Турбиновый двигатель: 7 главных минусов и 2 плюса турбомоторов

Содержание

Турбированный двигатель – ответы на все вопросы

Содержание статьи:

Я думаю, вы слышали фразу: «турбина», «турбированный», «турбонаддув» и т.д. Но не все точно знают значение этих слов и почему двигатель с наддувом называют турбированным – это не всегда верно. Ведь в нем может и не быть турбины. Эту разницу рассмотрим позже, когда разберемся с самим понятием, и как работает турбомотор.

Ответим на все вопросы, возникающие в умах неискушенных автолюбителей. Я уверен, что после прочтения этого материала, вы будите самым «подкованным» в вопросе турбонагнетателей. Сможете друзьям по гаражам рассказать, чем отличается турбированный мотор от атмосферного и какие в нем плюсы и минусы. Затронем вопрос масла, какое заливать в такие силовые агрегаты.

Давайте начнем с определения, что это такое. Пойдем дальше, повышая ваш уровень знаний.

Что такое турбированный двигатель и что это значит

Вы уже знаете, что в природе существуют обычные атмосферные двигатели, MPI моторы с распределенным впрыском топлива. Те же атмосферники, но конструкторы заморочились с дополнительными форсунками на каждый цилиндр (не путаем с непосредственным впрыском). Все они работают за счет всасывания воздуха самим силовым агрегатом. Давление во впускном коллекторе атмосферное, поэтому они так называются.

В конце 19, начале 20 века многие инженеры задумывались о повышении мощности за счет сжатия воздуха, подаваемого в камеры сгорания. Некий Альфред Бюхи в 1911 году запатентовал принцип турбонаддува. Он же смог впервые осуществить принудительное нагнетание воздуха в ДВС и увеличить его мощность на 120% . С того времени началась эра турбированных моторов.

Заканчиваем с историей, переходим к физике. Горение топлива в камерах цилиндров происходит с присутствием в них воздуха. Чтобы повысить мощность, нужно больше подать в них бензина. Но большое количество «горючки» не сможет воспламениться без повышенного количества кислорода, значит, его тоже нужно увеличить. А его увеличение возможно только за счет увеличение рабочего объема цилиндра. До определенного времени так оно и было. Безразмерно росли размеры двигателей – три, четыре, шесть литров с целью наращивания лошадиных сил.

Это приводило к большому потреблению топлива, а значит повышенным выбросам вредных веществ в атмосферу. Это экологам не понравилось. Они на государственном уровне стали лоббировать запрет на многообъемные силовые агрегаты. В результате автопроизводителям запретили безразмерно «раздувать» ДВС, ввели экологические нормы. В этот момент они вспомнили про принудительный наддув воздуха.

Им пришлось научиться к моторам, с малым рабочим объемом, прикручивать турбину или компрессор. Кстати, разница между этими двумя понятиями есть, об этом я подробно писал в статье «Отличия и достоинства компрессора и турбины для автомобиля». Поэтому, не стоит путать эти два определения. Назначение одинаковые, но принципы работы разные.

Простыми словами: турбированный двигатель – это «обычный» атмосферный мотор, к которому прикрутили турбинку.

Что дает турбина

Она увеличивает мощность силового агрегата. Пусть то будет бензиновый или дизельный ДВС. Мощность и крутящий момент с одного кубического сантиметра полезного объема цилиндра, возрастает в разы, в сравнении с «атмосферниками».

Кроме возросших лошадиных сил получаем экономию топлива, а соответственно – меньше вредных выбросов. Экологи испытывают экстаз. Есть свои недостатки, о них позже. Появилась проблема «турбоямы» – когда при резком нажатии на педаль газа на низких оборотах, автомобиль рычит, но не едет. Подхват начинается, когда мотор раскручивается до 2500-3000 оборотов в минуту. Это связано с особенностями работы турбины.

Рекомендую к прочтению: «Термотрансферная печать и ее преимущества»

Принцип работы турбонагнетателя

На гражданском автомобиле он представляет собой агрегат, состоящий из двух камер – горячей и холодной. Они герметически изолированы друг от друга. В них находится крыльчатка, лопасти вентилятора в каждой из них. Они насажены на общий вал. При вращении одной, синхронно вращается другая.

Нагнетание воздуха во впускной коллектор происходит крыльчаткой холодной части турбины. Воздух засасывается с улицы, сжимается, под давление поступает в цилиндры турбодвигателя.

Чтобы раскрутить лопасти холодной камеры, нужна энергия. А где ее взять? Догадались использовать энергию выхлопных газов. Они из выхлопного коллектора поступают в горячую часть турбинки, раскручивают крыльчатку. Она в свою очередь разгоняет лопасти холодной камеры, которые всасывают уличный воздух. Вот так, без дополнительных затрат энергии получилось принудительно надувать кислород в камеры сгорания.

Поэтому возникает эффект «турбоямы». При маленьких оборотах ДВС, скорости отработанных газов недостаточно, чтобы раскрутить крыльчатки. В холодной части не создается достаточного давления, всасывается воздуха меньше, чем необходимо. Поэтому происходит кратковременный провал мощности при резком нажатии на педаль газа. Нужно крутить мотор, чтобы он вышел на рабочие обороты, и смог «надуть» цилиндры. Скорость вращения крыльчаток турбоагрегата доходит до 100-150 тысяч об/мин.

Именно из-за того, что турбонагнетатель работает за счет энергии выхлопных газов и вращается с большой скоростью, у турбомоторов возникает ряд определенных проблем. Поэтому их многие недолюбливают, обходят стороной при покупке.

Атмосферный двигатель или турбированный – какой лучше

Для сравнения, рассмотрим достоинства и недостатки турбодвигателей. Хочу сразу сказать, что многие минусы могут быть минимизированы правильным обслуживание, соблюдением рекомендаций. Об этом поговорим позже.

Недостатки:

Качество топлива.
Качество масла.
Турбояма.
Необходимость остужать турбонагнетатель после длительной поездки на «холостых».
Небольшой ресурс.
Расход топлива и масла.

Разберем подробно каждый пункт.

1. Чем хуже бензин, тем он хуже сгорает. Так как турбина работает за счет выхлопных газов, на крыльчатке горячей части турбонагнетателя образуется нагар от несгоревшего топлива. Он со временем увеличивается, уменьшая эффективность наддува, сокращая срок службы лопастей и самого агрегата.

2. В турбированных нагнетателях используются подшипники скольжения. Они смазываются моторным маслом. Если его качество будет низкое или оно будет старое, подшипник разрушиться. Плюс ко всему высокие температуры от отработанных газов, просто могут «поджарить» его, оставив в подшипнике отличный нагар, который впоследствии «сожрет» его поверхности скольжения.

3. В последнее время инженеры научились уменьшать негативный эффект от этого явления. Используют системы с двумя турбокомпрессорами – битурбо или твин-турбо. Устанавливаются турбины с изменяемой геометрией, способные раскручиваться с самых низов.

4. Причину подробно описывал в этой статье, повторяться не буду. Знайте, дайте поработать ДВС на холостом ходу несколько минут, чтобы масло остудило подшипник и оно там не пригорело. Не рекомендуется глушить турбодвигатель сразу.

5. В некоторых случаях турбина «ходит» максимум до 150 тыс. километров пробега. Чаще её срок эксплуатации заканчивается на 100 тысячах. Большие нагрузки, температуры, да и не все соблюдают регламент обслуживания. Где-то, что-то сэкономить – вот главный девиз многих автовладельцев.

6. Это спорный вопрос. Если сравнивать турбодвигатель и атмосферный мотор одного объема, то расход у турбированного будет выше. Но и мощность будет выше, значит динамика лучше. Вы куда-то сможете поехать, а не пытаться обогнать велосипедиста всю дорогу.

7. Например. Два мотора объемом 1,4 с турбиной и без нее. У одного 150 лошадиных сил, у второго 70 лошадок. У первого расход будет выше – 6-8 литров, у второго 4-5 литра на сто километров. Но с каким двигателем вы получите больше удовольствия от вождения? Для городской езды атмосферника вполне может хватить, если кто привык ездить в стили сонной черепахи. Поэтому каждый должен для себя сам решить, атмосферный мотор или турбированный выбирать в плане экономии бензина.

8. По поводу смазочных материалов. Вопреки расхожему мнению, которое активно культивируют противники турбомоторов, исправный турбонагнетатель не «жрет» масло.

Если заметите небольшую посадку уровня на щупе, то он, возможно, садится из-за двигателя, угорает от его «высочайшего качества» или ошибок в конструкции. Помните эпопею с масложором фольксвагеновских моторов? Если турбина «подходит» к концу, тогда да, маслице через подшипник может вылетать как во впускной коллектор, засерая интеркулер, воздушные заслонки, впуск или в выпускной – привет катализатору или сажевому фильтру в случае с дизелем.

Плюсы:

Мощность и динамика разгона. Больше лошадиных сил с одного кубического сантиметра полезного объема двигателя.
Расход топлива. Если сравнивать с аналогичным атмосферным ДВС такой же мощности. Например, лошадиных сил по 150, но у атмосферника объем 2 литра, у турбированного – 1,4. Значит, последний будет меньше потреблять горючки, при одинаковой мощности. Вы будите радоваться такой же динамике, но не считать деньги на заправке.
Вес и размер. Маленький рабочий объем – меньше габариты и вес силового агрегата. В свое время были исследования, что если сократить массу автомобиля или его агрегатов на 50 килограмм, то расход топлива уменьшиться в пределах 1 литра на 100 километров.

А теперь делайте выводы, что для вас лучше, турбированный двигатель или атмосферный. Вам нравится быстро ездить и экономить на топливе, но тратиться больше на обслуживание, или «надежность» атмосферных лошадиных сил? Насчет последнего могу поспорить, особенно это касается моторов Киа Спортаж и Хёндай Сантафе – сто тысяч и привет – капиталка.

Рекомендуется при покупке подержанного автомобиля тщательно диагностировать турбину не предмет масленых потеков и посторонних звуков во время ее работы. Если они есть, возможно скоро придется её ремонтировать или менять.

Моторные масла

Масло для турбированных бензиновых или дизельных двигателей должно соответствовать рекомендациям завода-изготовителя авто. Не поленитесь, найдите инструкцию по эксплуатации. Там должно быть все подробно описано, начиная от допусков, заканчивая стандартами и вязкостью.

Если таковую не нашли, то рекомендуется использовать синтетические масла вязкостью 30. Например 5W-30 или 0W-30. Обязательно смотреть допуск. Например, для турбодвигателей Skoda он составляет 502,00. На канистре обозначается 502000.

Хочется еще отметить, что вязкость изменяется от температурного режима, где оно работает. В подшипнике турбины температура достигает больших значение. Чем выше она, тем вязкость становится ниже. Значит, нам нужно масло, которое сможет сохранять свои характеристики при температурах выше 100 градусов.

За это отвечает критерий «кинематическая вязкость». В 0W-40 она составляет 12,5. Вязкость W-30 – 9,3. Использовать ГСМ с более низкой вязкостью может быть опасно. При высоких температурах оно станет жидким, плохо будет смазывать поверхности подшипника турбины. Например, концерн Шкода рекомендует для своих турбированных двигателей заливать масло 0W-40.

Опять, смотрим допуск, Shell Ultra 0W-40 находится в заводском допуске, 0W-30, которое любит лить дилер – 504, небольшое отклонение от допустимого значения заводом-изготовителем моторов. Источник: drive2.ru

Вторым главным критерием масла для турбированных двигателей – периодичность замены. В этом случае не стоит обращать внимание на заводские рекомендации. В большинстве случаев они уходят далеко за 10 тысяч километра пробега. Этого делать нельзя.

Редакция «За рулем» провела испытание масел на разных пробегах. Пришла к выводу, что если мотор и турбина эксплуатируется в теплое время года и не имеют большого износа, то можно придерживаться заявленного заводом интервала замены масла. Если движок и его агрегаты уже «видали виды», то интервал нужно сократить. Вязкость при высоких температурах, которые наблюдаются в турбонагнетателе, при больших пробегах возрастает, что свидетельствует таблица результатов теста:

Рекомендуется на подержанных автомобилях менять масло не реже чем 7-8 тысяч километров. Это будет полезно для двигателя и для турбины. Вы сильно не разоритесь, но срок замены турбинки отодвинете.

Кроме того. Если у вас трассовый пробег, то желательно интервал замены масла в турбомоторах сократить до 5-6 тысяч. Это связано с постоянными нагрузками на турбонагнетатель, постоянным её разогревом. В городе он испытывает меньше нагрузок, так как работает в пол силы.

Важно! При городском пробеге рекомендуется ориентироваться не на километры пройденного пути от замены до замены масла, а на моточасы. Об этом подробно написано здесь.

Газовое оборудование

На турбодвигатели можно ставить газобаллонное оборудование. Есть ограничение. На подобные силовые агрегаты устанавливается только четвертое и пятое поколение ГБО. Более старые модификации устанавливать категорически нельзя. Это связано с невозможностью получить корректную топливовоздушную смесь. Что влечет к детонации и прогару выпускных клапанов и последующему разрушению турбины.

Отличие четвертого от пятого поколения газового оборудования для турбированного двигателя заключается:

Использование в 5 модификации более точного оборудования и способа подачи газа. Он поступает к газовым форсункам в жидком виде, в четвертом – в газообразном.
Пятое поколение персонализировано. То есть, на конкретный мотор устанавливается определенный комплект ГБО, перенести его на другой нельзя.
Срок службы 5 поколения рассчитан на весь период эксплуатации турбомотора.

Главный плюс газового оборудования для турбированных двигателей – экономия на топливе. Газ не имеет присадок, поэтому масло в паре с ним меньше окисляется, дольше сохраняет свои физические свойства.

Вывод

Заканчиваем словесный понос накуренного моториста, подведем итог. Турбированный двигатель – обычный мотор с турбиной. В угоду экологическим нормам и сокращению потребления топлива инженеры были вынуждены уменьшать объемы силовых агрегатов. Пользователи хотели больше мощности, поэтому пришлось «тулить» турбонагнетатель или компрессор.

Все недостатки турбомоторов перекрывает хорошая динамика автомобиля при небольших размерах ДВС и значительная экономия топлива в сравнении с большими моторами схожей мощности. Если хотите надежность – выбирайте атмосферники. Но стоит помнить, что это уже не те двигатели в стиле BSE от Фольксваген, где пробег до капиталки мог доходить до 500 тысяч километров.

Если сравнивать турбированные и атмосферные, то в современных реалиях выбор склоняется в сторону первых. При должном уходе вы получите удовольствие от вождения такого автомобиля. Да, затраты на его содержания будут выше, но незначительнее, чем у современных GDI-моторов, например.

Масло льем только качественное, стараемся покупать у проверенных продавцов. Экономия выйдет боком. Бензин – не ниже 98. В регионах 95 будет по качеству как 92, помните об этом. Интервал замены – 7-8 тысяч километров, если авто с пробегом, то чаще.

ГБО можно смело ставить. Только на силовые агрегаты с турбонаддувом устанавливаются 4 и 5 поколения казовое оборудование. Рекомендуется именно последняя модификация. Она дороже, но эффективнее и надежнее.

Почему турбированный двигатель автомобиля лучше, чем обычный?

Привычные атмосферные бензиновые двигатели, которые раньше демонстрировали престижность и высокий класс автомобиля, сегодня вытесняются турбированными моторами. Наддувные движки даже с маленьким объемом позволяют развить высокую скорость. При этом российские автовладельцы все еще не доверяют турбомоторам. Мы сравним турбированные движки и атмосферные, чтобы понять, какие из них лучше.

Чем отличается современный турбодвигатель от атмосферного

Различие этих двух вариантов моторов заключается в технологии поступления воздуха. В атмосферном силовом агрегате воздух проходит туда, где наблюдается более низкое давление. Он проникает в цилиндры под влиянием разрежения, которое создается на такте впуска. Поршень притягивает воздух.

Надувные силовые агрегаты работают по другой схеме. Чтобы в цилиндры попал воздух, применяется принудительный наддув. На впуске установлен своеобразный вентилятор.

Чтобы мощность силового агрегата увеличилась, в нем должно сгореть как можно больше топлива. Вызвать сгорание горючего может большой объем воздуха. На 1 л топлива требуется примерно один куб. м воздуха. Добиться этого можно двумя способами:

сделать ДВС больше. Несколько лет назад конструкторы пытались использовать эту схему и увеличивали объемы цилиндров и их количество. Так были созданы двигатели W12 и V16, имеющие объем 100 л. Но такая схема оказалась нецелесообразной, поскольку в итоге мотор получался очень тяжелым;

повысить объем сжигаемого топлива без расширения объема движка. Эта технология более целесообразна. Она предполагает принудительный наддув воздуха в цилиндре.

Рассмотрим принцип работы турбокомпрессора, на основе которого в цилиндры нагнетается много воздуха:

Воздух нагнетается в воздушный фильтр, а затем на турбокомпрессор.

После этого он сжимается и повышает объем кислорода. При сжатии воздушных масса происходит их нагрев, что уменьшает плотность воздуха.

Из турбокомпрессора воздух передается в интеркулер, где он охлаждается. После восстановления температуры повышается его плотность, что еще и сокращает риск детонации ТВС.

После этого воздух переходит через дроссель во впускной коллектор, а затем поступает в цилиндры силового агрегата. Кислорода в нем оказывается намного больше, чем в «атмосфернике». Большой объем кислорода дает возможность сжигать огромное количество горючего. В результате этого мощность двигателя увеличивается.

После сгорания ТВС выходит в выпускной коллектор, а затем горячей воздушный поток оказывается в турбине.

В процессе прохождения через турбину отработанные газы поворачивают вал турбины. Так происходит сжатие воздуха. Температура выхлопных газов становятся ниже, снижается давление, поскольку некоторое количество энергии тратится на поддержание функционирования компрессора.

В зависимости от вида движка и его комплектации турбокомпрессор может быть оборудован различными элементами:

blow-off. Это перепускной клапан, который предотвращает переход компрессора на режим Surge. Если дроссель внезапно закрывается, скорость воздушного потока в системе стремительно сокращается. При этом турбина еще поворачивается по инерции некоторое время с той же скоростью. Это приводит к перепадам давления за компрессором. Режим Surge может привести к поломке опорных подшипников турбины. Blow-off определяет момент внезапного закрытия заслонки и уводит в атмосферу лишнее давление, защищая турбокомпрессор от поломки;

wastegate. Это механический клапан, который контролирует давление, производимое турбокомпрессором. Большое количество бензиновых движков работает с Wastegate. Главной задачей этого клапана является создание свободного выхода выхлопов из системы, исключая прохождения через турбину. Это позволяет отслеживать энергию газов, регулировать давление наддува.

Почему турбодвигатель лучше, чем обычный

Современные турбодвигатели автомобилей имеют множество плюсов:

Хорошие показатели крутящего момента. Разгон автомобиля с любым видом коробки передач зависит от того, насколько быстро движок может достичь наивысшей мощности. Важно, чтобы мотор на маленьких оборотах мог обеспечивать хороший крутящий момент. Современные турбо двигатели изготавливают так, что повышенное давление наддува создается достаточно быстро. В итоге даже на невысоких оборотах можно получить отличный крутящий момент. Поскольку рост крутящего момента может вызвать высокую нагрузку на двигатель, в работу включается перепускной клапан. Он направляет потоки воздуха в обход турбины. Получается ровная полка крутящего момента. В «атмосфернике» такая полка отсутствует, поскольку тяга зависит от оборотов движка. Атмосферные движки на невысоких оборотах обеспечивают не такой же высокий крутящий момент, для получения хорошей динамики его нужно постоянно увеличивать.

Низкий расход топлива. Часть энергии отработанных газов атмосферных двигателей выходит вместе с выхлопами. В современном наддувном моторе используется давление и температура отработанных газов. Это экономит энергию и позволяет автомобилю развивать высокую скорость. Процесс заполнения цилиндров горючим полностью контролирует электроника. Наполнение атмосферных моторов зависит от температуры воздуха снаружи, оборотов коленвала, атмосферного давления и т.д.

Меньший вес. Поскольку турбомоторы имеют не очень большой объем, их масса невелика. При этом турбодвигатель обеспечивает высокую мощность.

Можно уверенно сказать, что новые турбодвигатели значительно превосходят атмосферные. И все же большинство выпускаемых легковых авто оборудуются старыми «атмосферниками». Это объясняется несколькими недостатками турбомоторов:

небольшой ресурс турбин. Как правило, турбина бензинового мотора служит до 150 тыс. км. Ее ремонт обходится дорого;

работа двигателя в неблагоприятных условиях. Поскольку давление и температура в цилиндрах турбины выше, это ускоряет износ мотора;

нестабильная тяга. На старых наддувных движках турбине требовалось некоторое время, чтобы заставить вращаться крыльчатку. Но новые технологии решили эту проблему.

Если вы приобретаете новое авто, выбирайте его с турбированным двигателем. Оно будет более экономичным и мощным. При бережной эксплуатации мотор долго не выйдет из строя. Если вы приобретаете подержанную машину, учитывайте пробег и состояние движка. Если автомобиль уже проехал 100 000 км, есть смысл заменить двигатель turbo на новый.

Приобрести новые и подержанные автомобили с турбированными двигателями можно у официального дилера РОЛЬФ. Компания предлагает широкий портфель брендов. Клиенты могут воспользоваться программой лояльности или выгодно оформить автокредит, подобрать оптимальную программу страхования. РОЛЬФ – лидер рынка и надежный партнер для клиентов.

25.08.2022

Как работают 4 типа газотурбинных двигателей

Прямой эфир с борта экипажа

Газотурбинные двигатели прошли долгий путь с 1903 года. Это был первый год, когда газовая турбина производила достаточно энергии, чтобы поддерживать свою работу. Дизайн был разработан норвежским изобретателем Эгидусом Эллингом, и он производил 11 лошадиных сил, что было огромным достижением в то время.

В наши дни газотурбинные двигатели бывают всех форм и размеров, и большинство из них производят много более 11 лошадиных сил. Вот 4 основных типа газотурбинных двигателей, а также плюсы и минусы каждого.

1) Турбореактивный двигатель

Википедия

Heinkel He 178, первый в мире турбореактивный самолет

Турбореактивные двигатели были первым из изобретенных типов газотурбинных двигателей. И хотя они выглядят совершенно иначе, чем поршневой двигатель в вашем автомобиле или самолете, они работают по той же теории: впуск , сжатие, мощность, выпуск .

Как работает турбореактивный двигатель?

Турбореактивные двигатели работают за счет пропускания воздуха через 5 основных секций двигателя:

Шаг 1: воздухозаборник

Воздухозаборник представляет собой трубу перед двигателем. Воздухозаборник может показаться простым, но он невероятно важен. Задача воздухозаборника — плавно направлять воздух на лопатки компрессора. На малых скоростях ему нужно минимизировать потери воздушного потока в двигатель, а на сверхзвуковых — замедлять воздушный поток ниже 1 Маха (воздух, поступающий в ТРД, должен быть дозвуковым, независимо от того, с какой скоростью летит самолет ).

Этап 2: Компрессор

Компрессор приводится в действие турбиной в задней части двигателя, и его работа заключается в сжатии поступающего воздуха, что значительно увеличивает давление воздуха. Компрессор представляет собой серию «вентиляторов», каждый из которых имеет лопасти все меньшего и меньшего размера. Когда воздух проходит через каждую ступень компрессора, он становится более сжатым.

Этап 3: Камера сгорания

Далее идет камера сгорания, где действительно начинается волшебство. Воздух высокого давления соединяется с топливом, и смесь воспламеняется. Когда топливовоздушная смесь сгорает, она проходит через двигатель к турбине. Турбореактивные двигатели работают на очень обедненной смеси, примерно 50 частей воздуха на 1 часть топлива (большинство поршневых двигателей работают в диапазоне от 6 к 1 до 18 к 1). Одна из основных причин, по которой турбины работают с таким обеднением, заключается в том, что для охлаждения турбореактивного двигателя необходим дополнительный поток воздуха.

Этап 4: Турбина

Турбина — это еще одна серия «вентиляторов», которые работают как ветряная мельница, поглощая энергию проходящего через нее воздуха с высокой скоростью. Лопатки турбины соединены с валом и вращают его, который также соединен с лопатками компрессора в передней части двигателя. «Круг жизни» турбореактивного двигателя почти завершен.

Этап 5: Выхлоп (также известный как «Я ухожу!»)

Топливно-воздушная смесь, сгоревшая на высокой скорости, выходит из двигателя через выхлопное сопло. Когда высокоскоростной воздух выходит из задней части двигателя, он создает тягу и толкает самолет (или то, к чему он прикреплен) вперед.

Турбореактивный двигатель на вынос:

Плюсы:

Относительно простая конструкция
Возможность очень высоких скоростей
Занимает мало места

Минусы:

Высокий расход топлива
Громко
Низкая производительность на малых скоростях

2) Турбовинтовой двигатель

Прямой эфир из кабины экипажа

King Air с турбовинтовыми двигателями

Следующие три типа газотурбинных двигателей представляют собой разновидности турбореактивных двигателей, и мы начнем с турбовинтовых. Турбовинтовой двигатель представляет собой турбореактивный двигатель, соединенный с воздушным винтом через систему зубчатых передач.

Как работает турбовинтовой двигатель?

Шаг 1 : Турбореактивный двигатель вращает вал, который соединен с коробкой передач.

Шаг 2 : Коробка передач замедляет вращение, и самая медленная передача соединяется с пропеллером

Шаг 3 : Пропеллер вращается в воздухе, создавая тягу точно так же, как ваша Cessna 172

Вынос турбовинтового двигателя:

Плюсы:

Очень экономичный
Наиболее эффективен на средней скорости 250-400 узлов
Наиболее эффективен на средних высотах 18 000–30 000 футов

Минусы:

Ограниченная скорость полета вперед
Системы зубчатых передач тяжелые и могут сломаться

3) Турбовентиляторный двигатель

Прямой эфир из кабины экипажа

Некоторые широкофюзеляжные турбовентиляторные двигатели могут развивать тягу более 100 000 фунтов

Турбовентиляторы сочетают в себе лучшее из обоих миров между турбореактивными и турбовинтовыми двигателями. И вы, вероятно, увидите эти двигатели, когда отправитесь в аэропорт на следующий рейс.

Как работает турбовентиляторный двигатель?

Турбовентиляторные двигатели работают путем прикрепления канального вентилятора к передней части турбореактивного двигателя. Вентилятор создает дополнительную тягу, способствует охлаждению двигателя и снижает уровень шума двигателя.

Шаг 1 : Входящий воздух разделяется на два отдельных потока. Один поток обтекает двигатель (перепускной воздух), а другой проходит через сердцевину двигателя.

Этап 2 : Байпасный воздух проходит вокруг двигателя и ускоряется канальным вентилятором, создавая дополнительную тягу.

Этап 3 : Воздух проходит через турбореактивный двигатель, продолжая создавать тягу.

Турбовентилятор на вынос:

Плюсы:

Экономичный
Тише турбореактивных двигателей
Они выглядят потрясающе

Минусы:

Тяжелее турбореактивных двигателей
Большая лобовая площадь, чем у турбореактивных двигателей
Неэффективен на очень больших высотах

USAF

ТРДД Pratt & Whitney F100 с форсажной камерой на F-16

4) Турбовальный двигатель

NASA

Вертолет Bell 206 с турбовальным двигателем

Турбовальные двигатели в основном используются на вертолетах. Самая большая разница между турбовальными и турбореактивными двигателями заключается в том, что турбовальные двигатели используют большую часть своей мощности для вращения турбины, а не для создания тяги в задней части двигателя.

Как работает турбовальный вал?

Турбовальные двигатели представляют собой турбореактивные двигатели с большим валом, соединенным с задней частью. А поскольку большинство этих двигателей используются на вертолетах, этот вал соединен с трансмиссией лопастей несущего винта.

Шаг 1 : Двигатель по большей части работает как турбореактивный.

Этап 2 : Приводной вал, прикрепленный к турбине, приводит в действие трансмиссию.

Этап 3 : Трансмиссия передает вращение от вала к лопасти ротора.

Шаг 4 : Вертолет, в основном неизвестными и магическими средствами, может летать по небу.

Вынос турбовального вала:

Плюсы:

Удельная мощность намного выше, чем у поршневых двигателей
Обычно меньше поршневых двигателей

Минусы:

Громко
Системы зубчатых передач, соединенные с валом, могут быть сложными и ломаться

4 типа двигателей, основанных на одной и той же базовой концепции

Газотурбинные двигатели прошли долгий путь развития за последние 100 лет. И хотя турбореактивные, турбовинтовые, турбовентиляторные и турбовальные двигатели имеют свои различия, они производят мощность практически одинаково: впуск, сжатие, мощность и выхлоп.

Станьте лучшим пилотом.
Подпишитесь, чтобы получать последние видео, статьи и викторины, которые помогут вам стать более умным и безопасным пилотом.

Зарегистрироваться >

НАЗВАНИЕ
- - Тег
- Автор
- Дата

газотурбинный двигатель | Британика

Заголовок

См. все медиа

Связанные темы:: удельная мощность
коптильня
пожарная турбина
газотурбинный двигатель открытого цикла
двигатель с регулируемым циклом

См. всю соответствующую информацию →

газотурбинный двигатель , любой двигатель внутреннего сгорания, использующий газ в качестве рабочего тела, используемого для вращения турбины. Этот термин также обычно используется для описания полного двигателя внутреннего сгорания, состоящего как минимум из компрессора, камеры сгорания и турбины.

Общие характеристики

Полезную работу или тягу можно получить от газотурбинного двигателя. Он может приводить в действие генератор, насос или воздушный винт или, в случае чисто реактивного авиационного двигателя, развивать тягу за счет ускорения потока выхлопных газов турбины через сопло. Большое количество энергии может быть произведено таким двигателем, который при той же мощности намного меньше и легче, чем поршневой двигатель внутреннего сгорания. Поршневые двигатели зависят от движения поршня вверх и вниз, которое затем должно быть преобразовано во вращательное движение с помощью коленчатого вала, тогда как газовая турбина напрямую передает мощность вращения вала. Хотя концептуально газотурбинный двигатель представляет собой простое устройство, компоненты эффективной установки должны быть тщательно спроектированы и изготовлены из дорогостоящих материалов из-за высоких температур и напряжений, возникающих в процессе эксплуатации. Таким образом, установки газотурбинных двигателей обычно ограничиваются крупными установками, где они становятся рентабельными.

Циклы газотурбинного двигателя

Большинство газовых турбин работают по открытому циклу, в котором воздух забирается из атмосферы, сжимается в центробежном или осевом компрессоре и затем подается в камеру сгорания. Здесь топливо добавляется и сжигается при практически постоянном давлении с частью воздуха. Дополнительный сжатый воздух, который проходит вокруг секции горения, а затем смешивается с очень горячими дымовыми газами, требуется для поддержания достаточно низкой температуры на выходе из камеры сгорания (фактически на входе в турбину), чтобы турбина могла работать непрерывно. Если блок должен производить мощность на валу, продукты сгорания (в основном воздух) расширяются в турбине до атмосферного давления. Большая часть мощности турбины требуется для работы компрессора; только остаток доступен для подачи работы вала к генератору, насосу или другому устройству. В реактивном двигателе турбина спроектирована так, чтобы обеспечить мощность, достаточную для привода компрессора и вспомогательных устройств. Затем поток газа выходит из турбины при промежуточном давлении (выше местного атмосферного давления) и подается через сопло для создания тяги.

Сначала рассматривается идеализированный газотурбинный двигатель, работающий без потерь по этому простому циклу Брайтона. Если, например, воздух поступает в компрессор при температуре 15 ° C и атмосферном давлении и сжимается до одного мегапаскаля, он затем поглощает тепло от топлива при постоянном давлении до тех пор, пока температура не достигнет 1100 ° C перед расширением через турбину обратно в атмосферное. давление. Для этого идеализированного устройства потребуется мощность турбины 1,68 киловатта на каждый киловатт полезной мощности, при этом 0,68 киловатта потребляется для привода компрессора. Тепловой КПД агрегата (чистая произведенная работа, деленная на энергию, добавленную за счет топлива) составит 48 процентов.

Викторина «Британника»

Энергия и ископаемое топливо

От ископаемого топлива и солнечной энергии до электрических чудес Томаса Эдисона и Николы Теслы — мир живет за счет энергии. Используйте свои природные ресурсы и проверьте свои знания об энергии в этой викторине.

Фактическая производительность простого открытого цикла

Если для агрегата, работающего в пределах одного и того же давления и температуры, компрессор и турбина имеют КПД всего 80 процентов (, т. е. , работа идеального компрессора равна 0,8-кратной фактической работе, а идеальный выход), ситуация резко меняется, даже если все остальные компоненты остаются идеальными. На каждый произведенный киловатт полезной мощности турбина теперь должна производить 2,71 киловатта, а работа компрессора становится равной 1,71 киловатта. Тепловой КПД падает до 25,9.процент. Это иллюстрирует важность высокоэффективных компрессоров и турбин. Исторически сложилось так, что разработка эффективных компрессоров была труднее, чем эффективные турбины, что задержало разработку газотурбинного двигателя. Современные агрегаты могут иметь КПД компрессора 86–88 процентов и КПД турбины 88–90 процентов при проектных условиях.

Эффективность и выходная мощность могут быть увеличены за счет повышения температуры на входе в турбину. Однако все материалы теряют прочность при очень высоких температурах, а поскольку лопатки турбин движутся с большими скоростями и подвергаются сильным центробежным нагрузкам, температура на входе в турбину выше 1100°C требует специального охлаждения лопаток. Можно показать, что для каждой максимальной температуры на входе в турбину существует оптимальная степень повышения давления. Современные авиационные ГТУ с охлаждением лопаток работают при температуре на входе в турбину выше 1370°С и степени повышения давления около 30:1.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Промежуточное охлаждение, подогрев и регенерация

В авиационных газотурбинных двигателях необходимо обращать внимание на массу и размер диаметра. Это не позволяет добавлять дополнительное оборудование для повышения производительности. Соответственно, двигатели коммерческих самолетов работают по идеализированному выше простому циклу Брайтона. Эти ограничения не распространяются на стационарные газовые турбины, в которые могут быть добавлены компоненты для повышения эффективности. Улучшения могут включать (1) снижение работы сжатия за счет промежуточного охлаждения, (2) увеличение мощности турбины за счет повторного нагрева после частичного расширения или (3) снижение расхода топлива за счет регенерации.

Первое усовершенствование предполагает сжатие воздуха при почти постоянной температуре. Хотя этого нельзя достичь на практике, это можно приблизить к промежуточному охлаждению (, т. е. , сжимая воздух в два или более этапа и охлаждая его водой между этапами до его начальной температуры). Охлаждение уменьшает объем обрабатываемого воздуха, а вместе с ним и необходимую работу сжатия.

Второе усовершенствование включает повторный нагрев воздуха после частичного расширения через турбину высокого давления во втором наборе камер сгорания перед подачей его в турбину низкого давления для окончательного расширения. Этот процесс аналогичен повторному нагреву, используемому в паровой турбине.

Оба подхода требуют значительного дополнительного оборудования и используются реже, чем третье усовершенствование. Здесь горячие выхлопные газы турбины проходят через теплообменник или регенератор для повышения температуры воздуха, выходящего из компрессора перед сгоранием. Это уменьшает количество топлива, необходимое для достижения желаемой температуры на входе в турбину.