бы количество и скорость поступающих на «горячую крыльчатку» отработавших газов. Самый простой вариант использовали в роторном моторе Mazda RX7 в конце 80х. Здесь струя выхлопных газов была разделена на два потока. На малых оборотах они воздействовали только на верхнюю часть турбинного колеса. При достижении определенной частоты вращения коленвала срабатывал клапан, после чего отработавшие газы подавались уже на всю поверхность крыльчаток. Правда, оказалось, что данная система хорошо работала только в паре с роторнопоршневым двигателем Ванкеля.

Более удачной оказалась идея с несколькими поворотными лопатками, закрепленными в специальной обойме. Они регулировали скорость и давление потока отработавших газов в зависимости от режима работы. В грузовых автомобилях первой удачно применила этот метод фирма Mitsubishi в середине 80х, а в легковых – Audi и Volkswagen – фирма Allied Signal (Garrett) в 1995 году. Позже VTG-нагнетатетелями обзавелись легковые дизели BMW и MercedesBenz, а также AlfaRomeo. К слову, нечто подобное устанавливалось на советские танковые дизели с середины 60х.

Но пока, к сожалению, такая система прижилась только на дизельных моторах. Дело в том, что нежный направляющий аппарат теряет подвижность после долгой работы при высоких температурах выхлопных газов. Сравним 1050°С для бензинового двигателя и всего 600°С для дизеля. Кроме того, турбина с переменной геометрией дороже, чем обычная. А ее надежность и долговечность все-таки поменьше. Поэтому в ближайшее время вопрос о том, каким должен быть идеальный наддув, остается открытым. Один из перспективных путей – применение комбинированного наддува. К примеру, на малых оборотах воздух в цилиндры нагнетает приводной компрессор, а уже со средних в дело вступает турбонаддув.

Дизельный насос (ТНВД) имеет турбо-корректор, который подает топливо относительно поступаемого в камеру сгорания воздуха. Такая же коррекция происходит и в инжекторных системах. Окружная скорость вращения вала турбо-корректора достигает 50-70 м/с, что в несколько раз выше скорости движения автомобиля и на порядок выше окружной скорости коленчатого вала, если эти данные перевести в об/мин то ротор турбо-корректора вращается с 150000 — 210000 об/мин а коленвал с 5000-7000 об/мин. При этой скорости малейший дисбаланс превращает ротор в вибратор большего размера, что приводит к механичекому и акустическому шуму, утечке масла через уплотнения и неэффективной работы турбины, а в конечном итоге к заклиниванию вала и обрыву горячей крыльчатки. Вот зачем необходима балансировка вала до сборки турбокомпрессора и после. Особую роль нужно отдать диагностике работы двигателя и топливной системы.

Для проверки эффективности работы турбокомпрессора используется вакуумметр-манометр. Для проверки давления картерных газов используем напоромер. Данный прибор позволяет диагностировать состояние двигателя в целом. Ведь работа турбины на 99% зависит от состояния двигателя, а повышенный расход масла и топлива ошибочно указывает на изношенное состояние турбокомпрессора. Что касается диагностики топливной системы автомобиля, то лучше это сделать на специализированной СТО, но некоторые неисправности очевидны. Так средний пробег распылителей форсунок составляет 100 тыс. км. пробега, работа свечей накала 50 тыс. км., свечей зажигания обычных 25 тыс. км. а платиновых 60 тыс. км. Периодическая профилактическая чистка топливной системы составляет около 25 тыс. км. км пробега. Клиенты к нам обращаются как в плане консультации при покупке автомобиля, так и с просьбой диагностики турбины и двигателя для определения реального состояния цилиндро-поршневой группы и ремонта.

Преимущества турбокомпрессорного двигателя

Двигатель, оснащённый турбокомпрессором, обладает техническими и экономическими преимуществами по сравнению с атмосферным (безнаддувным) двигателем:

Соотношение «масса/мощность» у двигателя с турбокомпрессором выше, чем у атмосферного двигателя.

Двигатель с турбокомпрессором менее громоздок, чем атмосферный двигатель той же мощности.

Кривая крутящего момента двигателя с турбокомпрессором может быть лучше адаптирована к специфическим условиям эксплуатации. При этом, водитель тяжёлого грузовика должен намного реже переключать передачи на горной дороге, и само вождение будет более «мягким».

Кроме того, можно на базе атмосферных двигателей создавать версии, оснащённые турбокомпрессором и различающиеся по мощности. Ещё более ощутимы преимущества двигателя с турбокомпрессором на высоте. Атмосферный двигатель теряет мощность из-за разрежения воздуха, а турбокомпрессор, обеспечивая повышенную подачу воздуха, компенсирует снижение атмосферного давления, почти не ухудшая характеристики двигателя. Количество нагнетаемого воздуха станет лишь ненамного меньше, чем на более низкой высоте, то есть двигатель практически сохраняет свою обычную мощность. Кроме того:

Двигатель с турбокомпрессором обеспечивает лучшее сгорание топлива.Подтверждением тому служит уменьшение потребления топлива грузовиками на больших пробегах.

Поскольку турбокомпрессор улучшает сгорание, он также способствует уменьшению токсичности отработавших газов.

Ремонт турбин дизельных двигателей

Турбированный дизельный двигатель с неисправным компрессором теряет от
30 до 60 процентов своей мощности. К сожалению, вывести этот агрегат
из строя довольно легко: достаточно несколько раз после холодного пуска
дать двигателю высокие обороты. Если к тому же моторное масло не
соответствует типу двигателя или засорен фильтр, ремонт турбокомпрессора
придется делать почти наверняка.

Практические советы по обслуживанию, диагностике

Сегодня многие СТО «боятся» автомобилей с турбокомпрессорами. Это происходит из-за нехватки информации с одной стороны и нежелании механиков получать дополнительные знания по автодиагностике. Предлагаем Вам ознакомиться с подходом к турбокомпрессору. Не нужно бояться турбин, нужно технически грамотно представлять процесс проверки турбокомпрессора.

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

Методика диагностирования турбокомпрессора на двигателе

Необходимо подсоединиться к системе впускного коллектора с помощью тройника, так как система должна быть герметична.
Произвести запуск двигателя, дать возможность прогреться двигателю до температуры 70°С.
Статическая проверка турбонаддува:

на инжекторных автомобилях показания прибора при холостых оборотах должны быть в секторе вакуумирования (левая зелёная зона). На дизельных автомобилях показания прибора колеблются около «0»;
для дизельных автомобилей: при холостых оборотах стрелка на приборах находится в «0», при резком и кратковременном нажатии на педаль газа может быть в пределах 0,5 – 0,8 бар при 2200 –3500 об/мин, нагнетание становится эффективным от 2200 об/мин;
на инжекторных автомобилях при плавном нажатии на педаль акселератора на оборотах двигателя 2000 об/мин показания прибора достигают 0 – 0,2 бар. При резком нажатии на педаль акселератора показания прибора достигают 0,3 – 0,5 бар, и происходит сброс давления, т. к. двигатель не нагружен. Поэтому инжекторный автомобиль необходимо диагностировать в движении. Эффективность нагнетания происходит от 2800 об/мин двигателя.

4. Динамическая проверка турбонаддува:

необходимо вывести прибор в салон автомобиля;
произвести измерение на 2-й передаче с максимальным ускорением, при этом показания прибора на инжекторных автомобилях достигают 0,8 – 1,0 бар, а на дизельных – 0,6 – 0,8 бар.

5. После измерения турбонаддува необходимо все соединения вернуть в начальное состояние.

Внимание!!! Если давление турбонаддува для дизеля ниже 0,5 бар, то необходимо уделить серьёзное внимание топливной аппаратуре. Если ниже 0,3 бар при исправном двигателе, то турбокомпрессор требует ремонта.

Внимание!!! Если давление турбонаддува превышает максимально допустимые параметры, то существует большая вероятность выхода из строя цилиндропоршневой группы (прогар поршня).

Вопреки распространенному мнению, можно починить практически любой компрессор. Однако сам процесс ремонта турбин очень сложен, и кроме опыта требует специального оборудования.

Сначала агрегат разбирается и проводится тщательная ревизия состояния всех его деталей. После этого делается собственно ремонт турбокомпрессора, для чего применяются лишь фирменные запчасти, а все подшипники и компрессионные кольца заменяются новыми. Затем турбину тщательно балансируют и картридж собирают. Далее на стенде добиваются идеальной балансировки уже самого картриджа, после чего турбину можно устанавливать на двигатель.

Замена турбокомпрессора

При самостоятельной установке турбины следует выполнять приведённые указания:

Проверить сливные маслопроводы, снять и полностью их прочистить. Убедиться в отсутствии вмятин, повреждений, пережатий. Случается, что шланги и резиновые патрубки через некоторое время разбухают изнутри, что затрудняет движение масла. В случае сомнений рекомендуется заменить резиновые части новыми деталями.
Проверить сапун двигателя, снять и полностью очистить его. Нужно следовать тем же указаниям, что и для маслопроводов. Проверить, при необходимости заменить клапаны (если они есть). На сапуне часто устанавливают небольшой конденсатор масла, его также нужно очистить и проверить. Одним словом, давление картерных газов не должно превышать 50 кг/м2.
Пред установкой турбокомпрессора (далее ТКР) заглушить патрубок маслоподачи и слива на ТКР.
Прогреть двигатель до рабочей температуры, произвести замер давления масла в патрубке подачи масла на ТКР ( не менее 0,8 кг/см2 ) на холостых оборотах и (не более 6,5 кг/см2) на максимальных оборотах.
Слить отработанное масло с двигателя.
Произвести замену всех фильтров (масляного, воздушного, топливного). Очистить внутренние полости корпуса воздушного фильтра от инородных частиц и мусора.
Залить масло, соответствующее требованиям завода-изготовителя для данного типа двигателя (смотреть инструкцию по эксплуатации автомобиля).
Произвести чистку и проверить герметичность воздушных патрубков подачи и слива масла (патрубки трубопроводов должны соответствовать требованию завода-изготовителя).
При наличии интеркулера промыть его от остатков масла.
При наличии катализатора в выхлопной системе необходимо проверить сопротивление противовыхлопа (не более 0,2кг/см2 на оборотах).

При завышенном давлении, или если автомобиль имеет пробег более 100 тыс. км, катализатор нужно заменить или удалить.
Снять заглушку с маслоподающего патрубка. На стартерном режиме произвести прокачивание маслом подающей трубки, слить в ёмкость примерно 100 г масла.
Произвести монтаж ТКР, не подключая патрубки всасывания и наддува воздуха.
Подключить маслоподающую трубку к ТКР.
На стартерном режиме произвести прокачивание масла через ТКР в ёмкость примерно 100 г, контролируя появление масла на сливной трубке.
Подсоединить маслосливную трубку к ТКР.
Запустить двигатель, не пользуясь педалью акселератора. Дать поработать двигателю 5–10 минут на холостых оборотах, при этом контролировать температуру патрубка подачи масла (50–60°С), контролировать герметичность всех соединений.
Увеличить обороты двигателя до 2500/3000 об/мин. При этом отслеживать выброс масла из нагнетающего патрубка улитки ТКР.
Убедившись, что ТКР не выбрасывает через нагнетающий патрубок улитки масло, произвести монтаж воздушных патрубков.
Запустить двигатель, проверить герметичность всех соединений.
Замерить давление во всасывающем тракте после турбины.

Если обнаружены неисправности, конечно же следует их устранить.

С уважением СТО «Ковш»

Турбина — Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Рисунок 1. Турбины могут быть довольно большими, паровая турбина выше представлена в масштабе с человеком. ^[1]

Турбина — это устройство, которое использует кинетическую энергию некоторой жидкости, такой как вода, пар, воздух или дымовые газы, и превращает ее во вращательное движение самого устройства. ^[2] Турбины обычно используются в производстве электроэнергии, двигателях и двигательных установках. Турбины — это машины (в частности, турбомашины), потому что турбины передают и изменяют энергию. Простая турбина состоит из ряда лопастей — в настоящее время сталь является одним из наиболее распространенных материалов — и позволяет жидкости поступать в турбину, толкая лопасти. Эти лопасти вращаются, пока жидкость проходит через них, захватывая часть энергии в виде вращательного движения. Жидкость, протекающая через турбину, теряет кинетическую энергию и выходит из турбины с меньшей энергией, чем в начале. ^[2]

Турбины используются во многих различных областях, и каждый тип турбины имеет немного отличающуюся конструкцию для правильного выполнения своей работы. Турбины используются в ветроэнергетике, гидроэнергетике, в тепловых двигателях и для движения. Турбины чрезвычайно важны из-за того факта, что почти вся электроэнергия производится путем преобразования механической энергии турбины в электрическую энергию с помощью генератора. ^[2]

Тепловые двигатели

основной артикул

Тепловые двигатели используют турбины (а также поршни), поскольку они могут эффективно извлекать энергию из жидкостей. Кроме того, турбины требуют довольно небольшого обслуживания.

Газовые турбины часто используются в тепловых двигателях, поскольку они являются одним из наиболее гибких типов турбин. Одним из конкретных применений этих газовых турбин являются реактивные двигатели. ^[2] В этих газовых турбинах сжатый воздух нагревается и смешивается с некоторым количеством топлива. Когда эта смесь воспламеняется, она подвергается быстрому расширению. Расширяющийся воздух нагнетается в турбину, заставляя ее вращаться. Поскольку они используют сжатый воздух, большие высоты не влияют на эффективность турбин, что делает их идеальными для использования в самолетах. ^[3] . Схема газовой турбины показана на рисунке 2 ниже.

Рис. 2. Схема газотурбинного двигателя. ^[4]

Эти турбины используются не только в самолетах, но и для выработки электроэнергии на электростанциях, работающих на природном газе. Дымовые газы в этом случае возникают в результате сжигания природного газа. ^[3]

Производство электроэнергии

Гидроэнергетика

основной артикул и | 3D модель

Рисунок 3. Схема гидроэлектростанции. ^[5]

На гидроэлектростанциях вода удерживается за плотиной и сбрасывается через водовод. Вода, обладающая кинетической и потенциальной энергией, попадает на турбину, которая вращает вал, соединенный с генератором, вырабатывая таким образом электричество. Эти турбины необходимы в области гидроэнергетики — процесса получения энергии из воды.

Конструкция гидротурбин одинакова для разных типов гидроэлектростанций (для получения дополнительной информации см. Русловые гидроэлектростанции и водохранилища). Ряд лопастей прикреплен к некоторому вращающемуся валу или пластине. Затем вода проходит через турбину по лопастям, заставляя внутренний вал вращаться. Затем это вращательное движение передается на генератор, где вырабатывается электричество. Существует множество различных типов турбин, которые лучше всего использовать в различных ситуациях. Каждый тип турбин создан для обеспечения максимальной мощности в той ситуации, в которой он используется (примеры различных типов гидроэнергетических турбин включают турбины Фрэнсиса, турбины Каплана и турбины Пельтона). Есть много факторов, которые необходимо изучить, чтобы определить, какую турбину следует использовать. Эти факторы включают гидравлический напор, гидроэлектрический расход и стоимость. ^[6]

На этих сооружениях обычно используются два типа турбин, выбор которых зависит от характеристик гидроэлектростанции. Это реактивные турбины и импульсные турбины. Для получения дополнительной информации о том, как работают эти турбины, и более подробной информации о других турбинах, нажмите здесь.

Рисунок 4. Схема ветряной турбины. ^[7]

Ветер

основной артикул и | 3D-модель

Ветряные турбины работают путем преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию, которая используется для выработки электроэнергии путем вращения генератора. Эти турбины могут быть наземными или морскими ветряными турбинами. Эти турбины состоят из трех основных компонентов. Первыми из них являются лопасти несущего винта, которые имеют форму крыльев самолета, чтобы ловить воздух, заставляя лопасти вращаться. Второй компонент — гондола, набор шестерен и генератор, преобразующий вращение лопасти в электрическую энергию. Наконец, башня представляет собой большую подставку, на которой установлены лопасти и гондола. ^[8]

Для дальнейшего чтения

Генератор
Кинетическая энергия
Электричество
Ротор
Жидкость
Или просмотрите случайную страницу

Ссылки

↑ Wikimedia Commons. (2 сентября 2015 г.). Турбина Philippsburg [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Turbine_Philippsburg-1.jpg
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 ^2.3 Словарь энергии, под редакцией Катлера Дж. Кливленда и Кристофера Г. Морриса, Elsevier, 2014. ProQuest Ebook Central, https://ebookcentral-proquest-com.ezproxy.lib.ucalgary.ca/lib/ucalgary -электронные книги/detail.action?docID=1821967.
↑ ^3.0 ^3.1 Energy.gov. (2 сентября 2015 г.). Как работают газовые турбины [Онлайн]. Доступно: http://energy. gov/fe/how-gas-turbine-power-plants-work
↑ Wikimedia Commons [в сети], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Jet_engine.svg
↑ Викисклад. (2 сентября 2015 г.). Водяная турбина [Онлайн]. Доступно: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Water_turbine.svg.
↑ BrightHub Engineering. (2 сентября 2015 г.). Что такое гидравлические турбины? [Онлайн]. Доступно: http://www.brighthubengineering.com/fluid-mechanics-hydraulics/26551-hydraulic-turbines-definition-and-basics/
↑ Викисклад. Схема ветрогенератора [Онлайн]. Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wind_turbine_diagram.svg
↑ Энергетический центр Висконсина. (2 сентября 2015 г.). Детали турбины [Онлайн]. Доступно: http://www.ecw.org/windpower/web/cat2a.html

Как работают авиационные двигатели?

Назад к ресурсам

Современные самолеты приводятся в движение газотурбинными двигателями, которые пропускают воздух через ряд стадий, где он сжимается, воспламеняется и выбрасывается. Этот процесс создает выхлоп высокого давления, который используется для приведения в движение вращающихся частей двигателя и создания тяги.

Опубликовано: 30 августа 2017 г.
Автор: ehoffman

Питание от воздуха

Airbus A380 — самый большой в мире пассажирский самолет

Самолету требуется огромная мощность двигателя для взлета и полета. Полностью загруженный Airbus A380 — самый большой пассажирский самолет в эксплуатации — может весить более 500 тонн на взлете, для чего требуется четыре массивных двигателя, обеспечивающих 300 000 фунтов тяги.
Двигатели должны разгонять самолет достаточно быстро, чтобы создать достаточную подъемную силу для преодоления силы тяжести. Но в отличие от наземных транспортных средств, которые толкают землю с помощью приводных колес, самолеты создают тягу с помощью винтов или двигателей, которые толкают воздух.
Газотурбинные двигатели заполнены аэродинамическими профилями или «лопастями» различных размеров, прикрепленными к вращающейся оси. Лопасти перемещают воздух через различные ступени двигателя, сжимая и расширяя газ, создавая тягу, которая толкает самолет вперед.

Как выглядит газотурбинный двигатель?

Ниже приведена схема типичного газотурбинного двигателя. Воздухозаборник слева часто сопровождается большим вентилятором для увеличения всасывания. Затем воздух сжимается до меньшего объема перед тем, как смешаться с топливом в камере сгорания. Смесь воспламеняется искрой или пламенем, и горячий газ проходит через турбину, которая вращается для питания компрессора и вентилятора. Затем выхлоп высокого давления выходит из задней части двигателя, создавая тягу и толкая самолет вперед. Ступени газовой турбины более подробно описаны ниже.

Схема газотурбинного двигателя

Ступени газотурбинного реактивного двигателя

Большой впускной вентилятор

Вентилятор: Вентилятор расположен в передней части двигателя и является основным воздухозаборником. Большие вращающиеся лопасти всасывают огромное количество воздуха, ускоряя газ и разделяя его на два отдельных потока. Часть воздуха направляется в заднюю часть двигателя для создания тяги, а остальная часть направляется в ядро двигателя, где поступает на следующую ступень.
Компрессор: Компрессор сжимает воздух, всасываемый лопастями вентилятора, сжимая его до меньшего объема и повышая давление. Секция компрессора имеет несколько рядов лопастей, которые нагнетают воздух во все более мелкие каналы. Сжатие воздуха увеличивает потенциальную энергию и концентрирует молекулы кислорода для более эффективного сгорания на следующем этапе.
Камера сгорания: Камера сгорания подает топливо в сжатый воздух и воспламеняет смесь, создавая расширяющийся газ под высоким давлением. Это самая горячая часть двигателя, где энергия высвобождается при сгорании топлива, а температура может достигать 2000 градусов по Фаренгейту. Камера сгорания снабжена форсунками для впрыска топлива и воспламенителем, чтобы вызвать реакцию. После воспламенения постоянный поток топлива обеспечивает поддержание горения, а расширяющийся газ направляется вниз по потоку в секцию турбины.

На этом изображении внутри реактивного двигателя видны секции компрессора, камеры сгорания и турбины.

Турбина: Секция турбины представляет собой еще один набор вращающихся лопастей, которые приводятся в движение воздухом под высоким давлением, выходящим из камеры сгорания. Лопасти турбины ловят быстрый воздушный поток и вращаются, приводя в движение вращающийся вал, который вращает вентилятор и компрессор в передней части двигателя. Турбина по существу питает остальную часть двигателя, используя энергию камеры сгорания для поддержания постоянного впуска и сжатия воздуха. Воздух, проходящий через турбину, теряет энергию на вращающиеся лопасти, но то, что остается, перемещается в последнюю ступень выхлопа двигателя, где он выбрасывается для создания тяги.

Истребитель с включенной форсажной камерой

Сопло: Сопло представляет собой конусообразный канал в задней части двигателя. Здесь воздушный поток от ядра двигателя и перепускаемый воздух из секции вентилятора выбрасываются для создания тяги. Сопло двигателя обычно сужается для ускорения выходящего газа, а воздух, выходящий из сопла, воздействует на двигатель, толкая самолет вперед.
В некоторых двигателях используется форсажная камера для создания дополнительной тяги. Форсажная камера впрыскивает больше топлива и воспламеняет смесь после того, как она прошла через турбину. Этот процесс значительно увеличивает скорость воздуха, выходящего из сопла, но потребляет избыточное топливо и используется только в течение коротких периодов времени на специализированных военных самолетах.

Как работает реактивный двигатель – краткое видео

Вот забавное видео, созданное CFM International, в котором анимированные частицы воздуха прослеживаются на каждой ступени турбовентиляторного двигателя с высокой степенью двухконтурности.

Улучшение аэродинамического профиля

Один реактивный двигатель может иметь сотни лопастей в секциях вентилятора, компрессора и турбины. Эти лопасти различаются по размеру, форме и составу материала, но все они выполняют важные функции в работе двигателя. Учитывая экстремальные силы и температуры, присутствующие в газотурбинном двигателе, методы улучшения качества металла, такие как лазерная наплавка, имеют жизненно важное значение для безопасности и производительности двигателя и его компонентов.

Лопасти вентилятора бомбардировщика B-1 обработаны лазером для обеспечения устойчивости к ППП

Устойчивость к ППП: Повреждение посторонними предметами (ППП) представляет серьезную опасность для авиационных двигателей. Мощное всасывание, создаваемое вентилятором и компрессором, может затягивать твердые предметы, такие как куски льда или обломки взлетно-посадочной полосы, потенциально повреждая компоненты двигателя. Лазерная наплавка обеспечивает непревзойденную устойчивость к FOD и, как было показано, значительно предотвращает растрескивание и разрушение, связанные с FOD, в титановых лопастях вентилятора. Лазерная наплавка применялась более 20 лет для защиты важнейших компонентов двигателя бомбардировщика B-1.
Предотвращение усталостных трещин: Усталостные трещины представляют собой еще одну серьезную опасность для лопаток авиационных двигателей. Поскольку компоненты вращаются с высокой скоростью, каждое лезвие испытывает растягивающее напряжение, которое повторяется в течение миллионов циклов. Если в металле развивается трещина, даже в микроскопическом масштабе, повторяющееся нагружение каждого цикла может постепенно расширять трещину, пока она не станет настолько большой, что лезвие сломается. Лазерная наплавка часто применяется к лопастям вентиляторов, компрессоров и турбин в местах, подверженных растрескиванию и усталости. Глубокие сжимающие остаточные напряжения, создаваемые лазерной наклепом, препятствуют зарождению и распространению трещин, продлевая срок службы лопаток и предотвращая неожиданные поломки.
На следующей неделе мы обсудим различные типы авиационных двигателей: от турбовентиляторных и турбовинтовых до прямоточных и ГПВРД.