Отличие турбины от компрессора: Турбина или компрессор что лучше. И в чем между ними разница? Простыми словами + видео

Турбина и компрессор — различия

На сегодняшний день, существует масса разнообразный способов придать своему «стальному коню» достаточно высокие мощностные и скоростные характеристики, снабдив его двигатель каким-либо хитроумным приспособлением. Одним из примеров такого приспособления будет являться – турбокомпрессор.
Многие автолюбители задаются вопросом «турбина и турбокомпрессор — в чем разница?». Для ответа на этот вопрос требуется слегка углубиться в теорию, и рассмотреть сам автомобильный турбокомпрессор, что называется, в деталях (Если вам лень читать весь текст, прочтите только выделенный абзац в конце 😆 ).

Классическое понимание турбины лежит в преобразовании какой-либо внутренней или внешней энергии в механическую энергию. Так, к примеру, простейшей турбиной может быть обыкновенный вентилятор, лопасти которого будут вращаться от уличного ветра, в результате чего, ротор вентилятора будет механически взаимодействовать со статором, образуя тем самым генерацию электрического тока. Подобный принцип турбины лежит в основе любой гидроэлектростанции, с тем лишь исключением, что вместо ветра используется вода.

Но как такое приспособление может проявить себя в автомобильном двигателе? Что будет являться источником энергии? И во что она будет преобразовываться? Как известно, любой двигатель внутреннего сгорания нуждается в постоянном притоке воздуха, без которого попросту невозможно воспламенение топлива. И чем интенсивнее будет этот воздух поступать в двигатель – тем большую мощность он сможет развить. Следовательно, если, к примеру, двигатель оборудовать воздушным компрессором, осуществляющим принудительный вдув воздуха под давлением, то вопрос поднятия мощности решится. Но что будет этот компрессор приводить в движение? Как показывает практика, с подобной задачей идеально справляются выхлопные газы, которые как раз и будут подаваться на предварительно установленную турбину. Турбина раскручивается, механически передавая свой крутящий момент компрессору, который, в свою очередь, забирая воздух из атмосферы, под давлением подает его в двигатель.

Подводя итог, становится понятным, что турбина – это составной элемент турбокомпрессора, обойтись без которого попросту невозможно.

Как правило, любой автомобильный турбокомпрессор – это достаточно сложное и нуждающееся в постоянном внимании приспособление. Высокие скорости вращения конструкционных элементов, избыточное трение, особые сверхпрочные материалы и многое другое, что присуще каждому турбокомпрессору приводят к тому, что диагностика турбин должна проводиться регулярно. Более того, диагностика турбин не может быть выполнена, что называется, подручными средствами, так как для определения физического состояния ее элементов нужны и специализированные приборы и высокая квалификация исполнителей. Подобных же условий требует и любой ремонт турбин, который возможен лишь в специальных сервисных условиях. Ведь как показывает статистика, ремонт турбин, выполненный дилетантами, очень часто оканчивается плачевно.

Турбина и компрессор имеют один и тот же принцип работы. Но турбину крутят выхлопные газы, а компрессор раскручивает непосредственно двигатель. Компрессор по тяговым характеристикам предпочтительней так как работает с минимальных оборотов. Однако, большой минус компрессора, в отличие от турбины — расход топлива!

Вот наглядная картинка:

Источник:

Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!

Ключевые теги: турбина, компрессор, устройство автомобиля

Тюнинг двигателя: турбина или компрессор, что лучше установить? — Autodromo

Профессионалы автомобильного мира, и простые автолюбители знают о том, что двигатель с большим рабочим объёмом, выдает большую мощность по сравнению с малолитражными движками. Двигатель с малой кубатурой, не может дать автомобилю большой прирост мощности в силу своей слабости :).

Над тем, что сделать, чтобы малокубатурный двигатель давал мощности больше, задумывались давно. И вот, на заре развития авто-тюнинга, изобретатели придумали установку в двигатель дополнительного агрегата – компрессора.

Появилась возможность, задувать в камеру сгорания малокубатурного двигателя больше воздуха, что в свою очередь влечёт к обогащению топливной смеси кислородом и, как следствие, к увеличению мощности двигателя. Практически одновременно с компрессором стали использовать и турбину, все с той же целью — задуть в камеру сгорания больше кислорода и обогатить топливную смесь.

То есть цель использования турбины и компрессора одна и та же.

Забегая вперед, сразу оговоримся, что и турбина, и компрессор впоследствии зарекомендовали себя очень хорошо. Наибольшее распространение получила все же турбина, поскольку имеет более высокий КПД (коэффициент полезного действия) и позволяет экономить топливо, но и компрессоры так же используются на современных автомобилях.

Особенно эффективна турбина на дизельных двигателях, поэтому почти все современные дизельные движки имеют приставку «турбо».

Главное отличие турбины от компрессора в том, что в этих устройствах используются разные источники привода. Компрессор работает от вала двигателя и представляет собой отдельную, самостоятельную механическую единицу, а турбина приводится в работу энергией выхлопных газов и жестко привязана к двигателю.

Турбина, весьма эффективна для обогащения топливной смеси кислородом, но в ней, есть существенные неудобство – она стационарное устройство, требующее плотной привязки к двигателю (подвода масла под давлением). Турбина — сложное и дорогое устройство.

Компрессор гораздо проще в эксплуатации, требует минимальных усилий по обслуживанию – он независимый агрегат и этим все сказано.

Турбонаддув, весьма заманчив, но не стоит забывать, что любые турбины дорогие, из-за своих технологических характеристик: устройство сделано так, что требует дополнительных механизмов, например выпускной коллектор. В настройке она под силу только специалисту высокого уровня, который в состоянии чутко настроить работу для обеспечения оптимального состава топливной смеси.

Компрессор же удобен тем, что его настройка по силам любому человеку мало-мальски разбирающемуся в карбюраторах. Он достаточно легко настраивается посредством топливных жиклеров.

Для сравнения ещё один пункт: турбина вместе с установкой в двигатель Вам обойдётся не меньше 500 условных единиц, когда как компрессор стоит всего 150 условных единиц. Прирост мощности от такого тюнинга составляет в районе 20-30 % от начальной мощности двигателя.

Есть и еще одна очень существенная разница в работе этих устройств, которая так же может оказать влияние на выбор, что установить на автомобиль, турбину или компрессор…

Эта разница в том, в каком диапазоне оборотов двигателя работает устройство. И тут очевидно, что в этом компоненте компрессор будет выигрывать у турбины, поскольку компрессор может выполнять свою функцию даже на низких оборотах двигателя.

Турбине же требуется высокое давление выхлопных газов, которые образовываются только после достижения двигателем определенных оборотов. Раньше турбины начинали свою работу только с 4000 об/мин, но современные турбины значительно эффективнее и могут работать эффективно при более низких оборотах.

Что означает эта разница в работе компрессора и турбины? Автомобиль с компрессором будет значительно эффективнее разгоняться с самого старта. Автомобиль же с турбиной начинает разгон не очень шустро (наблюдается эффект турбоямы), но при достижении определенных оборотов следует резкий подхват и ускорение.

Какие из всего этого можно сделать выводы? Если Вы большой любитель скорости – а, вероятно, таких авто владельцев большинство, – смело устанавливайте компрессор в двигатель вашего авто, если у вас бензиновый двигатель. Если же у вас дизель, то, пожалуй, лучше использовать турбину.

авиация общего назначения — В чем разница между лопатками осевого компрессора и лопатками центробежного компрессора?

спросил
4 года 8 месяцев назад

Изменено
2 года, 10 месяцев назад

Просмотрено
24к раз

$\begingroup$

Есть ли какая-то особая разница? Способ капитального ремонта одинаков? (Я имею в виду, используем ли мы одни и те же методы капитального ремонта?)

• авиация общего назначения
• компрессор
• лопатка

$\endgroup$

$\begingroup$

Лезвия имеют совершенно другую форму. Обычно центробежный компрессор представляет собой цельную деталь, похожую на турбокомпрессор, а осевой компрессор представляет собой плоский диск, похожий на вентилятор со вставленными индивидуально изготовленными лопастями, хотя начинают использоваться диски осевого компрессора со встроенными лопастями «блиск». Вот фотографии компрессоров, которые показывают, как они используются:

Двухступенчатый радиальный/центробежный компрессор обведен кружком (за ним следует трехступенчатая осевая турбина)

Пятнадцатиступенчатый осевой компрессор

Радиальный компрессор обычно может создавать более высокое давление на одной ступени, поэтому он обычно проще, в то время как осевой компрессор легче объединить в несколько ступеней, чтобы получить гораздо более высокие степени сжатия.

$\endgroup$

$\begingroup$

Основное различие заключается в том, как они работают и как их обслуживают. Поток в центробежном компрессоре направлен перпендикулярно оси вращения, а в осевом компрессоре воздух течет параллельно оси вращения.

$\endgroup$

$\begingroup$

Осевые лопасти представляют собой аэродинамические профили, которые сжимают воздух, нагнетая его в сужающееся пространство за счет нисходящей струи, подобно тому, как крыло создает подъемную силу за счет нисходящей струи. Эффективен, но чувствителен к углу атаки и аэродинамическому срыву, как обычное крыло, поэтому чувствителен к разрывам потока.

Центробежный компрессор представляет собой вращающийся канал, который нагнетает воздух в сужающееся пространство исключительно за счет центробежной силы, действующей на воздух внутри него при вращении. Менее эффективен, но относительно нечувствителен к нарушениям потока и намного проще в изготовлении.

$\endgroup$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

В чем разница между газотурбинными двигателями?

Турбовентиляторный двигатель GEnx в настоящее время используется в самолетах Boeing 747-8 и Boeing 787 Dreamliner. В двигателе, который на 15% более экономичен по топливу по сравнению с двигателем GE CF6, используются лопасти вентилятора из углеродного волокна и корпус вентилятора для снижения веса. (Любезно предоставлено GE Aviation)

Газовая турбина является одним из наиболее широко используемых видов силовых установок для современных авиационных двигателей. Ядро двигателя, определяемое как компрессор, горелка и турбина, также известно как газогенератор, поскольку на выходе получаются горячие выхлопные газы. Компрессор и турбина определяются как турбомашины, в которых энергия добавляется или извлекается из непрерывного потока за счет динамического и аэродинамического действия вращающихся лопастей.

Общие детали газотурбинного двигателя

Впускное отверстие

Впускное отверстие двигателя подает в двигатель свободный поток воздуха. В центре внимания воздухозаборника является замедление входящего воздуха и преобразование его кинетической энергии в статическое давление.

На этом поперечном сечении типичного реактивного двигателя показаны секции, разделенные на две области: холодную и горячую. Горячая секция — это когда сгорание происходит за счет добавления топлива к воздушному потоку, обеспечиваемому впуском холодной секции.

• Дозвуковые воздухозаборники: Дозвуковые летательные аппараты не превышают скорости звука. Можно максимизировать рост давления, используя либо более длинный диффузор, либо больший угол расхождения диффузора (отношение площади диффузора).

Схема потока для дозвукового воздухозаборника делится на внешний (внешний/вверх по потоку) и внутренний сегменты. Внешнее ускорение возникает при низкоскоростном режиме работы с большой тягой (т. е. в условиях взлета), что увеличивает скорость на входе и снижает давление на входе. Таким образом, входная зона спроектирована так, чтобы свести к минимуму внешнее ускорение во время взлета, чтобы внешнее замедление происходило в крейсерских условиях. На типичном дозвуковом воздухозаборнике поверхность воздухозаборника представляет собой непрерывную гладкую кривую, имеющую некоторую толщину изнутри наружу. Впускная кромка или изюминка, самая верхняя часть впускного отверстия, относительно толстая.

• Сверхзвуковые воздухозаборники: Сверхзвуковые самолеты по-прежнему необходимы для замедления потока до дозвуковых скоростей, прежде чем воздух достигнет компрессора. Воздушный поток имеет число Маха от 0,4 до 0,7, когда он достигает поверхности двигателя. Диффузия потока от сверхзвукового к дозвуковому потоку, также известная как возврат тарана, включает толчки. Нормальный ударный воздухозаборник представляет собой простейший сверхзвуковой диффузор. Скачки, имеющие узкую входную кромку, используются для одиночного нормального скачка (90° перпендикулярно потоку) при числах Маха менее 1,6.

Наклонные впускные патрубки обеспечивают более высокое восстановление общего давления. Торможение сверхзвукового потока достигается серией косых толчков (под определенным углом к ​​потоку), за которыми следует слабый прямой скачок. В косом скачке сверхзвуковой поток обращается в себя; с увеличением числа косых скачков потери на скачках уменьшаются, особенно при больших числах Маха.

Осесимметричный воздухозаборник внешнего сжатия представляет собой конусообразный диффузор, создающий конический удар. Из-за того, что поток над конусом по своей природе является трехмерным, поле течения между ударной волной и конусом больше не является однородным. Эффект приводит к более слабой ударной волне, чем для клина того же угла.

Компрессор

Компрессоры используются для повышения давления воздуха перед его подачей в камеру сгорания.

• Центробежные компрессоры: Эти компрессоры использовались в первых реактивных двигателях и до сих пор используются в турбореактивных и турбовальных двигателях. Они поворачивают воздушный поток перпендикулярно оси вращения. Вращающееся рабочее колесо перемещает воздух, который собирается в улитке или улитке. Между рабочим колесом и улиткой может быть диффузор.

• Осевые компрессоры: Вместо перпендикулярного потока осевые компрессоры подают воздух параллельно оси вращения. Компрессор состоит из нескольких рядов роторов и статоров; которые представляют собой серию воздушных крыльев. Роторы соединены с центральным валом и вращаются с высокой скоростью, сообщая момент импульса жидкости. Статоры закреплены, которые соединяются с внешним корпусом, увеличивают давление, удерживая поток от закручивания по спирали вокруг оси, возвращая его к параллельной оси (действуя как диффузоры). Длина лопасти и площадь кольцевого пространства уменьшаются по всей длине компрессора, уменьшая проходное сечение. Это компенсирует увеличение плотности жидкости при ее сжатии.

Горелка

Горелка или камера сгорания расположена между компрессором и турбиной в виде кольца. Здесь топливо смешивается с воздухом под высоким давлением и сжигается для создания выхлопных газов высокой температуры, которые вращают силовую турбину и создают тягу. Некоторые из желаемых свойств горелок заключаются в достижении полного сгорания с минимальными выбросами выхлопных газов, низкой общей потерей давления, низкими потерями тепла через стенки и эффективным охлаждением. Однако многие из этих свойств конкурируют друг с другом; следовательно, оптимальная конструкция горелки является компромиссной.

• Кольцевые камеры сгорания: Состоящие из ряда цилиндрических горелок, расположенных вокруг общего кольца, камеры сгорания с кольцевыми камерами функционируют независимо друг от друга. На входе в каждую камеру находится диффузор, который может снизить скорость от типичного выхода компрессора (100-150 м/с) до средней скорости объемного потока (20-30 м/с) в зоне горения. Он подает воздух в зону горения в виде стабильного и равномерного поля потока. Это более старый метод проектирования горелки.

• Кольцевые камеры сгорания: Кольцевая камера сгорания является более современной конструкцией. Это одиночная горелка с кольцевым поперечным сечением, которая подает газ на турбину. Сама зона горения занимает кольцевое пространство. Улучшенная зона горения обеспечивает однородность, простоту конструкции, уменьшенную линейную площадь поверхности и меньшую длину системы.

Турбина

Турбина похожа на компрессор тем, что состоит из нескольких рядов роторов и статоров. Ступень турбины начинается с неподвижного ряда лопаток, называемого направляющим аппаратом сопла, за которым следует ряд вращающихся лопаток. Турбина преобразует тепловую энергию в кинетическую, расширяясь через сопла, а затем в механическую энергию вращения во вращающемся роторе.

В потоке в турбине преобладают благоприятные градиенты давления. Изменения давления могут быть довольно большими, а пограничные слои в турбине менее подвержены остановке по сравнению с компрессором. Охлаждение турбин является серьезной проблемой; таким образом, они предназначены для работы в условиях высоких температур и агрессивных сред.

Форсунка

Форсунка предназначена для преобразования тепловой энергии в кинетическую для получения высокой скорости выхлопа. Тяга сопла, или общая тяга, состоит из импульса и тяги давления. Максимальная полная тяга достигается, когда сопло полностью расширено или давление окружающей среды равно давлению выхлопных газов.

• Дозвуковое сопло: Для ускорения дозвукового потока поперечное сечение канала должно уменьшаться в направлении потока. Когда воздуховод заканчивается наименьшим поперечным сечением, получается сужающееся сопло. Давление на выходе из сопла ниже атмосферного. В результате поток ускоряется или расширяется до атмосферного или местного давления на выходе. Чем выше летит самолет, тем больше увеличивается скорость в соответствии с более низким атмосферным давлением окружающей среды. Предел достигается, когда струя выбрасывается со скоростью звука, и говорят, что сопло засорено. Как только реализуется состояние дросселирования, массовый расход сопла становится максимальным, и условия остаются неизменными независимо от снижения атмосферного давления. Следовательно, сужающееся сопло никогда не может создать сверхзвуковой поток.

• Сверхзвуковое сопло: Для высоких скоростей истечения, необходимых для сверхзвукового полета, используется сужающееся-расширяющееся (CD) сопло для создания сверхзвуковой скорости истечения. Конструкция сопла CD состоит из сужающегося канала, за которым следует расширяющийся канал. Увеличение площади поперечного сечения сопла CD ускоряет сверхзвуковой поток. Сверхзвуковое сопло или сопло CD требует большой разницы давлений, чтобы разогнать газ до сверхзвуковой скорости в горловине и дополнительно создать сверхзвуковой поток в расширяющейся части CD. Значительная разница давлений может быть создана за счет уменьшения противодавления или выходного давления окружающей среды ниже по потоку.

Регулируемые сопла позволяют сверхзвуковому самолету адаптироваться к изменяющимся условиям давления окружающей среды и настройкам мощности двигателя для сверхзвукового полета. А адаптирующиеся к высоте сопла могут изменять форму угла сопла сопла для достижения оптимальной производительности.

Проблема возникает при чрезмерном или недостаточном расширении патрубка. В условиях недорасширения давление падает поперек волн расширения, и выхлопной шлейф расширяется за выходное отверстие сопла, снижая эффективность на больших высотах. Для перерасширенных сопел давление повышается из-за косых ударных волн и смеси дозвуковых и сверхзвуковых потоков. Выхлопной шлейф пережимается высоким давлением окружающего воздуха, что снижает его эффективность на малых высотах. Чрезмерное расширение может привести к образованию в шлейфе областей со сложными волновыми узорами, которые создают бело-желтое люминесцентное свечение, поскольку низкое давление выхлопных газов пытается соответствовать высокому атмосферному давлению.

Турбореактивный двигатель

Турбореактивный двигатель — это простейший тип газовой турбины. Большое количество окружающего воздуха втягивается во впускное отверстие двигателя благодаря компрессору. В задней части впускного отверстия воздух поступает в компрессор. Давление увеличивается, когда воздух проходит ряды лопастей. На выходе из компрессорной секции давление воздуха выше, чем в набегающем потоке. В секции горелки топливо смешивается с воздухом и воспламеняется. Горячий выхлоп поступает в основном из окружающего воздуха и проходит через турбину после выхода из горелки. Турбина извлекает энергию из горячего воздушного потока, заставляя лопасти вращаться в потоке. В реактивном двигателе энергия, извлекаемая турбиной, приводит в действие компрессор, соединяя его и турбину с центральным валом. Остальная часть горячего выхлопа используется для создания тяги за счет увеличения его скорости через сопло. Поскольку выходная скорость больше, чем набегающий поток, создается тяга. В поток добавляется очень мало топлива, поэтому массовый расход на выходе почти равен массовому расходу набегающего потока.

Турбовинтовой двигатель

В турбовинтовом двигателе горячий выхлоп используется для вращения винта, а не для создания тяги на выходе из двигателя.

Двумя основными частями турбовинтовой силовой установки являются основной двигатель и воздушный винт. Основной двигатель очень похож на турбореактивный, за исключением того, как он обрабатывает энергию выхлопных газов. Вместо расширения горячего выхлопа через сопло для создания тяги турбовинтовой двигатель использует большую часть энергии выхлопа для вращения турбины. К приводному валу, который, в свою очередь, соединяется с коробкой передач, может быть присоединена дополнительная ступень турбины. Гребной винт соединяется с коробкой передач, которая создает большую часть тяги.

Тяга, создаваемая скоростью выхлопа, мала, потому что большая часть энергии выхлопа активной зоны используется для вращения приводного вала. Турбовинтовые (и турбовентиляторные) двигатели обычно имеют двухконтурный двигатель, в котором отдельная турбина и вал приводят в действие вентилятор и коробку передач соответственно. Турбовинтовые используются только для низкоскоростных самолетов, таких как грузовые самолеты. Пропеллеры становятся менее эффективными по мере увеличения скорости самолета.

Турбовентиляторный двигатель

Pratt

Современные авиакомпании используют турбовентиляторные двигатели для движения своих самолетов по воздуху. Это связано с их высокой тягой и топливной экономичностью. Турбореактивный двигатель является наиболее современной модификацией базовой газовой турбины. В ТРДД два вентилятора окружают основной двигатель. Один вентилятор находится в передней части основного двигателя, а другой — в задней. Вентилятор и турбина вентилятора соединены с дополнительным валом вентилятора. Вал вентилятора проходит через основной вал в двухконтурном двигателе. Для достижения более высокой эффективности некоторые двигатели имеют дополнительные золотники.

Турбовентилятор работает, улавливая поступающий воздух во впускное отверстие. Часть воздуха проходит через вентилятор в основной компрессор, а затем в горелку. Теплоотвод проходит через активную зону, вентиляторные турбины и выходит из сопла. Этот процесс аналогичен процессу турбореактивного двигателя. Остальной поступающий воздух перенаправляется вокруг двигателя после прохождения вентилятора. Воздух, проходящий через вентилятор, имеет несколько большую скорость, увеличенную от набегающего потока.

Отношение количества воздуха, перенаправленного вокруг двигателя, к количеству воздуха, проходящего через сердечник, называется коэффициентом двухконтурности. ТРДД с малой степенью двухконтурности более экономичны, чем базовые ТРД. Турбовентиляторный двигатель создает большую тягу для почти равного количества топлива, используемого активной зоной, потому что расход топлива немного изменяется при добавлении вентилятора. В результате турбовентилятор обеспечивает высокую эффективность использования топлива.

Воздух, проходящий через сердечник, а также воздух, проходящий вокруг двигателя, составляют тягу. Благодаря тому, что воздухозаборник охватывает передний вентилятор и имеет много лопастей, он может эффективно работать на более высоких скоростях, чем простой пропеллер.

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой

На этом изображении Pratt

Форсажная камера используется в сверхзвуковых самолетах, таких как Concorde, и отключается после достижения крейсерской скорости. Многие современные истребители используют ТРДД с малой степенью двухконтурности, оснащенные форсажными камерами для эффективных крейсерских условий и создания высокой тяги в воздушных боях, а также на ТРД для полета на сверхзвуковых скоростях, преодолевая резкое возрастание сопротивления вблизи скорости звука. Форсажная камера впрыскивает топливо непосредственно в горячий выхлоп. Сопло базового ТРД удлиняется и за соплом устанавливается кольцо пламегасителей. Дополнительное топливо впрыскивается через обручи в струю горячего выхлопа. Сгорающее топливо создает дополнительную тягу, но с неэффективной скоростью.

Горящее топливо предлагает простой механический способ увеличения тяги, но с неэффективной скоростью. Расчет тяги такой же, как у обычного турбореактивного двигателя, за исключением того, что значение тяги на выходе — это тяга на выходе из форсажной камеры.