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

Зачем нужна и как работает турбина

Подписывайтесь на наши соц.сети!

ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОЕ СОГЛАШЕНИЕ

Я, субъект персональных данных, в соответствии с
Федеральным законом от 27 июля 2006 года № 152 «О персональных данных» предоставляю
ООО «Мега групп» (далее — Оператор), расположенному по адресу 115191, г. Москва,
Духовской переулок, дом 17, стр. 15, согласие на обработку персональных данных,
указанных мной в форме веб-чата и/или в форме заказа обратного звонка на сайте в
сети «Интернет», владельцем которого является Оператор.

Состав предоставляемых мной персональных данных является следующим: ФИО, адрес
электронной почты и номер телефона.
Целями обработки моих персональных данных являются: обеспечение обмена короткими
текстовыми сообщениями в режиме онлайн-диалога и обеспечение функционирования
обратного звонка.
Согласие предоставляется на совершение следующих действий (операций) с указанными в
настоящем согласии персональными данными: сбор, систематизацию, накопление,
хранение, уточнение (обновление, изменение), использование, передачу
(предоставление, доступ), блокирование, удаление, уничтожение, осуществляемых как с
использованием средств автоматизации (автоматизированная обработка), так и без
использования таких средств (неавтоматизированная обработка).
Я понимаю и соглашаюсь с тем, что предоставление Оператору какой-либо информации о
себе, не являющейся контактной и не относящейся к целям настоящего согласия, а равно
предоставление информации, относящейся к государственной, банковской и/или
коммерческой тайне, информации о расовой и/или национальной принадлежности,
политических взглядах, религиозных или философских убеждениях, состоянии здоровья,
интимной жизни запрещено.
В случае принятия мной решения о предоставлении Оператору какой-либо информации
(каких-либо данных), я обязуюсь предоставлять исключительно достоверную и актуальную
информацию и не вправе вводить Оператора в заблуждение в отношении своей личности,
сообщать ложную или недостоверную информацию о себе.
Я понимаю и соглашаюсь с тем, что Оператор не проверяет достоверность персональных
данных, предоставляемых мной, и не имеет возможности оценивать мою дееспособность и
исходит из того, что я предоставляю достоверные персональные данные и поддерживаю
такие данные в актуальном состоянии.
Согласие действует по достижении целей обработки или в случае утраты необходимости в
достижении этих целей, если иное не предусмотрено федеральным законом.
Согласие может быть отозвано мною в любое время на основании моего письменного
заявления.

Турбокомпрессор — неисправности и ремонт — журнал За рулем

LADA

УАЗ

Kia

Hyundai

Renault

Toyota

Volkswagen

Skoda

Nissan

ГАЗ

BMW

Mercedes-Benz

Mitsubishi

Mazda

Ford

Все марки

Изучаем основные неисправности турбокомпрессоров и технологии их восстановления.

Многие автомобилисты с опаской относятся к ремонту турбокомпрессоров. И не без оснований. При этом производители разрешают ремонтировать некоторые турбины и даже выпускают оригинальные комплектующие, а иные и вовсе занимаются промышленным восстановлением агрегатов. Причиной же невысокого ресурса перебранных турбин зачастую является пресловутый человеческий фактор.

Презумпция невиновности

Турбокомпрессор (ТК) работает на перекрестке нескольких систем двигателя, и его здоровье зависит от исправности других узлов. Поэтому при появлении любых нареканий по поводу работы ТК важно провести вдумчивую диагностику узла в составе мотора. Диагностика необходима и в случае выхода турбины из строя — она послужит гарантией, что новая или отремонтированная турбина не преставится через пару тысяч километров.

Сначала с помощью компьютера проверяют систему управления двигателем в целом и отдельные датчики. Абсолютное большинство турбин оборудовано механизмом регулирования давления наддува; его сбой запросто может быть следствием банальной неисправности — например, неправильного сигнала от расходомера воздуха. Нередки случаи, когда из-за игнорирования такой диагностики в профильные компании по ремонту ТК привозят… исправные агрегаты.

Материалы по теме

Выбираем автомобиль с пробегом — чек-лист неисправностей

Здоровье турбины зависит от герметичности систем впуска и выпуска двигателя и давления в них. Если, к примеру, забиты нейтрализатор и воздушный фильтр, манометры покажут повышенное разрежение на впуске и увеличенное противодавление на выпуске. Работа в таких условиях серьезно сокращает ресурс внутренних элементов ТК: подшипников, уплотнителей и самого вала. При больших перепадах давления турбина из-за конструктивных особенностей начинает сильнее гнать масло на впуск — патрубок и впускной трубопровод покрываются жирным налетом.

Негерметичность систем впуска и выпуска также вызывает опасные перепады давления. А банальная экономия на замене воздушного фильтра или несвоевременное устранение подсоса воздуха за его корпусом приводят к износу компрессорного колеса турбины. Его лопатки стачиваются попадающими внутрь частицами песка.

Распространенная причина выхода ТК из строя — попадание инородных предметов в крыльчатки. Порою это случается из-за разгильдяйства механика, который при обслуживании машины оставил во впуске ветошь или уронил внутрь шайбу. Или из-за непредвиденного разрушения деталей мотора, когда, например, отваливается электрод от свечи. Вал турбины вращается с огромной скоростью, и попадающие на крыльчатки инородные предметы значительно их деформируют, из-за чего турбину может даже заклинить. В итоге ротор ломается пополам от скручивания. В этом случае ремонтировать агрегат бессмысленно.

К характерным повреждениям крыльчаток и вала приводит так называемый перекрут турбины, то есть превышение допустимых оборотов. Речь не только о неграмотном чип-тюнинге — перекрут может быть спровоцирован и обидным стечением обстоятельств. Например, из-за ошибочных показаний датчика расхода воздуха с запаздыванием срабатывает механизм регулирования давления наддува. ТК работает в очень жестких условиях (взять хотя бы термическую нагрузку), и даже незначительное отклонение от допустимых режимов приводит к непоправимым последствиям.

Материалы по теме

Почём вторая жизнь моторов: как восстанавливают двигатели

Описанные причины отказов турбин встречаются не так часто, основная доля приходится на неисправности в системе смазки ТК. В зазорах между валом турбины и его подшипниками должен присутствовать масляный клин, иначе происходит перегрев и износ валов, подшипников и уплотнений — вследствие контактной работы элементов. Чаще всего смерть турбины наступает из-за банального масляного голодания и посторонних частиц в масле.

ТК очень чувствителен к чистоте и качеству масла — больше, чем мотор. Во многом потому, что этот узел работает в тяжелых температурных режимах. В частности, на бензиновых двигателях отработавшие газы разогреваются аж до 1000 °C. Поэтому увеличенные интервалы замены масла и экономия на фильтре первым делом сокращают ресурс ТК.

Масляное голодание турбины имеет массу причин, о которых мало кто задумывается. Одна из распространенных — закоксовывание подводящей трубки. Зачастую она забивается полностью — и ТК работает на сухую. Не менее важна исправность масляного насоса двигателя, а также системы вентиляции картера. Часто именно из-за нее турбина незаметно умирает. Масло в корпус подшипников ТК поступает под давлением около 4 бар, а сливается из него в поддон двигателя самотеком. И даже незначительное повышение давления картерных газов сильно ограничит расход смазки через турбину, снижая несущую способность ее пленки, и приведет к ее просачиванию через уплотнения. Нередко это происходит из-за неисправного клапана вентиляции.

Многие ремонтники не учитывают все эти моменты, когда ставят турбину после диагностики или ремонта на двигатель. Как минимум, нужно исключить ее работу на сухую в первые секунды после пуска мотора. Для этого в корпус подшипников загодя заливают масло.

Если не обращать внимания на перечисленные нюансы, турбина долго не протянет. А ремонтники, естественно, обвинят в недобросовестной работе тех, кто восстанавливал узел. Вот и боятся люди ремонтировать турбины.

Восстановлению подлежит

Производители турбин основательно подходят к их ремонту на своих производственных мощностях. Дальше всех в этом деле продвинулась фирма Honeywell (бренд Garrett). При восстановлении специалисты меняют картридж турбины (центральный корпус в сборе с валом, подшипниками и крыльчатками) и механизм регулирования давления наддува. Старые неповрежденные корпусы (холодную и горячую улитки) очищают и устанавливают обратно. На выходе имеем практически новый компрессор с полноценной заводской гарантией. Но даже Garrett восстанавливает турбины далеко не всех моделей своей линейки.

Всё про турбокомпрессоры, или Нагнетатель обстановки

Изучаем основные неисправности турбокомпрессоров и технологии их восстановления.

Всё про турбокомпрессоры, или Нагнетатель обстановки

Наше новое видео

Арго и Атлант — горячие новинки российской сборки

Мешает ли грязь или снег распознавать номера машин?

3 самых обсуждаемых поста в наших соцсетях в 2022-м

Понравилась заметка? Подпишись и будешь всегда в курсе!

За рулем в Дзен

Новости smi2. ru

Применение и функции турбин

Турбина является одним из наиболее часто используемых в настоящее время оборудования в машиностроении. Это вращающиеся машины, которые имеют разные области применения и разные функции, от гидроэнергетики до автогонок. В энергетической отрасли турбины можно найти на атомных, гидро-, теплоэлектростанциях и т. д. В этой области ветряные турбины также получают все больше и больше инвестиций и приложений. По сути, это моторные машины, т. е. приводимые в движение рабочим телом. Например, это концепция противодействующих насосов. Насосы подают рабочую жидкость, повышая ее давление и способствуя движению жидкости в трубопроводе.

Уникальной особенностью всех этих примеров является наличие лопастного ротора. В его конструкции, за исключением ветрогенераторов, имеются сопла, или неподвижные лопасти, отвечающие за направление жидкости в сторону движущихся лопастей. В этот момент происходит преобразование энтальпии1 жидкости в механическую энергию, то есть вращение оси. В турбинах, используемых для выработки электроэнергии, эта ось соединена с электрическим генератором, который затем способствует выработке электроэнергии. В турбинах, используемых в авиации, воздух, проходящий через оборудование, подвергается процессу сжатия с последующим сгоранием перед выходом из турбины, создавая тягу, необходимую для движения самолета.

При их применении внутри установок они работают с использованием насыщенного пара или перегретого пара, при этом конструктивная форма машины обычно мало меняется для каждого применения. Важная и широко используемая классификация относится к давлению нагнетания турбины. Турбины, у которых давление нагнетания больше атмосферного, называются турбинами с противодавлением. Если давление нагнетания ниже атмосферного, турбина называется конденсационной. Конденсационные турбины обычно представляют собой большие турбины, работающие на перегретом паре, с несколькими ступенями расширения, в которых в конце процесса остается только вода от процесса расширения и конденсации пара.

Вкратце, назначение турбины состоит в том, чтобы преобразовывать доступную энергию в поступающую в нее жидкость для выработки электроэнергии. По своей концепции турбина расширяет поступающую в нее жидкость, уменьшая ее давление или даже уменьшая ее внутреннюю энергию2.

Несколько конструктивных и технологических факторов влияют на способность преобразовать эту энергию, то есть на КПД машины. Классическим примером является количество лопастей и угол их наклона, а также качество их изготовления. Кроме того, с точки зрения установки потоки жидкости с большим количеством колебаний давления и расхода имеют тенденцию снижать эффективность машины.

Отличие редукционной турбины PROSUMIR (TRP) заключается в том, что она способна контролировать перепад давления в потоке, работая с насыщенным или перегретым паром. Таким образом, его можно применять на заводах, модулируя давление пара в соответствии с потребностями производственного процесса, без какого-либо изменения параметров, уже установленных на заводе.

Узнайте больше о TRP, решении PROSUMIR для использования энергии в паровых системах, на сайте www.prosumir.com.br.

1 Энтальпия: термодинамическое свойство, используемое в расчетах процессов сжатия и расширения, то есть необходимое при расчете мощности, развиваемой в турбинах

2 Внутренняя энергия: термодинамическое свойство, используемое для полного определения характеристик системы или измерения энергии в отношении к массе системы

3 Конденсация: термодинамический процесс, происходящий при постоянной температуре, при котором происходит переход из паровой фазы в жидкую

Для лучшего понимания приведенных выше терминов рекомендуется прочитать работу Борнакке и Зоннтага, « Основы термодинамики», из серии Van Wylen.

Секция турбины — Mypdh.engineer

Турбина преобразует часть кинетической (скоростной) энергии выхлопных газов в механическую энергию для привода компрессора газогенератора и вспомогательного оборудования. Единственной целью турбины газогенератора является поглощение от 60 до 70 процентов общей энергии давления от выхлопных газов. Точное количество энергии, поглощаемой турбиной, определяется нагрузкой, которую приводит турбина (т. Е. Размером и типом компрессора, количеством аксессуаров и нагрузкой, прикладываемой другими ступенями турбины). Эти ступени турбины могут использоваться для привода компрессора низкого давления (вентилятора), гребного винта и вала. Турбинная секция газотурбинного двигателя расположена позади или ниже по потоку от камеры сгорания. В частности, он находится непосредственно за выпускным отверстием камеры сгорания.

Сборка турбины состоит из двух основных элементов: входного направляющего аппарата турбины и лопаток турбины. [Рис. 1-60 и 1-61J. Элемент статора известен под разными названиями, из которых наиболее часто используются лопатки входного сопла турбины, направляющие лопатки входного отверстия турбины и диафрагма сопла. Лопасти входного сопла турбины расположены непосредственно за камерами сгорания и непосредственно перед турбинным колесом. Это самая высокая или самая высокая температура, при которой происходит контакт с металлическими компонентами двигателя. Температура на входе в турбину должна контролироваться, иначе могут быть повреждены лопатки на входе в турбину.

Рисунок 1-60. Входной направляющий аппарат турбины. Рис. 1-61. Лопасти турбины.

После того, как камера сгорания ввела тепловую энергию в массовый поток воздуха и равномерно подала ее на входные сопла турбины, сопла должны подготовить массовый поток воздуха для привода ротора турбины. Неподвижные лопасти входных сопел турбин имеют контур и установлены под таким углом, что образуют ряд небольших сопел, выпускающих газ с чрезвычайно высокой скоростью; таким образом, сопло преобразует переменную часть энергии тепла и давления в энергию скорости, которая затем может быть преобразована в механическую энергию через лопатки турбины.

Второе назначение входного сопла турбины — отклонять газы на определенный угол в направлении вращения колеса турбины. Поскольку поток газа из сопла должен поступать в канал лопатки турбины, когда она еще вращается, важно направлять газ в общем направлении вращения турбины.

Входной сопловой узел турбины состоит из внутреннего и внешнего кожухов, между которыми закреплены сопловые лопатки. Количество и размер используемых впускных лопаток различаются в зависимости от типа и размера двигателей. На рис. 1-62 показаны типичные входные патрубки турбины со свободными и сварными лопатками. Лопасти входного сопла турбины могут быть собраны между внешним и внутренним кожухами или кольцами различными способами. Хотя фактические элементы могут незначительно отличаться по конфигурации и конструктивным особенностям, есть одна особенность, присущая всем входным соплам турбины: лопатки сопла должны быть сконструированы так, чтобы допускать тепловое расширение. В противном случае из-за резких перепадов температуры могут возникнуть серьезные деформации или деформация металлических компонентов. Термическое расширение сопел турбин осуществляется одним из нескольких способов. Один метод требует свободной сборки опорных внутреннего и внешнего кожухов лопастей. [Рисунок 1-62AJ

Рисунок 1-62. Типовые узлы лопаток сопла турбины.

Каждая лопасть входит в контурный паз в кожухах, который соответствует форме аэродинамического профиля лопасти. Эти прорези немного больше, чем лопасти, что обеспечивает свободную посадку. Для дополнительной поддержки внутренний и внешний кожухи окружены внутренним и внешним опорными кольцами, которые обеспечивают повышенную прочность и жесткость. Эти опорные кольца также облегчают снятие лопаток сопла как единого целого. Без колец лопасти могли выпасть при снятии кожухов.

Другой метод конструкции с тепловым расширением заключается в установке лопастей во внутренний и внешний кожухи; однако в этом методе лопасти привариваются или приклепываются на место. [Рис. 1-62BJ. Должны быть предусмотрены некоторые средства для теплового расширения; поэтому либо внутреннее, либо внешнее кольцо кожуха разрезается на сегменты. Прорези, разделяющие сегменты, обеспечивают достаточное расширение, чтобы предотвратить напряжение и деформацию лопастей.

Роторный элемент турбинной секции состоит в основном из вала и колеса. [Рис. 1-63J Турбинное колесо представляет собой динамически сбалансированный узел, состоящий из лопастей, прикрепленных к вращающемуся диску. Диск, в свою очередь, крепится к главному передающему валу двигателя. Выхлопные газы, выходящие из лопаток входного сопла турбины, воздействуют на лопатки турбинного колеса, заставляя агрегат вращаться с очень высокой скоростью. Высокая скорость вращения создает большие центробежные нагрузки на турбинное колесо, и в то же время повышенные температуры приводят к снижению прочности материала. Следовательно, скорость и температура двигателя должны контролироваться, чтобы поддерживать работу турбины в безопасных пределах.

Рисунок 1-63. Роторные элементы турбины в сборе.

Турбинный диск без лопаток. Когда лопатки турбины установлены, диск становится турбинным колесом. Диск действует как анкерный элемент для лопаток турбины. Поскольку диск привинчен или приварен к валу, лопасти могут передавать на вал ротора энергию, которую они извлекают из выхлопных газов.

Обод диска подвергается воздействию горячих газов, проходящих через лопатки, и поглощает значительное количество тепла от этих газов. Кроме того, обод также поглощает тепло от лопаток турбины за счет теплопроводности. Следовательно, температура обода диска обычно высока и намного выше температуры более удаленной внутренней части диска. В результате этих температурных градиентов к вращательным напряжениям добавляются термические напряжения. Существуют различные способы хотя бы частичного снятия вышеупомянутых напряжений. Одним из таких методов является подача охлаждающего воздуха обратно на поверхность диска.

Другой способ снятия термических напряжений с диска связан с установкой лопаток. На ободе диска прошит ряд канавок или выемок, соответствующих конструкции хвостовика лопатки. Эти канавки позволяют прикрепить лопатки турбины к диску; в то же время за счет вырезов предусмотрено пространство для теплового расширения диска. Между хвостовиком лопатки и выемкой имеется достаточный зазор, чтобы обеспечить движение лопатки турбины, когда диск холодный. Во время работы двигателя расширение диска уменьшает зазор. Это приводит к тому, что корень лопасти плотно прилегает к ободу диска.

Вал турбины обычно изготавливается из легированной стали. [Рис. 1-63J. Он должен быть способен выдерживать воздействующие на него нагрузки с высоким крутящим моментом.

Способы соединения вала с диском турбины различаются. В одном способе вал приваривается к диску, который имеет встык или выступ, предусмотренный для соединения. Еще один способ – болтовое соединение. Этот метод требует, чтобы вал имел ступицу, которая подходит к обработанной поверхности на поверхности диска. Затем болты вставляются через отверстия в ступице вала и закрепляются в резьбовых отверстиях в диске. Из двух способов соединения чаще встречается болтовое соединение.

Вал турбины должен иметь средства для крепления к ступице ротора компрессора. Обычно это достигается путем нарезания шлица на переднем конце вала. Шпонка входит в соединительное устройство между валами компрессора и турбины. Если муфта не используется, шлицевой конец вала турбины может войти в шлицевую выемку в ступице ротора компрессора. Это шлицевое соединение используется почти исключительно с двигателями с центробежным компрессором, тогда как двигатели с осевым компрессором могут использовать любой из этих описанных методов.

Существуют различные способы крепления лопаток турбины, некоторые из которых аналогичны креплению лопаток компрессора. Наиболее удовлетворительный метод использует дизайн елки. [Рис. 1-64J

Рис. 1-64. Турбинная лопатка в форме елочки с фиксатором лопатки.

Лезвия удерживаются в соответствующих канавках различными способами, наиболее распространенными из которых являются проковка, сварка, стопорные язычки и клепка. На рис. 1-65 показано типичное колесо турбины с заклепками для крепления лопатки.

Рис. 1-65. Заклепочный способ крепления лопаток турбины.

Метод фиксации лезвия наклепом часто используется по-разному. Одно из наиболее распространенных применений наклепывания требует, чтобы перед установкой лезвия на кромке корня елки была сделана небольшая выемка. После того, как лопатка вставлена ​​в диск, выемка заполняется металлом диска, который «затекает» в нее посредством небольшой выколотки, сделанной в диске, примыкающем к выемке. Инструмент, используемый для этой работы, похож на кернер.

Другой метод удержания лезвия состоит в том, чтобы сконструировать основание лезвия таким образом, чтобы оно содержало все элементы, необходимые для его удержания. В этом методе основание лезвия используется в качестве упора, сделанного на одном конце основания, так что лезвие можно вставлять и снимать только в одном направлении, а на противоположном конце находится хвостовик. Этот выступ изогнут, чтобы закрепить лезвие в диске.

Лопатки турбин могут быть коваными или литыми в зависимости от состава сплавов. Большинство лезвий отлиты с высокой точностью и отшлифованы до желаемой формы. Многие лопатки турбин отлиты в виде монокристалла, что придает лопаткам лучшие прочностные и тепловые свойства. Теплозащитное покрытие, такое как керамическое покрытие, и охлаждение воздушным потоком помогают охлаждать лопатки турбины и впускные патрубки. Это позволяет повысить температуру выхлопных газов, повышая эффективность двигателя. На рис. 1-66 показана лопатка турбины с воздушными отверстиями для охлаждения.

Рисунок 1-66. Лопатка турбины с охлаждающими отверстиями.

Большинство турбин открыты по внешнему периметру лопастей; однако иногда используется второй тип, называемый закрытой турбиной. По сути, закрытые лопатки турбины образуют полосу по внешнему периметру турбинного колеса. Это повышает эффективность и характеристики вибрации, а также позволяет уменьшить вес сцены. С другой стороны, это ограничивает скорость турбины и требует большего количества лопастей. [Рисунок 1-67J

Рисунок 1-67. Лопасти турбины с кожухами.

В конструкции ротора турбины иногда возникает необходимость использовать турбины более чем одной ступени. Одно турбинное колесо часто не может поглощать достаточно энергии от выхлопных газов, чтобы приводить в движение компоненты, зависящие от турбины в плане вращательной мощности; таким образом, необходимо добавить дополнительные ступени турбины.

Ступень турбины состоит из ряда неподвижных лопаток или сопел, за которыми следует ряд вращающихся лопаток. В некоторых моделях турбовинтовых двигателей успешно используется до пяти ступеней турбины. Следует помнить, что независимо от количества колес, необходимых для привода узлов двигателя, перед каждым колесом всегда стоит сопло турбины.

Как было показано в предыдущем обсуждении ступеней турбины, время от времени использование более чем одного рабочего колеса оправдано в случаях больших вращательных нагрузок. Следует также отметить, что те же самые нагрузки, которые требуют многоступенчатых турбин, часто делают выгодным использование нескольких роторов компрессора.

В турбине с одноступенчатым ротором мощность создается одним ротором турбины, и все части, приводимые в движение двигателем, приводятся в движение этим единственным колесом. [Рис. 1-68J. Такое расположение используется в двигателях, где преобладает потребность в малом весе и компактности. Это самый простой вариант чисто ТРД. Многоступенчатая турбина показана на рисунке 1-69..

Рисунок 1-68. Одноступенчатая роторная турбина. Рис. 1-69. Многороторная турбина.

В двигателях с несколькими золотниками каждый золотник имеет собственный набор ступеней турбины. Каждый набор ступеней турбины вращает присоединенный к нему компрессор. Большинство турбовентиляторных двигателей имеют две катушки: низкого давления (вал вентилятора с несколькими ступенями сжатия и турбина для его привода) и высокого давления (вал компрессора высокого давления и турбина высокого давления). [Рис. 1-70J

Рисунок 1-70. Двухроторная турбина для компрессора с раздельным золотником.

Оставшийся элемент, который необходимо обсудить при ознакомлении с турбиной, — это кожух или корпус турбины.