Принцип действия турбины: Система турбонаддува — принцип работы турбины, устройство турбокомпрессора автомобиля

Система турбонаддува — принцип работы турбины, устройство турбокомпрессора автомобиля

Мощность двигателя автомобиля напрямую зависит от того, какое количество топлива и какой объем воздуха поступают в двигатель. Чтобы повысить мощность двигателя, логично увеличить количество этих компонентов. 

Просто увеличить количество топлива недостаточно, если при этом не увеличить объем воздуха, необходимого для максимально полного сгорания топлива. Использование турбокомпрессора дает возможность доставить больший объем воздуха в цилиндры, предварительно сжав его.

​

Принцип работы турбины двигателя таков: в цилиндры под давлением отработанных газов подается сжатый воздух, который вращает крыльчатку. Компрессор, расположенный на одном валу с крыльчаткой, нагнетает давление в цилиндр.

Турбонаддув от выхлопных газов – наиболее эффективная система увеличения мощности двигателя. Использование турбонаддува не увеличивает объем цилиндров и не влияет на частоту вращения коленвала.

Таким образом, помимо увеличения мощности, турбонаддув позволяет рационально расходовать топливо и уменьшить токсичность отработанных газов благодаря тому, что топливо сгорает полностью. 

Устройство турбокомпрессора автомобиля

Система турбонаддува используется не только в дизельных, но и в бензиновых двигателях.

Система турбонадува состоит из следующих элементов:

• Турбокомпрессора;
• Интеркулера;
• Перепускного клапана;
• Регулировочного клапана;
• Выпускного коллектора.

Как устроена турбина?

Ознакомьтесь подробнее со строением турбокомпрессора в инфографике:

Устройство турбокомпрессора

 

Принцип работы турбины дизельного двигателя

Работа дизельной турбины также основана на использовании энергии выхлопных газов. 

В общих чертах принцип работы турбины дизеля выглядит так.

От выпускного коллектора выхлопные газы направляются в приемный патрубок турбины, после попадают на крыльчатку, принуждая ее двигаться.  С крыльчаткой на одном валу расположен компрессор, который нагнетает давление в цилиндрах.

Основное отличие турбокомпрессорных агрегатов от атмосферных дизелей в том, что  здесь в цилиндры воздух подается принудительно и под высоким давлением. Поэтому на цилиндр попадает значительно большее количество воздуха. В сочетании с большим объемом подающегося топлива мы получаем прирост мощности порядка 25%. При этом пропорции воздушно-топливной смеси остаются неизменными.

Чтобы еще больше увеличить объем поступающего в цилиндры воздуха, используется интеркулер – устройство, предназначенное для охлаждения атмосферного воздуха перед подачей его в двигатель. Это позволяет за один цикл подать в цилиндр еще больше воздуха, так как, холодный, он занимает меньше места.

Технология турбонаддува используется в случаях, когда необходимо увеличить мощность мотора и при этом оставить неизменными его размеры и габариты.

Более наглядно схема работы турбины показана в этом видео:

 

 

 

Принцип работы дизельной турбины несколько отличается от работы турбины на бензиновом двигателе. В чем отличие? Давайте рассмотрим подробнее.

 

Отличие работы турбины бензинового двигателя

Основное отличие турбин бензинового двигателя от турбин дизельного в том, что последние раскручиваются с помощью выхлопных газов, температура которых достигает 850 градусов.  А турбина бензинового двигателя раскручивается с помощью газов, имеющих температуру от 1000 градусов. Имея одинаковый принцип работы, бензиновая турбина изготовлена из более жароустойчивых сплавов, нежели турбина дизельная.

Само строение бензиновой турбины также имеет некоторые отличия, в частности угол входа, крутка лопаток и т.д. По этой причине не стоит использовать дизельные турбины для наддува бензинового двигателя, впрочем, как и наоборот (подробнее в статье).

 

 

 Вернутся к списку «Статьи и новости»

Принцип работы турбины – как она работает

Турбокомпрессор или попросту турбина – это дополнительное устройство двигателя, которое для своей работы использует энергию отработавших газов. Что позволяет увеличить мощность двигателя на величину от 25% до 100%. Прежде чем понять, как работает турбокомпрессор, стоит рассмотреть функционирование двигателя внутреннего сгорания.

Принцип работы ДВС

Любой двигатель внутреннего сгорания, дизельный или бензиновый, работает на принципе получения энергии, образующейся от воспламенения топливовоздушной смеси в камерах сгорания. Через впускные клапаны в цилиндр подается отфильтрованный внешний воздух и впрыскивается топливо, причем при пассивной подаче воздуха, в цилиндр подается дозированное количество топлива. Именно эта смесь сгорает в цилиндре и заставляет двигаться поршень, который передает свою кинетическую энергию на ходовую систему автомобиля. Чем больше такой смеси подается и сгорает в цилиндрах, тем больше выходной крутящий момент и соответственно выше общая мощность мотора.

Принцип работы турбины

Для увеличения подачи воздуха в цилиндр, без изменения объема самого цилиндра, используют турбокомпрессор. При работе турбины используются продукты сгорания топливной смеси, которые приводят в действие роторный механизм турбокомпрессора, с помощью которого атмосферный воздух принудительно нагнетается в цилиндры (турбонаддув). И, благодаря этому, в цилиндр подается и большая дозировка топлива. Во время нагнетания, воздух может нагреваться, из-за чего уменьшается его плотность и масса в цилиндрах. Для подачи большего количества воздуха, его необходимо охладить. Для лучшего охлаждения используется радиаторное устройство, называемое интеркулером, который устанавливается на выходе из холодной части турбокомпрессора и через который проходит воздух перед попаданием в цилиндры. На следующем этапе поршень всасывает этот охлажденный воздух через впускные клапаны и одновременно в камеру сгорания подается топливо, образуется топливовоздушная смесь. Возгорание топливной смеси происходит от искры (бензиновые двигатели), либо от сжатия (дизельные двигатели). После того, как произошло сгорание порции смеси, продукты горения выбрасываются через выпускной клапан и попадают снова в турбину, на ее ротор. Таким образом, она работает без участия движущих частей двигателя, используя энергию потока выхлопных газов.

Для каждого двигателя турбокомпрессор подбирается индивидуально, исходя из его собственной мощности и объема. Причем величина наддува зависит от геометрических параметров (размеров) улиток, компрессорного колеса, ротора турбины. Некоторые конструкции двигателей оборудуют не одной турбиной, а двумя: одинакового размера – би-турбо, разного размера – твин-турбо. В последнее время широкое распространение получили турбокомпрессоры с механизмом изменяемой геометрии. Стоит отметить, что сложность, а соответственно и стоимость ремонта турбины зависит от ее конструктивных особенностей и модификации.

Механизм изменяемой геометрии

Такой механизм позволяет дозировать подачу отработавших газов на колесо в турбине (ротор). Тем самым, позволяет оптимизировать работу турбокомпрессора на различных оборотах.

Это достигается за счет движения специальных лопаток, смонтированных на кольце геометрии. Они синхронно передвигаются, получая движение от вакуумного актуатора или электронного сервопривода в определенный момент, и контролируют наддув. Как правило, устанавливаются они на дизельных ДВС, потому как температура выхлопных газов у бензиновых моторов выше, чем у дизеля, соответственно лопатки геометрии могут деформироваться. Такие турбины позволяют оптимизировать процесс турбонаддува, что приводит к уменьшению расхода топлива и вредных выбросов при одновременном повышении мощности и крутящего момента.

Многие автомобилисты ошибочно полагают, что турбокомпрессор начинает включаться в работу с оборотов мотора от 1500-2000 об/мин. На самом деле, он запускается сразу после заводки автомобиля и работает на холостом ходу. А оптимальных оборотов достигает в диапазоне свыше 1500 об/мин.

Турбокомпрессор достаточно надежный агрегат, однако если Вы столкнулись с его поломкой, решить проблему Вам помогут специалисты ТурбоМикрон. Мы производим замену турбины на автомобиле, а также ремонт снятых с авто турбокомпрессоров.

Что такое турбина? Принцип работы и типы турбин? |

Содержание

Что такое турбина?

Турбина представляет собой вращающуюся часть, преобразующую кинетическую энергию в механическую или электрическую энергию.

Принцип работы турбины:

Когда любая жидкость попадает на лопасть турбины, лопасти смещаются, что создает энергию вращения. Когда вал турбины напрямую связан с генератором, механическая энергия преобразуется в электрическую.

Типы турбин:

1. Водяная турбина:

Когда турбина вращается под действием воды, она называется водяной турбиной. Используется на гидроэлектростанциях.

Классифицируется на два типа:

• а. Турбины импульсного типа:
• b. Турбины реактивного типа:

(a) Турбины импульсного типа:

Работает по принципу второго закона Ньютона. Вместо лопастей на роторе установлено несколько эллиптических ковшей половинного размера. Когда вода с большой скоростью ударяется о ковши, ротор начинает вращаться, после чего кинетическая энергия воды преобразуется в механическую энергию.

Пример: Турбина Пелтона.

Турбина Пелтона используется при низкой скорости нагнетания и при наличии высокого напора.

(b) Турбины реактивного типа:

Лопасти этой турбины сконструированы таким образом, что сила создается сбоку, когда вода течет через них, как аэродинамический профиль. Сила, создаваемая водой, отвечает за подъемную силу и заставляет вращаться лопасть.

Пример: Турбина Каплана.

Турбины Каплана используются для высокого расхода наряду с низким или средним нагревом.

Турбина Фрэнсиса широко используется, так как она очень эффективна.

Турбины реактивного типа

2. Газовые турбины:

Используется в двигателях внутреннего сгорания, которые не вырабатывают электричество, но также помогают при взлете. Он содержит наборы вращающихся лопастей, которые могут всасывать огромное количество воздуха и сжимать его, что увеличивает температуру. Затем воздух используется для горения.

Типы газовых турбин:

1. ТРД
2. ПВРД
3. ТРДД и т. д.

Газовая турбина

3. Паровые турбины:

Используется на тепловых и атомных электростанциях. Вода нагревается, образуя пар, и когда она проходит через турбину, она производит электричество. Он состоит из вращающихся лопастей, называемых ротором, и неподвижных лопастей, называемых статором.

Метод стратегического размещения ротора и статора для извлечения максимальной энергии называется компаундированием.

Паровые турбины

4. Ветряные турбины:

Это доступно, чисто и экологически безопасно. Его ротор имеет 3 лопасти и сконструирован таким образом, что когда воздух проходит между лопастями, он начинает вращаться. Турбины вращаются на очень низких оборотах. Коробка передач добавлена ​​для увеличения скорости.

Типы ветряных турбин:

1. Турбина Савониуса с вертикальной осью.
2. Турбина Дарье с вертикальной осью.
3. Горизонтальная турбина с вертикальной осью.

Ветряные турбины

Если я оставил что-то еще, пожалуйста, прокомментируйте ниже.

Принципы работы авиационного газотурбинного двигателя

Преобразование энергии

Газотурбинный двигатель представляет собой разновидность теплового двигателя, преобразующего химическую энергию топлива в тепловую энергию. Тепловая энергия вызывает увеличение давления газа, которое преобразуется в кинетическую энергию в виде высокоскоростного потока воздуха. Кинетическая энергия преобразуется в механическую энергию, когда газы вращают ряд турбинных колес, приводя в действие компрессор и аксессуары. В случае турбовинтовых или турбовальных двигателей расширяющиеся газы могут также приводить в действие вторую силовую турбину, приводящую в движение воздушный винт или редуктор.

Цикл преобразования энергии

Цикл преобразования энергии в газотурбинном двигателе известен как цикл Брайтона (или цикл постоянного давления) . Подобно четырехтактному циклу Отто, цикл Брайтона имеет процессы впуска, сжатия, сгорания и выпуска. Однако, в отличие от поршневого двигателя, в газотурбинном двигателе все четыре события происходят одновременно и непрерывно. Газотурбинный двигатель способен непрерывно производить энергию. Чтобы поддерживать непрерывное производство энергии, газотурбинный двигатель должен сжигать большое количество топлива. [Рисунок 1]

Рис. 1. В газотурбинном двигателе воздух всасывается через воздухозаборник, сжимается в компрессоре, смешивается с топливом и воспламеняется в камерах сгорания, а выбрасывается через турбины и выхлопное сопло. . ГТД выполняет те же функции, что и цилиндр и поршень в поршневом двигателе. В газотурбинном двигателе эти четыре события происходят непрерывно

Непрерывное всасывание в газотурбинном двигателе всасывает окружающий воздух в двигатель через впускной канал к первой ступени компрессора. Каждая ступень компрессора увеличивает статическое давление воздуха. В камере сгорания топливо впрыскивается в поток входящего воздуха и воспламеняется, что приводит к непрерывному горению. В результате высвобождения тепловой энергии увеличивается объем воздуха при сохранении относительно постоянного давления.

Когда выхлопной воздух выходит из камеры сгорания, он проходит через турбину, где статическое давление воздуха падает, а объем воздуха продолжает увеличиваться. Поскольку поток расширяющихся газов относительно беспрепятственный, скорость резко возрастает. [Рисунок 2]

Рисунок 2 . На этой диаграмме показаны изменения давления и объема во время работы двигателя. Точка А представляет состояние воздуха непосредственно перед входом в компрессор. После того, как он попадает в компрессор, его давление увеличивается, а объем уменьшается. Точка B представляет собой давление и объем воздуха на выходе из компрессора. В точке C тепловая энергия расширяет объем воздушной массы практически без изменения давления. После нагрева воздух расширяется и теряет давление по мере прохождения через секцию турбины к точке D

Принципы работы

Принцип действия газотурбинного двигателя, обеспечивающего движение самолета, основан на законе импульса Ньютона. Этот закон гласит, что на каждое действие есть равное и противоположное противодействие; поэтому, если двигатель ускоряет массу воздуха (действие), он прикладывает силу к самолету (реакция). ТРДД создает тягу, придавая относительно медленное ускорение большому количеству воздуха. Старый чисто турбореактивный двигатель достигает тяги, сообщая большее ускорение меньшему количеству воздуха. Это была его основная проблема с расходом топлива и шумом.

Масса воздуха ускоряется в двигателе за счет использования непрерывного цикла. Окружающий воздух поступает во впускной диффузор, где он подвергается изменениям температуры, давления и скорости из-за эффекта набегания. Затем компрессор механически увеличивает давление и температуру воздуха. Воздух под постоянным давлением поступает в секцию горелки, где его температура повышается за счет сжигания топлива. Энергия берется из горячего газа за счет расширения через турбину, которая приводит в действие компрессор, и за счет расширения через выхлопное сопло, предназначенное для выпуска выхлопных газов с высокой скоростью для создания тяги.

Высокоскоростные газы из двигателя можно считать непрерывными, поскольку они передают эту силу воздушному судну, в котором он установлен, тем самым создавая тягу. Формулу тяги можно вывести из второго закона Ньютона, который гласит, что сила пропорциональна произведению массы на ускорение. Этот закон выражается формулой:

F = M × A

где;
F = сила в фунтах
M = масса в фунтах в секунду
A = ускорение в футах в секунду

В приведенной выше формуле масса аналогична весу, но фактически является другой величиной. Масса относится к количеству материи, а вес относится к силе тяжести на это количество материи. На уровне моря при стандартных условиях 1 фунт массы имеет вес 1 фунт. Для расчета ускорения данной массы в качестве единицы сравнения используется гравитационная постоянная. Сила тяжести составляет 32,2 фута в секунду в квадрате (фут/сек2). Это означает, что свободно падающий объект массой 1 фунт ускоряется со скоростью 32,2 фута в секунду каждую секунду, когда на него действует сила тяжести. Поскольку масса объекта составляет 1 фунт, что также является фактической силой, действующей на него под действием силы тяжести, можно предположить, что сила в 1 фунт ускоряет объект 1-1 со скоростью 32,2 фута/сек2.

Кроме того, сила в 10 фунтов ускоряет массу в 10 фунтов со скоростью 32,2 фута в секунду2.