Для чего турбина нужна: Как работает турбина в автомобиле, для чего она нужна, её преимущества и недостатки

Газовая турбина: назначение и области применения

Назначение и принцип действия

Газовая турбина является лопаточной установкой, необходимой для обеспечения движения электрогенератора.

Ее основными частями являются ротор и статор с лопатками.

Лопатка – это металлическая деталь, представляющая собой пластину с хвостовиком, прикрепляющуюся к диску. Как правило, ширина этой пластины составляет четверть от ее длины.

Ротор – подвижный вал, на котором установлены диски с лопатками. Один диск называется ступенью ротора. Количество ступеней и размер лопаток на каждой из них зависит от особенностей работы и требуемой мощности агрегата.

Статор – неподвижный элемент турбины, представляющий собой лопатки другой формы, закрепленные в корпусе вокруг ротора. Он служит для направления газа на пластины ротора под нужным углом. Благодаря этому повышается КПД и надежность работы, а также предотвращается нарушение потока вещества.

Вместе с камерой сгорания газовая турбина представляет собой газотурбинную установку.

Рис. 1. Газотурбинная установка

Процесс работы

С помощью турбокомпрессора входящий воздух сжимается и подается в камеру сгорания. Там он нагревается и расширяется.

Продукты сгорания под давлением подаются на лопатки турбины, чем приводят в движение ротор, который является приводом электрогенератора.

Отличительные особенности

Главной особенностью газового устройства по сравнению с паровыми и парогазовыми турбинами является неизменность агрегатного состояния входящего вещества на протяжении всего рабочего процесса. Это позволяет им функционировать при более высоких температурах и увеличивать КПД.

При одинаковой мощности с паровыми газовые установки имеют меньший вес и габариты, быстрее вводятся в эксплуатацию, проще в обслуживании.

В отличие от двигателя внутреннего сгорания, в газовой турбине меньшее количество движущихся элементов и низкая вибрация при работе, более высокое соотношение мощности к габаритам, малое количество вредных выбросов, а также низкие требования к используемому топливу.

Применение газовых турбин связано и с некоторыми недостатками. Среди них высокая стоимость за счет сложности производства деталей, высокое потребление электроэнергии, медленный пуск по сравнению с ДВС, низкий КПД при малых нагрузках.

Сервис газовых турбин

Газовые турбины функционируют при экстремальных температурах и нагрузках, поэтому их элементы должны иметь высокую жаропрочность, жаростойкость и удельную прочность.

Ресурс деталей существенно снижается во время пусков и остановок агрегата, поэтому необходимо использовать материалы, способные защищать узлы как при высоких, так и при низких нагрузках.

С этой целью конструкторы применяют инновационные смазочные материалы, которые обеспечивают долговременную защиту механизмов от коррозии и износа, обладают высокой несущей способностью и устойчивостью к экстремальным температурам.

Для облегчения сборки и демонтажа лопаток турбин, а также защиты от фреттинг-коррозии на их хвостовики наносят материал MODENGY 1001.

Рис. 2. Лопатки турбин до и после нанесения защитного покрытия на хвостовики

Для подшипников скольжения газовых турбин применяют MODENGY 1001 и MODENGY 1002, прессовых посадок – MODENGY 1005, ходовых винтов – MODENGY 1001, конденсатоотводчиков – MODENGY 1001, крепежных деталей – MODENGY 1014.

На лепестковые газодинамические подшипники микротурбин наносят высокотемпературное покрытие MODENGY 2560.

Данные составы применяются на этапе производства элементов и не требуют обновления весь период функционирования газотурбинных установок.

Виды газовых турбин

Газовые турбины делятся на два вида:

• 
  Промышленные – крупногабаритные установки с высоким КПД, применяемые на различного вида электростанциях
• 
  Микротурбины – используются для обеспечения автономного энергоснабжения. Они производят экологически чистую энергию и могут являться аварийным источником питания

Рис. 3. Устройство микротурбины

Области применения

Газовые турбины часто устанавливаются в ракеты на жидком топливе, мощные компрессорные установки, системы хладоснабжения.

Наибольшую популярность получило применение газовых турбин на электростанциях за их высокую мощность при сниженных габаритах. Они могут обеспечить население теплом, светом и другой энергией в больших количествах.

Микротурбины производят электричество для торговых комплексов, строительных площадок, оборудования утилизирующей промышленности, аграрного сектора. Они эффективно работают в экстремальных условиях окружающей среды, например, на Крайнем Севере.

Турбина в авто

Что такое турбина и какие проблемы могут возникнуть в ее работе?

Турбина — это вспомогательное устройство для повышения мощности двигателя, используя те же выхлопные газы, которые выпускает двигатель. В турбине есть так называемые «лепестки» (лопасти), они при вращении создают давление, которое поступает обратно в камеру сгорания, тем самым увеличивая детонацию и мощность двигателя. Соответственно, чем больше давление в турбине, тем мощнее двигатель. Давление в турбине измеряют в барах. 1 бар — это приблизительно 1 атмосфера или 1 кгс/см2.

Иногда выхлопных газов, исходящих из двигателя, становится недостаточно и появляются провалы в работе турбины. Это называется — турбояма. При давлении на педаль акселератора двигатель не успевает докручиваться из-за того, что турбина не подает достаточного давления в систему. Так появляется турбояма. Вращается турбина от выхлопных газов, и обороты могут достигать 150 тысяч в минуту. Соответственно, двигатель и турбина связаны и зависимы друг от друга. А что произойдет, если турбина будет «дуть» очень сильно? Выдержит ли двигатель? Конечно же турбину не устанавливают, не предусмотрев запас прочности двигателя. У турбированного двигателя усиленные комплектующие, другая система впуска и выпуска, и, помимо этого, в турбине предусмотрен клапан. Клапан этот выпускает избыточное давление, тем самым сохраняя двигатель от подрыва.

За состоянием автомобиля и его комплектующих каждый водитель должен внимательно следить, проходить техосмотры и постоянно ухаживать за авто. Ведь каждая деталь играет важную роль в работе транспортного средства. Не стоит забывать и о таком важном процессе, как страхование авто. Процедура эта в настоящее время очень упрощена и есть возможность оформить полис ОСАГО онлайн. Во Владивостоке полис ОСАГО можно приобрести либо в офисе страховой компании, либо через интернет. Например, на сайте strahovkaru.ru можно рассчитать стоимость ОСАГО во Владивостоке и оформить покупку онлайн.

Но зачастую турбояма появляется не только от работы турбины, а и от того, что машина ехала слишком медленно и обороты двигателя были очень низкими. Водитель, желая внезапно ускориться, резко нажимает на педаль газа, а двигатель не раскручивается. Поэтому, чтобы активировать турбину, нужны большие обороты двигателя. Наверняка вы замечали, что при старте на драг-рейсинге машины попросту чуть ли не разрываются перед тем, как загорится зеленый свет светофора. Все это для того, чтобы не появилась турбояма и двигатель не потерял мощности при старте и использовал всю мощность турбины.

На дизелях и бензиновых машинах турбояма происходит почти аналогично. Турбояма мешает динамичной езде и доставляет неприятные ощущения водителю. Эта проблема еще не решена полностью. Есть лишь альтернативные решения, которые хоть как-то устраняют эту проблему.

Не нужно сразу менять турбину при появлении турбоям. Нужно изменить режим работы двигателя, проводя чип-тюнинг, при котором двигатель будет подстраиваться под работу турбины. Ставят дополнительную вторую турбину, которая будет компенсировать работу первой. Такие движки называются битурбо («biturbo»). А некоторые производители авто используют дополнительные емкости с воздухом для подачи его в турбину.

Нашли ошибку в тексте? Выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

версия для печати

Что такое турбина? – Turbines Info

Давайте отправимся в путешествие к сердцу энергии – турбине!

Оксфордский словарь описывает турбину как «машину для непрерывного производства энергии, в которой колесо или ротор, обычно оснащенный лопастями, приводится во вращение под действием быстро движущегося потока воды, пара, газа, воздуха или другая жидкость».

Другими словами, турбина — это вращающееся устройство, использующее кинетическую энергию движущихся жидкостей — воды, пара, продуктов сгорания или воздуха — для толкания ряда лопастей, установленных на валу ротора. Сила движущейся жидкости вращает лопасти. Механическая (кинетическая) энергия, которая используется в этом процессе, может быть преобразована в электрическую энергию в сочетании с генератором.

Какие бывают турбины?

4 типа турбин :

1) Водяная турбина

Водяная турбина — это вращающаяся машина, которая преобразует кинетическую энергию и потенциальную энергию воды в механическую работу.

Реакционная турбина

• Турбина VLH
• Турбина Фрэнсиса
• Турбина Каплана
• Турбина Тайсона
• Турбина Дериаза
• Цилиндрическая турбина Горлова

Импульсная турбина

• Пелтон Уил
• Турго Турбина
• Турбины поперечного потока (также известная как турбина с турбиной в области
• .
• Турбина Барха

2) Паровая турбина

Паровая турбина — это устройство, извлекающее тепловую энергию из пара под давлением и использующее ее для выполнения механической работы на вращающемся выходном валу.

1. В соответствии с принципом работы паровые турбины в основном делятся на две категории:

• Импульсная турбина
• Реакционная паровая турбина

2. В зависимости от направления потока пара их можно разделить на две категории:

• Паровая турбина с осевым потоком
• Паровая турбина с радиальным потоком

3. В зависимости от условий выхлопа пара подразделяется на две категории:

• Противодавление или без конденсации
• Конденсация Паровая турбина

4. В зависимости от давления пара его можно разделить на следующие категории: Паровая турбина среднего или противодавления
5. Турбина низкого давления
5. По количеству ступеней ее можно разделить на следующие категории
• Одноступенчатая паровая турбина
• Многоступенчатая паровая турбина
6. По расположению лопаток и колес можно разделить на следующие категории:
• Паровая турбина с компаундированием под давлением — Реакционная комбинированная паровая турбина
• Паровая турбина с комбинированием давления и скорости

3) Газовая турбина

A  Газовая турбина , также называемая турбиной внутреннего сгорания , представляет собой двигатель внутреннего сгорания непрерывного действия.

• Jet engines
• Turboprop engines
• Aeroderivative gas turbine
• Amateur gas turbine
• Auxiliary power units
• Industrial gas turbines for power generation
• Industrial gas turbines for mechanical drive
• Turboshaft engines
• Radial gas turbine
• Шкала реактивных двигателей
• Микротурбины

4) Ветряные турбины

Ветряная турбина — это устройство, которое преобразует кинетическую энергию ветра в электрическую энергию.

• Horizontal Axis Wind Turbine:

1. Upwind turbine
2. Downwind turbine

• Vertical Axis Wind Turbine:

1. Savonius Turbine
2. Darrieus Turbine
3. Giromill Turbine
4. Циклотурбина

Насколько высока и велика ветряная турбина?

Высота ветряной турбины может варьироваться от 2 метров для бытового использования (в качестве портативных зарядных устройств) до 250 метров (для коммерческого производства электроэнергии)! Ветряная турбина обычно высокая и большая, потому что скорость ветра обычно увеличивается с высотой и на открытых площадках (в открытом море, на вершинах холмов) без ветровых барьеров в виде деревьев или зданий. Давайте посмотрим на их размер:

Средняя высота современного наземного сооружения составляет 280 футов или 80 метров

Средняя высота современной морской ветряной турбины составляет 314 футов или 88 метров.

Промышленные ветряные турбины намного больше наших типичных наземных ветряных турбин. Средняя высота современной промышленной ветряной турбины составляет 328 футов или 100 метров.

• Есть несколько огромных исключений, указанных ниже:
• Max Bögl Wind AG: Высота ветряной турбины составляет 80,75 метра2. Это самая высокая наземная ветряная турбина из когда-либо построенных, и эта ветряная турбина установила мировой рекорд!
• Vestas 236-15MW: Диаметр ротора составляет 774 фута (236 метров), и это самая большая морская ветряная турбина.
• GE’s Haliade мощностью 14 МВт — X: Диаметр ротора составляет 722 фута (220 метров), а высота — 813,6 футов (248 метров). Это самая мощная ветряная турбина в мире
• Siemens Gamesa 14- 222 D: Это ветряная турбина мощностью 14 МВт с диаметром ротора 728,3 фута (222 метра) и вторая по величине оффшорная турбина. ветряк в мире.

Сколько стоит ветряная турбина?

Стоимость ветряка прямо пропорциональна его размеру, т.е. с увеличением размера ветряка стоимость увеличивается. Стоимость ветряной турбины зависит от размера, модели, производителя, местоположения проекта, дизайна, сетки, типа фундамента, затрат на кабели, страховки, юридических услуг, арендной платы за землю и платы за консультации, чтобы назвать несколько аспектов.

Какое техническое обслуживание требуется ветровой турбине?

• Как правило, профилактическое обслуживание ветряной турбины проводится два раза в год, т.е. каждые 6 месяцев. Для старых турбин (более 10 лет) это делается через каждые 3 – 4 месяца.
• Техническое обслуживание включает проверку всей системы, замену жидкости и смазки, а также обслуживание механических частей.
• В случае неисправности в работе может потребоваться замена детали.

Каковы затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание (ЭиТО) ветряной турбины?

• Обслуживание ветряной турбины после установки является постоянным расходом.
• Расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание состоят из следующего:
1. Страхование
2. Аренда земли
3. Обслуживание, ремонт и запасные части
4. Административные задачи
5. Электроэнергия (требуется электричество для работы)

Некоторые

6. 0
7. • Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание составляют 1-2 цента за произведенный киловатт-час
   • Как правило, эксплуатация и техническое обслуживание коммерческой ветровой турбины среднего размера стоит 42 000–48 000 долларов США в год. Но это число постепенно снижается с развитием технологий ветряных турбин.

   Эффективны ли ветряные турбины?

   • Министерство энергетики США (DOE) установило, что – «Энергия ветра будет по-прежнему оставаться одной из самых дешевых доступных технологий производства электроэнергии, при этом долгосрочная цена на ветровую электроэнергию доступна через соглашение о покупке электроэнергии. приходить около вдвое меньше ожидаемых затрат на эксплуатацию электростанции, работающей на природном газе».
   • После установки ветряной турбины она может работать самостоятельно при соответствующем обслуживании .
   • Ветряная турбина не требует топлива (конечно, только свободный ветер!). У них низкие эксплуатационные расходы. Коммунальным компаниям остается только покупать, устанавливать и обслуживать ветряные турбины.
   • Первоначальные инвестиции в ветряные турбины сравнительно велики, но средняя ветряная турбина способна окупить свои расходы в течение года после установки !
   • Государственные субсидии и стимулы для строительства ветряных турбин играют важную роль в снижении затрат на ветряные турбины
   • После первоначального периода окупаемости они могут принести огромную прибыль своему владельцу.

   Являются ли ветряные турбины эффективными и долговечными?

   • Качественный современный ветряной двигатель эффективно работает до 25 лет при надлежащем обслуживании.
   • Ветродвигатель может функционировать при скорости ветра 10-12 узлов; не всегда должен быть сильный ветер, достаточно легкого ветерка, чтобы он вращал лопасти.
   • На ведущем веб-сайте, посвященном ветровой энергетике, указано, что –

   «Ветряная турбина обычно имеет КПД 30-45%, а в периоды пикового ветра КПД увеличивается до 50%. Если это кажется вам низким, помните, что если бы турбины были на 100% эффективнее, ветер полностью прекратился бы после прохождения через турбину».

   • Можно сделать вывод, что ветряные турбины являются самым дешевым, эффективным и долговечным возобновляемым источником энергии, доступным нам.

   Экологичны ли ветряные турбины?

    

   • Энергия ветра неисчерпаема. Это сокращает использование ископаемого топлива, которое выделяет парниковые газы, вызывающие глобальное потепление.
   • Ветряные турбины сокращают выбросы CO ₂ и способствуют уменьшению загрязнения воздуха.
   • Ветряные турбины имеют очень низкий углеродный след: всего от 7 до 25 граммов CO ₂ на киловатт-час электроэнергии по сравнению с природным газом, который составляет 450 граммов на кВт-ч и целых 1000 граммов на кВт-ч для угля!
   • Ветряные турбины – самый экологически чистый неисчерпаемый источник энергии, доступный человеку.

   Вызывают ли ветряные турбины рак?

      «Ветряные турбины не вызывают рак!»

   «Американскому онкологическому обществу неизвестны какие-либо достоверные доказательства связи шума от ветряных мельниц с раком» — Нью-Йорк Таймс, 3 апреля 2019 г. :

   Шум ветряных турбин не вызывает рак. В научной литературе нет ни малейшего доказательства того, что шум от ветряных турбин связан с раком. И хотя шум ветряных турбин был предметом других споров о здоровье, даже в этом случае исследование является наиболее обнадеживающим. Данные о его влиянии на сон и настроение противоречивы: одни исследования обнаруживают влияние, другие — нет. Но недавние исследования не обнаружили никаких доказательств того, что шум ветряных турбин влияет на риск сердечных приступов или инсульта, врожденных дефектов, высокого кровяного давления или диабета. Единственный достоверный вывод: некоторых людей раздражает жить рядом с ветряной электростанцией. Но, конечно же, многие ветряные электростанции сейчас строятся очень далеко от мест проживания людей, например, в океане или в малонаселенных районах страны.

   С другой стороны, косвенные данные свидетельствуют о том, что ветряные электростанции могут  снизить  национальное бремя рака, особенно рака легких, если они заменят электростанции, работающие на угле. Загрязнение воздуха мелкими твердыми частицами, которые извергают угольные заводы, связано с более высоким риском ранней смерти от рака легких и сердечно-сосудистых заболеваний. Однако использование угля в качестве источника электроэнергии сокращается, в то время как ветровая энергия быстро расширяется. Это может привести к тому, что в ближайшие годы гораздо большему количеству людей станет легче дышать, а раку легких станет меньше.

   Сколько ветряных турбин в США?

   Рис. 1: Мощность отгенерированной ветром ежегодно генерирующая мощность с 2000 года (ГВтч)

   Рис. 2: Установленная энергия ветра с 1999 года (МВт)

   • 2021 г. База данных ветряных турбин США (USWTDB) содержит более 67 000 турбин. Все эти турбины были построены с 1980 года примерно в 1500 ветроэнергетических проектах, охватывающих как минимум 44 штата (плюс Пуэрто-Рико и Гуам).
   • По состоянию на январь 2021 года общая установленная паспортная мощность ветровой энергии в Соединенных Штатах составляла 122 478 мегаватт (МВт)
   • С января по декабрь 2020 года 337,5 тераватт-часов было произведено за счет энергии ветра или 8,42% всей выработанной электроэнергии. В Соединенных Штатах.
   • В 2019 году ветровая энергия превзошла гидроэлектроэнергию как крупнейший возобновляемый источник энергии, вырабатываемый в США. год с 2005.
   • The is in second place in the world with 96.4GW of installed capacity

   Source :

   1. S. Wind Turbine Database
   2. https://en.wikipedia.org/wiki/Wind_power_in_the_United_States

   Заставьте свой воздух вращаться с помощью ветряных турбин и внесите свой вклад в более экологичное и устойчивое производство энергии!

   Турбина — Энциклопедия Нового Света

   Паровая турбина Siemens с открытым корпусом.

   Турбина — это роторный двигатель, извлекающий энергию из потока жидкости. Простейшие турбины имеют одну движущуюся часть — узел ротора, представляющий собой вал с прикрепленными к нему лопастями. Движущаяся жидкость воздействует на лопасти (или лопасти реагируют на поток), благодаря чему они вращаются и сообщают энергию ротору. Газовые, паровые и водяные турбины имеют кожух вокруг лопастей, который содержит и регулирует рабочее тело. Примерами ранних турбин являются ветряные мельницы и водяные колеса.

   Содержание

   • 1 Исторические корни
   • 2 Принцип действия
   • 3 Типы турбин
     • 3.1 Прочее
   • 4 Использование турбин
   • 5 Приливные турбины с кожухом
   • 6 См. также
   • 7 Примечания
   • 8 Каталожные номера
   • 9 Внешние ссылки
   • 10 кредитов

   Турбины часто являются частью более крупной машины. Почти вся электроэнергия, вырабатываемая и потребляемая людьми, производится с помощью турбины того или иного типа. Большинство реактивных двигателей полагаются на турбины для выполнения механической работы за счет рабочего тела и топлива, как и все атомные корабли и электростанции.

   Исторические корни

   Знаете ли вы?

   Термин «турбина» происходит от латинского слова «турбо», что означает «вихрь». . Бенуа Фурнейрон (1802-1867), ученик Клода Бурдена, построил первую практическую водяную турбину. Изобретение современной паровой турбины принадлежит британскому инженеру сэру Чарльзу Парсонсу (1854–1819 гг.).31).

   Устройство, похожее на турбину, но работающее в обратном направлении, представляет собой компрессор или насос. Типичным примером является осевой компрессор во многих газотурбинных двигателях.

   Теория работы

   Рабочая жидкость содержит потенциальную энергию (напор) и кинетическую энергию (напор скорости). Жидкость может быть сжимаемой или несжимаемой. Для сбора этой энергии турбины используют несколько физических принципов:

   Импульсные турбины

   Эти турбины изменяют направление потока высокоскоростной струи жидкости. Результирующий импульс раскручивает турбину и покидает поток жидкости с уменьшенной кинетической энергией. Давление жидкости в рабочих лопатках турбины не изменяется. Не доходя до турбины, жидкость 9Напор 0505 заменяется на напор скорости путем ускорения жидкости с помощью форсунки. Колеса Пелтона и турбины де Лаваля используют исключительно этот процесс. Импульсные турбины не требуют напорного кожуха вокруг рабочего колеса, поскольку струя жидкости готовится с помощью сопла до того, как достигнет турбины. Второй закон Ньютона описывает передачу энергии для импульсных турбин.

   Реакционные турбины

   Эти турбины развивают крутящий момент, реагируя на давление или вес жидкости. Давление жидкости изменяется, когда она проходит через лопатки ротора турбины. Герметичная створка необходима для удержания рабочей жидкости, когда она воздействует на ступень (ступени) турбины, или турбина должна быть полностью погружена в поток жидкости (ветряные турбины). Корпус содержит и направляет рабочую жидкость, а для водяных турбин поддерживает всасывание, создаваемое отсасывающей трубой. Эта концепция используется в турбинах Фрэнсиса и большинстве паровых турбин. Для сжимаемых рабочих жидкостей можно использовать несколько ступеней турбины для эффективного использования расширяющегося газа. Третий закон Ньютона описывает передачу энергии для реактивных турбин.

   При проектировании турбин обе эти концепции будут использоваться в той или иной степени, когда это возможно. Ветряные турбины используют аэродинамический профиль для создания подъемной силы из движущейся жидкости и передачи ее ротору (это форма реакции). Ветряные турбины также получают некоторую энергию от порыва ветра, отклоняя его под углом. Турбины с поперечным потоком спроектированы как импульсная машина с соплом, но в приложениях с низким напором сохраняют некоторую эффективность за счет реакции, как традиционное водяное колесо. Многоступенчатые турбины могут использовать реактивные или импульсные лопатки при высоком давлении. Паровые турбины традиционно были более импульсными, но продолжают двигаться в направлении реактивных конструкций, аналогичных тем, которые используются в газовых турбинах. При низком давлении рабочая текучая среда расширяется в объеме при небольшом уменьшении давления. В этих условиях (называемых турбинами низкого давления) лопасти становятся строго реакционной конструкцией с исключительно импульсным основанием лопасти. Причина связана с влиянием скорости вращения каждой лопасти. По мере увеличения объема высота лопасти увеличивается, а основание лопасти вращается с меньшей скоростью по сравнению с острием. Это изменение скорости вынуждает дизайнера переходить от импульса в основании к наконечнику с высокой реакцией.

   Классические методы проектирования турбин были разработаны в середине девятнадцатого века. Векторный анализ связал поток жидкости с формой и вращением турбины. Сначала использовались графические методы расчета. Формулы для основных размеров деталей турбин хорошо задокументированы, и высокоэффективная машина может быть надежно спроектирована для любых условий потока жидкости. Некоторые расчеты основаны на эмпирических или «эмпирических» формулах, а другие основаны на классической механике. Как и в большинстве инженерных расчетов, были сделаны упрощающие предположения.

   Треугольники скоростей можно использовать для расчета базовой производительности ступени турбины. Газ выходит из направляющих аппаратов стационарного сопла турбины с абсолютной скоростью V _a1 . Ротор вращается со скоростью U . Относительно ротора скорость газа при попадании на вход в ротор составляет V _r1 . Газ вращается ротором и выходит относительно ротора со скоростью V _r2 . Однако в абсолютном выражении выходная скорость ротора составляет В _а2 . Треугольники скорости строятся с использованием этих различных векторов скорости. Треугольники скоростей могут быть построены в любом сечении лопасти (например: ступица, кончик, мидель и т. д.), но обычно показаны на среднем радиусе ступени. Среднюю производительность ступени можно рассчитать по треугольникам скоростей на этом радиусе с помощью уравнения Эйлера:

   Откуда:

   (ΔhT) = (uT) ⋅ (ΔvwT) {\ displaystyle \ left ({\ frac {\ Delta \; h} {T}} \ right) = \ left ({\ frac {u} {\ sqrt {T}}}\right)\cdot \left({\frac {\Delta \;v_{w}}{\sqrt {T}}}\right)}

   , где:

   Δh = {\ displaystyle \ Delta \; h = \,} удельный перепад энтальпии на ступени

   T = {\ displaystyle T = \,} Общая температура на входе в турбину (или стагнация)

   u = {\ displaystyle u = \,} Окружная скорость ротора турбины

   Δvw = {\ displaystyle \ Delta \; v_ {w} = \,} изменение скорости завихрения

   Коэффициент давления в турбине зависит от (ΔHT) {\ displaystyle \ left ({\ frac {\ Delta \; H} {T}} \ right)} и эффективности турбины.

   Современная конструкция турбины ведет к дальнейшим расчетам. Вычислительная гидродинамика обходится без многих упрощающих предположений, используемых для вывода классических формул, а компьютерное программное обеспечение облегчает оптимизацию. Эти инструменты привели к постоянному совершенствованию конструкции турбины за последние сорок лет.

   Первичная числовая классификация турбины – это ее удельная скорость. Это число описывает скорость турбины при ее максимальной эффективности по отношению к мощности и расходу. Удельная скорость не зависит от размера турбины. Учитывая условия потока жидкости и желаемую выходную скорость вала, можно рассчитать конкретную скорость и выбрать соответствующую конструкцию турбины.

   Удельную скорость вместе с некоторыми фундаментальными формулами можно использовать для надежного масштабирования существующей конструкции с известной производительностью до нового размера с соответствующей производительностью.

   Нестандартные характеристики обычно отображаются в виде карты или характеристики турбины.

   Типы турбин

   • Паровые турбины используются для выработки электроэнергии на тепловых электростанциях, таких как электростанции, использующие уголь или мазут, или атомную энергию. Когда-то они использовались для прямого привода механических устройств, таких как корабельные гребные винты (например, Turbinia), но в большинстве таких приложений теперь используются редукторы или промежуточная электрическая ступень, где турбина используется для выработки электроэнергии, которая затем приводит в действие электродвигатель. связаны с механической нагрузкой.
   • Газовые турбины иногда называют газотурбинными двигателями. Такие двигатели обычно имеют воздухозаборник, вентилятор, компрессор, камеру сгорания и сопло (возможно, другие узлы) в дополнение к одной или нескольким турбинам.
   • Околозвуковая турбина. Расход газа в большинстве турбин, используемых в ГТД, остается дозвуковым на протяжении всего процесса расширения. В околозвуковой турбине газовый поток становится сверхзвуковым, когда он выходит из направляющих лопаток сопла, хотя скорости на выходе обычно становятся дозвуковыми. Околозвуковые турбины работают при более высоком коэффициенте давления, чем обычно, но обычно менее эффективны и встречаются редко. Эта турбина хорошо работает при создании энергии из воды.
   • Турбины встречного вращения. Некоторое преимущество в эффективности может быть получено, если турбина, расположенная ниже по потоку, вращается в направлении, противоположном направлению вращения агрегата, расположенного выше по потоку. Однако осложнение может быть контрпродуктивным.
   • Турбина без статора. Многоступенчатые турбины имеют набор статических (то есть стационарных) входных направляющих аппаратов, которые направляют газовый поток на вращающиеся лопатки ротора. В турбине без статора газовый поток, выходящий из расположенного выше по потоку ротора, сталкивается с расположенным ниже по потоку ротором без встречи с промежуточным набором лопаток статора (которые изменяют уровни энергии давления/скорости потока).
   • Керамическая турбина. Обычные лопатки (и лопасти) турбины высокого давления изготавливаются из сплавов никеля и стали и часто используют сложные внутренние каналы воздушного охлаждения для предотвращения плавления металла. В последние годы были изготовлены и испытаны экспериментальные керамические лопатки в газовых турбинах с целью повышения температуры на входе в ротор и/или, возможно, устранения воздушного охлаждения. Керамические лезвия более хрупкие, чем их металлические аналоги, и несут больший риск катастрофического отказа лезвия.
   • Закрытая турбина. Многие лопасти ротора турбины имеют кожух в верхней части, который сцепляется с кожухом соседних лопастей, чтобы увеличить демпфирование и тем самым уменьшить флаттер лопастей.
   • Турбина без кожуха. Современная практика заключается в том, чтобы по возможности исключить кожух ротора, что снижает центробежную нагрузку на лопасти и требования к охлаждению.

   В безлопастной турбине

   • используется эффект пограничного слоя, а не жидкость, сталкивающаяся с лопастями, как в обычной турбине.
   • Водяные турбины
     • Турбина Пелтона, тип импульсной водяной турбины.
     • Турбина Фрэнсиса, тип широко используемой водяной турбины.
     • Турбина Каплана, разновидность турбины Фрэнсиса.
     • Войт, гидротурбина.
   • Ветряная турбина. Обычно они работают как одноступенчатые без сопла и межступенчатых направляющих аппаратов. Исключением является Éolienne Bollée, у которого есть статор и ротор, поэтому он представляет собой настоящую турбину.

   Прочее

   • Скоростной компаунд «Кертис». Кертис объединил турбину де Лаваля и Парсонса, используя набор неподвижных сопел на первой ступени или статоре, а затем ряд неподвижных и вращающихся статоров, как у Парсонса, обычно до десяти по сравнению с сотней ступеней, однако эффективность турбины было меньше, чем у Парсонса, но она работала на гораздо более низких скоростях и при более низком давлении, что делало ее идеальной для кораблей. Обратите внимание, что использование небольшой секции Кертиса, обычно одной секции сопла и двух роторов, называется «колесом Кертиса» 9.0030
   • Многоступенчатый импульсный или расходомерный компаунд. В Rateau используются простые роторы Impulse, разделенные диафрагмой сопла. Диафрагма, по сути, представляет собой перегородку в турбине с рядом прорезанных в ней туннелей, имеющих форму воронки, широкий конец которой обращен к предыдущей ступени, а узкий — к следующей, они также расположены под углом, чтобы направлять струи пара на импульсный ротор.

   Использование турбин

   Почти вся электроэнергия на Земле производится с помощью турбин того или иного типа. Турбины с очень высоким КПД используют около 40 процентов тепловой энергии, а остальная часть расходуется в виде отработанного тепла.

   Большинство реактивных двигателей используют турбины для выполнения механической работы за счет рабочего тела и топлива, как и все атомные корабли и электростанции.

   Турбины часто являются частью более крупной машины. Газовая турбина, например, может относиться к машине внутреннего сгорания, которая содержит турбину, воздуховоды, компрессор, камеру сгорания, теплообменник, вентилятор и (в случае турбины, предназначенной для производства электроэнергии) генератор переменного тока. Однако следует отметить, что коллективная машина, именуемая в этих случаях турбиной, предназначена для передачи энергии от топлива к жидкости, проходящей через такое устройство внутреннего сгорания в качестве движителя, а не для передачи энергии от жидкости. прохождение через турбину к турбине, как в случае с турбинами, используемыми, помимо прочего, для производства электроэнергии.

   Поршневые двигатели с возвратно-поступательным движением, такие как авиационные двигатели, могут использовать турбину, приводимую в действие их выхлопом, для приведения в действие компрессора всасываемого воздуха, конфигурация, известная как турбонагнетатель (турбинный нагнетатель) или, в просторечии, «турбо».

   Турбины могут иметь очень высокую удельную мощность (то есть отношение мощности к весу или мощности к объему). Это связано с их способностью работать на очень высоких скоростях. В главных двигателях космического корабля «Шаттл» используются турбонасосы (машины, состоящие из насоса, приводимого в движение газотурбинным двигателем) для подачи топлива (жидкого кислорода и жидкого водорода) в камеру сгорания двигателя. Жидководородный турбонасос немного больше автомобильного двигателя (весит примерно 700 фунтов) и производит около 70 000 л.с. (52,2 МВт).

   Турбодетандеры широко используются в качестве источников холода в промышленных процессах.

   Турбины также могут использоваться в качестве силовой установки для дистанционно управляемого самолета, который создает тягу и отрывает самолет от земли. Они бывают разных размеров и могут быть такими же маленькими, как банки с газировкой, но при этом быть достаточно прочными, чтобы перемещать предметы весом 100 кг.

   Приливные турбины с кожухом

   Новая технология использования возобновляемых источников энергии представляет собой приливно-отливную турбину с кожухом, заключенную в кожух или канал в форме Вентури, создающий субатмосферное давление низкого давления за турбиной, что позволяет турбине работать с более высоким КПД (чем предел Бетца ^[1] на 59,3 процента) и обычно в 3 раза выше выходная мощность ^[2] , чем у турбины того же размера в свободном потоке. Низкое давление ниже по потоку втягивает поток вверх по потоку во входное отверстие кожуха из-за пределов входного отверстия кожуха. Этот поток втягивается в кожух и концентрируется. Это увеличение скорости потока соответствует 3-4-кратному увеличению энергии, доступной для турбины. Таким образом, турбина, расположенная в горловине кожуха, может достичь более высокого КПД и мощности, в 3-4 раза превышающей энергию, на которую была бы способна турбина, если бы она работала в открытом или свободном потоке. По этой причине на экранированные турбины не распространяются свойства предела Беца.

   В последнее время значительный коммерческий интерес был проявлен к приливным турбинам с кожухом, поскольку это позволяет использовать меньшую турбину на объектах, где использование больших турбин ограничено. Приливные турбины, расположенные вдоль морского пути или в реках с быстрым течением, легко подключаются к наземной базе и подключаются к сети или удаленному сообществу. В качестве альтернативы свойство кожуха, которое обеспечивает ускоренную скорость потока через турбину, позволяет использовать приливные потоки, которые ранее были слишком медленными для коммерческого использования, для коммерческого производства энергии.

   Хотя кожух может быть непрактичным при ветре, в качестве приливной турбины он приобретает все большую популярность и коммерческое использование. Приливная турбина с кожухом является однонаправленной и постоянно должна быть обращена вверх по течению, чтобы работать. Его можно плавать под понтоном на качающемся причале, прикреплять к морскому дну на моносвае и поворачивать, как ветровой носок, чтобы постоянно смотреть вверх по течению. Кожух также может быть встроен в противоотливное ограждение, повышающее производительность турбин.

   Подключенные к материку, они могут быть подключены к сети или могут быть уменьшены для обеспечения энергией отдаленных населенных пунктов, где крупные гражданские инфраструктуры нежизнеспособны. Подобно открытым турбинам с приливными потоками, они практически не влияют на окружающую среду или визуальные удобства.

   См. также

   • Электричество
   • Ископаемое топливо
   • Реактивный двигатель
   • Space Shuttle

   Примечания

   1. ↑ Государственный университет Северной Дакоты, Perfect Turbine Performance. Проверено 25 сентября 2008 г.
   2. ↑ Брайан Кирк, Разработки в области канальных гидротурбин. Проверено 25 сентября 2008 г.

   Ссылки

   Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

   • Boyce, Meherwan P. 2006. Справочник по проектированию газовых турбин, , 3-е издание. Бостон: паб Gulf Professional. ISBN 978-0750678469.
   • Кельхофер, Рольф Х. и др. 1999. Парогазовые и паротурбинные электростанции с комбинированным циклом, , 2-е издание. Тусла, OK: PennWell. ISBN 0878147365.
   • Киаме, Филип. 2003. Справочник по производству электроэнергии: выбор, применение, эксплуатация и техническое обслуживание. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 0071396047.
   • Шляхин Павел Н. 2005. Паровые турбины: теория и проектирование. Гонолулу: Издательство Гавайского университета. ISBN 978-1410223487.

   Внешние ссылки

   Все ссылки получены 27 марта 2020 г.

   • Турбины.
   • Как работают газотурбинные двигатели. Как это работает.

   Авторы

   Энциклопедия Нового Света авторов и редакторов переписали и дополнили статью Википедии
   в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с надлежащим указанием авторства. Кредит должен соответствовать условиям этой лицензии, которая может ссылаться как на Энциклопедия Нового Света участников и самоотверженных добровольных участников Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:

   • Турбина  ^{история}

   История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

   • История «Турбины»

   Примечание.