Принцип работы турбины в дизельном двигателе: Как работает турбина на дизельном двигателе

Содержание

Основные принципы работы турбины дизельного двигателя

Надежность дизельных TDI

Установка турбонаддува позволила дизельному двигателю развивать большую мощность, а также увеличился КПД дизеля. Что касается моторов TDI, то данные двигатели являются достаточно надежными при условии правильной эксплуатации. Наиболее сильно на исправность этих ДВС влияет качество топлива и своевременное обслуживание. При должном уходе сам мотор может оказаться даже «миллионником».
Слабым местом TDI считаются форсунки и турбокомпрессор. Ресурс форсунок напрямую зависит от качества дизтоплива и общего состояния системы питания дизельного TDI. Срок службы турбины может варьироваться, средний показатель ресурса составляет 120-160 тыс. км.

Рис. 3. Принцип действия, устройство и схема наддува двигателя Компрекс

1 — выпускной трубопровод; 2 — впускной трубопровод; 5 — выход из ротора в выпускной трубопровод; 4 — подвод воздуха от фильтра.

Основной частью устройства является ротор с продольными и открытыми с обоих концов каналами, соединяющими впускные и выпускные трубопроводы. Когда при вращении ротора открывается канал, соединяющийся с выпускным трубопроводом А двигателя, отработавшие газы поступают в канал ротора и вытесняют из них воздух во впускной трубопровод Б и далее в цилиндры двигателя. При дальнейшем повороте ротора сначала перекрывается доступ отработавших газов в канал, а сжатый воздух может еще в течение некоторого времени выходить в открытый впускной трубопровод. Вскоре после закрытия канала, ведущего во впускной трубопровод, открывается канал, соединяющийся с выпускным трубопроводом 1, в котором давление газов ниже. Поэтому отработавшие газы, сжатые в продольных каналах, расширяются и по выпускному трубопроводу 1 выходят в атмосферу. Когда давление в продольном канале снизится, откроется другой конец канала, ведущий во впускной трубопровод 2, и под действием возникающей волны разрежения в канал из атмосферы засасывается новая порция свежего воздуха. В результате продольный канал очистится от отработавших газов и наполнится чистым воздухом. Продолжительность открытия каналов должна быть такой, чтобы отработавшие газы не проникли во впускной трубопровод.

Частота вращения ротора устройства Компрекс и длина продольных каналов в роторе подбираются с таким расчетом, чтобы волна давления успела пройти в течение времени открытия канала с одного его конца до другого. Для того чтобы частота вращения ротора не получилась слишком большой, на каждой стороне ротора имеется два входа и два выхода. За один оборот ротора волна давления в обоих направления проходит дважды. Ранее привод ротора нагнетателя Компрекс осуществлялся от коленчатого вала с помощью клиноременного вариатора; в настоящее время привод ротора осуществляется с помощью клиноременной передачи с постоянным передаточным отношением, при этом максимальная частота вращения ротора составляет 14000 об/мин.

Нагнетатель Компрекс сочетает достоинства турбонагнетателя — низкий удельный расход топлива и малые габариты — и нагнетателя с механическим приводом — плоскую кривую крутящего момента с максимумом при низких частотах вращения, а также быструю реакцию на изменение частоты вращения двигателя. Расчет системы наддува Компрекс весьма трудоемок, и разработка ее основана больше на экспериментальных доводках.

Поделитесь этой страницей в соц. сетях или добавьте в закладки:
Другие материалы о двигателях на сайте:
Способы повышения мощности двигателя своими руками
Как измерить компрессию?
Уход за двигателем автомобиля: главные моменты
Ремонт и диагностика дизельного двигателя
Причины перегрева двигателя автомобиля

Как работает турбина на двигателе Рено K9K 1.5 DCI

В начале 2000 годов совместно с компанией Nissan, французский автоконцерн начал выпуск с конвейера автотранспортных средств, в котором стоит дизельный двигатель 1.5DCI с индексацией K9K. Производится он по сегодняшний день и его выпуск считается самым массовым среди дизельных двигателей, разработанных компаниями Ниссан и Рено. Устанавливается на такие автомобили, как: Renault, Nissan, Dacia, Suzuki.

В состав конструкции его входят следующие элемента: двигатель, с четырьмя цилиндрами работающий по принципу впрыска топливно-воздушной смеси – Common Rail, система турбонаддува, а также общая топливная рампа.

Этот двигатель способен развить параметры мощности, равные 110 лошадиных сил. В целом, двигатель, при надлежащем обслуживании и своевременно выполнении всех регламентированных ТО, может проехать около 300 тысяч километров, не прибегая к капитальному ремонту.

Стоимость ее ремонта или замены сильно ударит по кошельку владельца, так что лучше предотвратить возможность возникновения проблем с турбиной.

Турбонаддув TDI турбина с изменяемой геометрией

От эффективности работы турбоанддува TDI в значительной мере зависит не только динамика, но и экономичность наряду с экологичностью. Правильное наддува воздуха должно быть реализовано в максимально широком диапазоне. По этой причине на моторы TDI ставится турбокомпрессор с изменяемой геометрией турбины.

Ведущие производители турбин в мире используют следующие названия:

  • Турбина VGT (от англ. Variable Geometry Turbocharger, что означает турбокомпрессор с изменяемой геометрией). Производится BorgWarner.
  • Турбокомпрессор для дизеля VNT (от англ. Variable Nozzle Turbine, что означает турбина с переменным соплом). Это название использует фирма Garrett.

Турбонагнетатель с изменяемой геометрией отличается от обычной турбины тем, что имеет возможность регулировки как направления, так и величины потока отработавших газов. Данная особенность позволяет добиться наиболее подходящей частоты вращения турбины применительно к конкретному режиму работы ДВС. Производительность компрессора в этом случае сильно повышается.

Например, турбина VNT имеет в основе конструкции специальные направляющие лопатки. Дополнительно имеется механизм управления, а также отмечено наличие вакуумного привода. Указанные лопатки турбины производят поворот на необходимый угол вокруг свой оси, тем самым способны менять скорость и направление потока выхлопа. Это происходит благодаря изменению величины сечения канала.

Механизм управления отвечает за поворот лопаток. Конструктивно механизм имеет кольцо и рычаг. На рычаг оказывает воздействие вакуумный привод, который управляет работой механизма посредством специальной тяги. Вакуумный привод управляется отдельным клапаном, который ограничивает давление наддува. Клапан является составным элементом электронной системы управления ДВС и срабатывает зависимо от показателей величины давления наддува. Эта величина измеряется отдельными датчиками:

  • температурный датчик, который измеряет температуру воздуха на впуске;
  • датчик давления наддува;

 
Другими словами, турбонаддув на TDI работает так, чтобы давление наддувочного воздуха всегда было оптимальным на разных оборотах двигателя. Фактически, турбина дозирует энергию потока отработавших газов.

  1. Как известно, на низких оборотах двигателя скорость потока (энергия) выхлопа является достаточно низкой. В таком режиме направляющие лопатки обычно закрыты, чем достигается минимальное сечение в канале. В результате прохождения через такой канал даже небольшое количество газов более эффективно крутит турбину, заставляя компрессорное колесо вращаться заметно быстрее. Получается, турбокомпрессор обеспечивает большую производительность на низких оборотах.
  2. Если водитель резко нажимает на газ, тогда у обычной турбины возникает эффект так называемой «турбоямы». Под турбоямой следует понимать задержку отклика на нажатие педали газа, то есть не моментальный прирост мощности, а подхват после небольшой паузы. Такая особенность обусловлена инерционностью системы турбонаддува, в результате чего потока газов оказывается недостаточно в  момент резкого увеличения оборотов коленвала. В турбинах с изменяемой геометрией направляющие лопатки осуществляют свой поворот с определенной задержкой, что позволяет поддерживать нужное давление наддува и практически избавиться от турбоямы.
  3. При езде на высоких и приближенных к максимальным оборотах двигателя отработавшие газы имеют максимум энергии. Чтобы предотвратить создание избыточного давления наддува лопатки в турбинах с изменяемой геометрией поворачиваются так, чтобы мощный поток газов двигался по широкому каналу с наибольшим поперечным сечением.

Относительно малый ресурс турбокомпрессора связан с тем, что на TDI ставятся исключительно турбины с изменяемой геометрией. Турбокомпрессор во время работы двигателя раскручивается до 200 тыс. об/мин и постоянно взаимодействует с потоком разогретых до 1000 градусов по Цельсию выхлопных газов. Такие температурные и механические нагрузки, а также индивидуальные особенности конструкции указанных турбин сравнительно быстро приводят к необходимости ремонта или замены турбокомпрессора.

Турбина что это такое

Если не углубляться в подробности, а объяснить простыми словами, то турбина – это механический элемент автотранспортного средства, предназначенное для подачи воздушных масс в полости цилиндров двигателя под определенным давлением нагнетания. Конечная цель установки этого агрегата – это достижение максимально возможных мощностных параметров не изменяя рабочий объем камер сгорания.

На это повлиял тот момент, что благодаря подаче воздушной смеси, состоящей из атмосферных и выхлопных газов, под давлением наддува в рабочие камеры цилиндров, горение топливно-воздушной смеси осуществляется намного лучше и результатом этого является повышенная мощностная отдача.

В настоящее время данный агрегат является эффективным не только в плане повышения динамических качеств автомобиля, но позволяет достичь хороших показателей экономичности расхода топлива, а также понижение выбросов в атмосферу токсичных выхлопных газов.

Как проверить турбину дизельного двигателя признаки надвигающихся проблем

Понять, что схема работы турбины дизельного двигателя нарушена, можно по следующим признакам:

  • значительно падает мощность двигателя;
  • из выхлопной трубы валит сизый дым;
  • повышенный расход масла;
  • появляется запах горелого масла;
  • двигатель работает неравномерно на холостых оборотах.

Конечно же, лучше придерживаться правил эксплуатации и предотвратить возникновение поломок данной детали, так как восстановление и установка турбины на дизельный двигатель – довольно дорогостоящие процедуры. Кроме того, ее поломка может вызвать и нарушение работы всего двигателя. Самостоятельно такие операции сделать почти невозможно, если вы не автослесарь высшего разряда с собственной мастерской.

Таким образом, следует следить за уровнем и качеством масла в системе смазки и, конечно же, своевременно его заменять, использовать только высококачественные составы. Также нельзя резко набирать обороты, особенно на недостаточно прогретом движке, недопустим засор масляных каналов, так как это способствует возникновению перебоев в подаче смазки, и, безусловно, нужно своевременное охлаждение турбины дизельного двигателя.

Если топливная смесь будет переобогащенной, т. е. больше топлива, чем воздуха, то в таком случае цвет выхлопа будет черным. К тому же характерная особенность этой проблемы в потери мощности. Происходит это из-за нарушения в работе системы газораспределения. Сизый или белый дым выхлопа свидетельствует о попадании моторного масла в камеры сгорания цилиндров. В это же время расход масла значительно увеличивается.

Далее следует проверить ротор и фильтр турбины. Люфт ротора должен быть незначительным, при этом он не должен задевать стенки корпуса. В противном случае требуется оперативный ремонт.

Если фильтр забит грязью и пылью он не сможет пропускать через себя достаточное количество воздуха. В результате в картридже подшипников и в корпусе турбрнагнетателя создаётся разница в давлении, которая выдавливает масло в компрессор.

Если и фильтр не причина неисправности, дальнейший этап это проверка системы подачи масла, а точнее всех патрубков на наличие трещин и заломов. Для подобной проверки потребуется завести двигатель. Если слышен скрип и свист, значит, есть трещина в патрубке и нужно её устранить. Если есть помощник, то можно передавить патрубок между турбрнагнетателем и впускным коллектором, после чего сильно погазовать. Если трещин нет, патрубок увеличивается в размерах. Для устранения неисправностей, связанных с турбокомпрессором при отсутствии знаний и навыков лучше обратиться к специалистам. В противном случае из-за незначительной неисправности может выйти из строя турбина в целом, что грозит дополнительными финансовыми расходами.

Статья написана по материалам сайтов: techautoport.ru, eronturbo.ru, carnovato.ru.

В чём суть

История турбокомпрессора почти так же стара, как и история двигателя внутреннего сгорания. Ещё в конце XIX века Готтлиб Даймлер и Рудольф Дизель исследовали увеличение выходной мощности и снижение расхода топлива своих двигателей при предварительно сжатом воздухе для горения. Для стандартных автомобилей турбокомпрессоры были собраны только в 70-е годы.

Турбокомпрессор является составной частью двигателя, который стал результатом многих лет работы по поиску компромисса между увеличением мощности двигателя, уменьшением его веса и уменьшением расхода топлива. Его конструкция увеличивает давление поступающего воздуха к двигателю, используя энергию выхлопных газов, что позволяет расширить характеристики турбокомпрессоров.

Видео о работе турбокомпрессора:

При повышении сжатия воздуха, то есть при количестве газа, расположенного в том же качестве, его температура повышается. Чем выше температура, тем ниже плотность, что означает меньшее количество кислорода, который подаётся в цилиндр. Чтобы сделать процесс сгорания ещё более эффективным, используется интеркулер.

Порядок проверки

Если нет возможности проверить турбинное устройство в автосервисе, то это можно сделать самостоятельно, не покидая гаража. Для начала проводится визуальный осмотр устройства. Изучается цвет дыма. Беловатые выхлопы говорят о том, что воздуховоды забиты, либо сливной масляный провод засорен. Если дым напоминает копоть, то подтверждает утечку масла. Сизость дымка говорит о том, что течет масло. После попадания в камеру, оно придает дыму сизоватость. Чтобы убедиться в своей правоте, необходимо снять фильтр очистки воздуха. Если он чист – причину искать следует в другом.

Теперь двигатель следует прогреть и приступить к очередному проверочному этапу, и пригласить на помощь напарника. Ищем патрубок, идущий от турбины к впускному коллектору. Пережав патрубок, даем команду давить на газ несколько секунд. По второй команде педаль резко отпускается. Рука, лежащая на патрубке, будет ощущать, как он расширяется. Это свидетельствует о том, что воздушное давление велико. Если такого не происходит – турбина вышла из строя. Проще всего, если есть датчик давления турбины. По его работе быстро определяется пригодность турбинного устройства. Необходимо помнить, что турбина считается довольно чувствительной частью мотора, и способна утратить работоспособность по малейшим причинам. Но продлить ее срок эксплуатации возможно, организовав за двигателем минимальный уход.

Недостатки

Как это ни странно, но у этого устройства есть свои недостатки. Основной недостаток – это, конечно же, то, что турбина приводит к большой потере топлива. Происходит это потому, что в камеру сгорания попадает больше воздуха, соответственно и топлива тоже больше.

Вторым недостатком считается то, что при работе двигателя и турбины в таком режиме увеличивается температура, которую требуется немедленно понизить. Чтобы мотор не сломался, потребуется дополнительное охлаждение. Усовершенствование системы охлаждения тоже подразумевает финансовые потери. Скорее всего, придется модернизировать принцип работы системы охлаждения.

Условия работы турбины

Температура выхлопных газов дизельного двигателя на выходе перед турбиной составляет в среднем 750-850 градусов по Цельсию. Бензиновые агрегаты имеют еще более разогретый выхлоп. Такие раскаленные газы движутся с большой скоростью и встречаются с турбинным колесом.

Турбокомпрессор отличается высокой производительностью и потребляет достаточно много энергии отработавших газов (в среднем около 25-30 кВт и более). Турбодизель с рабочим объемом 2.0 литра в режиме холостого хода потребляет около 800 литров воздуха за 60 секунд. В режиме максимальной мощности данный показатель доходит до 4 м3. Если учесть, что турбокомпрессор также нагнетает избыток давления до 1 атмосферы, тогда общий объем нагнетаемого устройством воздуха намного больше.

Во время работы ДВС на пиковых нагрузках турбинное колесо раскручивается до 150 тыс. об/мин и более, нагрев колеса достигает 800-900 градусов по Цельсию. После взаимодействия с турбинным колесом температура выхлопа заметно падает до средней отметки 400-500 градусов.  

В режиме холостого хода отработавшие газы дизеля имеют температуру около 100 градусов по Цельсию и движутся с небольшой скоростью. Для эффективного вращения колеса турбины и параллельного вращения компрессорного колеса этой энергии достаточно только для того, чтобы турбокомпрессор не препятствовал проходу через него воздуха в объеме, который необходим для поддержания стабильной работы ДВС на холостых оборотах.

Как проверить турбину на дизельном двигателе в домашних условиях

Если у вас нет времени или желания ехать в сервисный центр для диагностики турбокомпрессора, можно попробовать произвести самостоятельную проверку турбины.

Первым делом необходимо произвести визуальный осмотр

Обратите внимание на цвет дыма, он не должен быть голубым, черным или сизым. Если из выхлопной идет белый дым, можно предположить, что забились воздушные каналы или сливной маслопровод

В таком случае двигатель начнет «есть» масло. Черный дым или копоть могут свидетельствовать об утечке в системе подачи воздуха. Дым сизого цвета может свидетельствовать об утечке масла в турбине, скорее всего оно проникает в камеру(ы) сгорания двигателя. Чтобы проверить так ли это снимите воздушный фильтр и проверьте, нет ли на его поверхности масла.

  1. Вторым пунктом проводится проверка турбированного двигателя после предварительного прогрева. Для этой проверки потребуется помощник. Найдите патрубок, ведущий от турбины к впускному коллектору двигателя, затем рукой попытайтесь пережать его. Помощник в это время должен резко нажать на «газ» и подержать педаль в таком положении около 3-х сек. После этого он также резко должен отпустить педаль. Вы тем временем, держась за патрубок, должны ощутить, как он начинает раздуваться от большого воздушного давления. Сделайте несколько таких циклов, резко то нажимая, то отпуская педаль газа. В случае если патрубок не раздувается — с турбиной проблемы, если наоборот — турбина, скорее всего, полностью исправна.
  1. Внимательно осмотрите сам турбокомпрессор, на нем не должно быть следов масла, копоти или подтеканий. Отключите патрубок, который соединяет впускной коллектор и турбину, проверьте, нет ли в нем следов масла, он должен быть полностью сухим. Если вы обнаружили масляные следы, скорее всего турбина «умерла».

Текст: http://ford-master.ru/

Популярное:

Для начала несколько слов о том, что такое турбина и как она работает

Практически у всех турбированных двигателей одинаковый принцип. Первые турбокомпрессоры устанавливали исключительно на большегрузные авто, а также на гоночные авто еще в начале прошлого века. Как вы понимаете, тогда вес и конструкция турбин оставляли желать лучшего, чего не скажешь о современных экземплярах. Турбокомпрессоры нового поколения компактны и просты в установке, а их эффективность в разы выше их предшественников. Но, как и все в этом мире, в один прекрасный день турбокомпрессор начинает «барахлить», двигатель теряет былую мощность и производительность, в итоге у вас появляется новая «головная боль».

Практические все турбины имеют улиткообразную форму корпуса. Воздушные каналы корпуса сужаются на выходе, что способствует увеличению давления и скорости вращения. По воздушным каналам движутся отработанные газы, которые поступают из выпускного коллектора. Двигаясь по каналам они набирают большую скорость и воздействуют на лепестки, которые вращаясь под давлением выхлопных газов, раскручивают ротор. Ротор, вращаясь раскручивает крыльчатку турбонаддува, которая закачивает воздух и подает его в камеру сгорания под высоким давлением. А как вы знаете из школьного курса физики, чем больше воздуха, тем крепче будет горение.

Из-за высокого давления, которое создается при нагнетании воздуха, турбина нуждается в охлаждении, роль радиатора для турбины выполняет интеркулер. Турбина использует систему смазки двигателя, которая подается по специальному контуру. Масло, кроме смазки осуществляет охлаждение турбины.

Теперь когда мы разобрались с тем, что такое турбина и как она устроена, предлагаю рассмотреть основные признаки неисправности турбокомпрессора.

Устройство и принцип работы дизельного двигателя с турбонаддувом

Принцип работы турбированного дизельного двигателя основан на использовании энергии выхлопных газов. Покинув цилиндр, отработавшие газы попадают на крыльчатку турбины, вращая ее и закрепленную с ней на одном валу турбину компрессора, встроенного в систему подачи воздуха в цилиндры.

Таким образом, в отличие от атмосферных дизелей, в турбокомпрессорных агрегатах воздух в цилиндры подается принудительно под более высоким давлением. В итоге объем воздуха, попадающего в цилиндр за один цикл, возрастает. В сочетании с увеличением объема сгорающего топлива (пропорции топливно-воздушной смеси остаются неизменными) это дает прирост мощности до 25%.

Для еще большего повышения объема поступающего в цилиндры воздуха дополнительно применяют интеркулер – специальное устройство, охлаждающее атмосферный воздух перед нагнетанием в двигатель. Из школьного курса физики известно, что холодный воздух занимает меньше места, чем теплый. Таким образом, при охлаждении можно «затолкать» в цилиндр больше воздуха за цикл.

В результате у турбодизеля меньше удельный эффективный расход топлива (в граммах на киловатт-час) и выше объемная мощность (количество лошадиных сил на литр объема двигателя). Все это обеспечивает возможность существенно подрастить суммарную мощность мотора без значительного увеличения его габаритов и числа оборотов.

Почему нельзя делать ремонт своими руками

Данная операция недопустима для выполнения своими руками. Автомобильная турбина работает на очень высоких частотах вращения, а также температурах, поэтому, требования к ней предъявляются очень высокие.

Система должна быть герметична и попадание любых мелких посторонних предметов в нее во время когда производится ремонт или обслуживание недопустимо. Необходимо специальное оборудование и навыки для разбора и сборки турбины.

Помещение, в котором проводятся данные операции, должно быть максимально чистым, попадание пыли и других веществ на детали турбоустановки может повлечь за собой крупные денежные затраты. Специалисты специализированных сервисных центров имеют точное понятие, как проверить работу турбины.

Топливный впрыск в моторах TDI

На ранних этапах развития дизельных ДВС давление в системе, которая предполагает наличие ТНВД в связке с простыми механическими форсунками, составляло всего 20-40 Бар. Современный дизель имеет давление на минимальной отметке в 1600 Бар и выше. Тенденция к увеличению давления впрыска топлива связана с тем, что дизельные двигатели отличаются очень коротким временем, которое отводится на процесс смесеобразования.

Если коленвал вращается на 2000 об/мин, тогда на смешивание порции дизтоплива с воздухом выделяется всего 3-4 миллисекунды. Увеличение частоты вращения коленчатого вала еще более сокращает этот временной отрезок. Также приготовление однородной топливно-воздушной смеси становится возможным только благодаря увеличению давления впрыска. В случае с низким давлением топливная смесь будет некачественной, процесс сгорания отличается низкой эффективностью. Результатом становится повышение токсичности выхлопа дизеля и низкий КПД.

 
Ранее за топливный впрыск на дизеле отвечал ТНВД, который работает в паре с механическими форсунками, сегодня на дизельные моторы ставятся системы Common Rail. Так как процесс горения в дизеле является взрывом от контакта порции солярки с разогретым на такте сжатия воздухом, то время впрыска очень ограничено.

ТНВД в современном дизеле попросту создает давление в общей магистрали, а пьезоинжекторы (пьезоэлектрические форсунки) TDI способны впрыскивать четко определенное количество дизтоплива в цилиндры дизельного двигателя за очень короткий промежуток времени (менее чем за 0,2 миллисекунды) по команде ЭБУ.

Также в отдельных конструкциях систем питания дизельных ДВС можно встретить так называемые насос-форсунки. Это означает, что каждая инжекторная форсунка оборудована собственным насосом высокого давления. Получается, развитие дизельных технологий сегодня сводится к увеличению давления впрыска и максимальной эффективности работы системы турбонаддува. Так удается решить главные задачи: увеличить мощность и снизить уровень токсичности отработавших газов.

Как проверить, работает ли турбина на дизеле

Проанализировать работоспособность турбины на дизеле можно по следующим признакам:

  • Для того чтобы определить работоспособность элемента в условиях автосервиса, обычно используется сканер, который подключается к необходимому и соответствующему разъему автотранспорта. Зачастую турбонаддув отключается в случаях, когда сама турбина уже выработала собственный ресурс или датчик, предоставляющий информацию ο давлении воздуха, который нагнетается, отключил турбокомпрессор. Так как узнать, работает ли турбина на дизеле, требуется в сжатые сроки, то используется манометр, показания которого дадут четко понять, необходим ли частичный ремонт или полная замена детали.
  • Кроме того, признаком того, что турбина на дизеле работает плохо, является выброс дыма, имеющего синий цвет, в тот момент, когда при разгоне силовой агрегат автомобиля производит выхлоп. Кроме того, дым с непривычным цветом может пропадать на постоянных оборотах. В такой ситуации проблема заключается в масле, попадающем на цилиндры мотора и впоследствии сгорающем. Попасть туда жидкость может лишь в тех случаях, когда в турбокомпрессоре происходит утечка.

Также, ο поломке в системе контроля за турбиной может свидетельствовать дым черного цвета

Он появляется, когда обогащенная смесь сгорает после утечки воздуха в магистрали нагнетания.
Стоит обращать внимание и на выхлоп, имеющий белый цвет. К этому приводит засор в сливе маслопровода

Когда масло расходуется в увеличенных объемах, а на турбине и прилегающих деталях заметны подтеки рабочей жидкости, это может свидетельствовать ο том, что воздушный канал или слив системы проведения масла загрязнился.
Если почему-то не работает турбина на дизеле, то причина может быть также и в том, что корпус, содержащий в себе ось турбонаддува, загрязнился коксом. Из неисправного турбокомпрессора поступает минимальный объем воздуха, и поэтому, как следствие, динамика разгона транспортного средства понижается.
Если водитель отмечает характерные звуки или свисты, когда силовой агрегат запущен, то фактор неисправности потребуется искать в месте, где соединяются компрессор и двигатель. Там может происходить утечка воздуха.

Смотрите видео о том, что не рекомендуется делать на турбо-моторах.

История создания мотора TDI

Дизельный двигатель всегда привлекал различные компании своим нераскрытым до конца потенциалом. Основной задачей, которая ставилась перед инженерами, являлось превращение шумного, тихоходного и малооборотистого агрегата в такой мотор, который можно было бы с легкостью устанавливать в легковые авто. Результатом стало создание мощного, экономичного и экологичного дизеля, который по своим эксплуатационным характеристикам был максимально приближен к бензиновому силовому агрегату.

Первопроходцем в этом направлении стала компания Audi, которая в далеком 1980-м установила 1.6-литровый дизельный 54-сильный атмосферник под капот своей популярной модели Audi 80. Дальнейшее совершенствование и развитие технологий привело к тому, что уже в 1989 Audi первыми в мире наладили и запустили в массовое производство компактный, тяговитый и мощный турбодизельный двигатель, который получил широко известное сегодня обозначение TDI.

Первый TDI представлял собой дизельный двигатель с 5 цилиндрами, имел рабочий объем 2.5
литра, оснащался турбонаддувом с интеркулером (система промежуточного охлаждения
нагнетаемого воздуха). Максимальная мощность этого мотора составляла 120 л.с. Показатель
крутящего момента находился на отметке 256 Нм и достигался при выходе на 2250 об/ мин.

С момента появления на рынке данный силовой агрегат стал достаточно востребованным, так как представлял собой достойную альтернативу не только дизелям других производителей, но и вполне был способен составить конкуренцию моторам на бензине. TDI от Ауди обеспечивал прекрасную динамику, при этом расход топлива был существенно ниже по сравнению с другими аналогами.

Принцип работы турбины на дизельном двигателе


В свое время силовые двигатели, усиленные турбиной, встречались только на грузовых машинах, да и то не на всех. Несколько позже стали турбировать и легковые автомобили, предназначенные для гонок. В наше время моторы, оснащенные турбинами, отлично ведут себя на обычном легковом транспорте. Линейный ряд этих двигателей развивается так быстро, что простым моторам внутреннего сгорания уже ничего не осталось, чтобы уступить первенство усовершенствованным аналогам.

Содержание:

  1. Принципиальная схема
  2. Турбина с изменяемой геометрией
  3. Устройство с интеркулером
  4. Как определяется неисправность
  5. Порядок проверки

Принципиальная схема

Чтобы понимать, как работает турбина, следует ознакомиться с порядком функционирования ДВС.

Как правило, большинство моторов четырехтактные поршневые, их работа всегда под контролем клапанов впускной и выпускной групп. Один цикл работы составляет четыре такта, которые проходят за два полных оборота коленчатого вала.
Принцип работы турбины на дизельном двигателе довольно прост и состоит из следующих действий:

  • впуск – поршень идет вниз, давая возможность проникать воздуху через впускной клапан;
  • компрессия – в этот момент горючая смесь сжимается;
  • процесс расширения – горючее входит под давлением и загорается;
  • выпуск – поршень идет вверх, выпуская газ.

Турбина с изменяемой геометрией

Работа турбонаддува может сопровождаться некоторыми сложностями:
происходит задержка усиления мощности («турбояма») в момент резкого давления на газ;
выход из такого состояния меняется резким повышением воздействия наддува («турбоподхват»).
Возникновение первого явления возможно из-за инерционности системы. Чтобы решить такую проблему, применяют:

  • турбинное устройство с изменяемой геометрией;
  • используют пару параллельных либо последовательных компрессорных устройств;
  • наддув комбинированного вида.

Турбина с изменяемой геометрией:
1 — направляющие лопатки; 2 — кольцо; 3 — рычаг; 4 — тяга вакуумного привода; 5 — турбинное колесо.

Устройство с интеркулером

При сжатии воздух изменяет не только плотность, но и температурный режим. Для сгорания топлива поступающий кислород довольно полезен, но выпускаемый горячий воздух оказывает разрушительное действие на всю систему. По этой причине используют интеркулер, своего рода радиатор, с помощью которого понижается температура. За счёт этого мощность двигателя увеличивается на 15-20 лошадиных сил.
Смысл работы устройства заключается в том, что горячие воздушные массы подвергаются охлаждению. Может быть воздушным и жидкостным.

Как определяется неисправность

Причины отказа работы турбины бывают разные, но к основным признакам этого можно отнести:
значительно понижается динамика, автомобиль «не тянет»;

  1. двигатель долго не выходит на нужную мощность;
  2. из трубы для выхлопных газов появился дымок голубого либо сизого оттенка;
  3. ощущается запах сгоревшего масла;
  4. мотор при работе «кушает» масло;
  5. под капотной крышкой появляются странные звуки;
  6. на холостом ходу движок работает нестабильно.

Порядок проверки

Если нет возможности проверить турбинное устройство в автосервисе, то это можно сделать самостоятельно, не покидая гаража.
Для начала проводится визуальный осмотр устройства. Изучается цвет дыма. Беловатые выхлопы говорят о том, что воздуховоды забиты, либо сливной масляный провод засорен. Если дым напоминает копоть, то подтверждает утечку масла. Сизость дымка говорит о том, что течет масло. После попадания в камеру, оно придает дыму сизоватость. Чтобы убедиться в своей правоте, необходимо снять фильтр очистки воздуха. Если он чист – причину искать следует в другом.

Теперь двигатель следует прогреть и приступить к очередному проверочному этапу, и пригласить на помощь напарника. Ищем патрубок, идущий от турбины к впускному коллектору. Пережав патрубок, даем команду давить на газ несколько секунд. По второй команде педаль резко отпускается. Рука, лежащая на патрубке, будет ощущать, как он расширяется. Это свидетельствует о том, что воздушное давление велико. Если такого не происходит – турбина вышла из строя.
Проще всего, если есть датчик давления турбины. По его работе быстро определяется пригодность турбинного устройства.
Необходимо помнить, что турбина считается довольно чувствительной частью мотора, и способна утратить работоспособность по малейшим причинам. Но продлить ее срок эксплуатации возможно, организовав за двигателем минимальный уход.

Читайте также:


Принцип работы турбины и устройство турбокомпрессора * ООО Декорт

О достоинствах и возможностях турбонаддува наслышан каждый автолюбитель. При этом многие из тех, кто не ощутил эффекта турбины на практике, все же стремятся установить турбированный двигатель на любимое авто. Чтобы в полной мере понять, стоит ли усиливать мотор, нужно предварительно разобраться, что собой представляет турбина, как устроена и что делает.

Что такое турбина в автомобиле?

Автомобильная турбина – это механический агрегат, предназначенный для повышения производительности мотора. Усиление мощности происходит за счет нагнетания кислорода в цилиндры под давлением. Накачка воздуха улучшает горючесть топлива, что, в свою очередь, позволяет двигателю выдерживать большие нагрузки. Его объем остается неизменным. То есть турбонаддув нужен, чтобы увеличить показатели производительности на 50% и более.

Подсоединенная к двигателю турбина находится в передней части кузова, под капотом. В случае расположения мотора в задней части кузова – турбонаддув также под задним капотом.

Устройство турбокомпрессора

Конструкция турбины для двигателя разработана с целью максимального использования вырабатываемой мотором энергии для увеличения его же мощности. Устройства для бензиновых и дизельных агрегатов состоят из таких элементов:

  • Компрессор. Он включает ротор и его защитный корпус. Ротор представляет собой вал, на котором находятся турбинная и компрессорная шины. Каждая их них имеет особые лопасти. Турбинная приходит в движение под воздействием выхлопных газов и отвечает за подачу энергии на компрессорную. Компрессорная, она же воздушный насос, втягивает потоки воздуха внутрь и перенаправляет в цилиндры, повышая его давление на выходе. Работа турбокомпрессора, таким образом, играет ключевую роль.
  • Подшипник скольжения. Эта деталь отвечает за исправное функционирование ротора, его беспрепятственное вращение. Именно от нее зависит, будет ли захвачен необходимый объем воздуха.
  • Каналы для масла. Они обеспечивают своевременное поступление смазки в зазоры между осью и подшипниками, а также подшипниками и корпусом.
  • Корпус конструкции спроектирован таким образом, что внешне турбина выглядит, как улитка. Он выполняет защитную функцию, оберегая внутренние детали от внешних загрязнений и повреждений.

Как работает турбина на бензиновом двигателе?

Принцип действия турбины, которую ставят на бензиновый двигатель, заключается в бесперебойной подаче сжатого воздуха в цилиндры.

Когда мотор заводится, в цилиндрах образуются выхлопные газы. Из выпускного коллектора они проходят в специальный патрубок турбокомпрессора. Двигаясь через корпус турбины, газы набирают скорость. А когда достигают ротора турбины, то своей энергией заставляют его вращаться. Выполнив свою функцию, выхлоп попадает в глушитель через приемную трубу. И уже из него выходят наружу.

Вращение вала ротора заставляет работать турбонагнетатель (компрессор). Движение его лопастей обеспечивает втягивание воздуха, который попадает извне сквозь воздушный фильтр двигателя. Вращение лопастей на подобие центрифуги сжимает воздух. Именно в таком состоянии он попадает в двигатель посредством впускного коллектора.

Как работает турбина на дизельном двигателе

Дизельный двигатель отличается от бензинового тем, что горючее смешивается с воздухом прямо в цилиндре, а не снаружи. Кроме того, конструкция дизеля не предусматривает свечей зажигания – возгорание смеси происходит самопроизвольно, без постороннего воздействия.

Один цикл работы турбины дизельного движка состоит из таких этапов:

  • турбонагнетатель втягивает воздушные потоки извне;
  • вращение компрессорного кольца системы турбонаддува повышает давление поступающего воздуха;
  • интеркулер – приспособление для снижения температуры воздушных масс, который турбина дает двигателю – охлаждает сжатый воздух;
  • очищенный фильтром воздух нагнетается в движок при помощи впускного коллектор;
  • отработанные за рабочий ход газы выходят посредством выпускного коллектора;
  • по мере продвижения к ротору скорость движения выхлопных газов растет;
  • выхлоп достигает ротора и ускоряет темп вращения турбинного кольца;
  • движение турбины посредством вала влияет на компрессор, заставляет его вращаться, открывая следующий цикл.

Стоит заметить, что ТКР получили больше признания именно в комбинации с дизельными агрегатами. Это объясняется более высоким давлением воздуха и менее горячими отработанными газами, нежели у бензиновых движков. Такие особенности дизелей обусловили высокую эффективность турбоусилителей, а также возможность использования в конструкции материалов без высокой устойчивости к высоким температурам. Тем не менее, для бензинового мотора турбина нужна, если требуется увеличить его выносливость в условиях значительных нагрузок.

Принцип работы дизельного двигателя с турбиной

Начать стоит с того, что КПД дизельного двигателя гораздо выше, чем у бензинового аналога. Проще говоря, этот мотор расходует гораздо меньше топлива. Подобного результата конструкторам удалось добиться за счёт создания уникальной конструкции.

Безусловно, современные бензиновые двигатели обладают множеством разнообразных технологических инноваций. Достаточно вспомнить прямой впрыск. Несмотря на это, показатель полезного действия бензинового мотора составляет порядка 30 процентов. У дизеля этот же параметр достигает 40. Если же вспомнить турбонаддув, то цифра может дойти до 50%.

Неудивительно, что дизельные моторы постепенно завоёвывают Европу. Дорогой бензин стимулирует покупателей к покупке более экономичных машин. Производители в режиме реального времени отслеживают изменения в потребительских предпочтениях, внедряя соответственные коррективы в производственный процесс.

К сожалению, конструкция дизельного двигателя не лишена недостатков. Одним из самых существенных является большой вес. Безусловно, инженеры проделали огромный путь, постепенно уменьшая вес мотора, но у всего есть предел.

Дело в том, что в устройстве дизельного двигателя все детали должны быть подогнаны друг к другу максимально точно. Если в бензиновых аналогах допускается возможность небольшого люфта, то здесь всё по-другому. Как результат в самом начале внедрения технологии дизельные агрегаты устанавливали только на большие машины. Достаточно вспомнить те же грузовики начала прошлого века.

История создания

Тяжело себе представить, но первый работоспособный дизельный двигатель сконструировал инженер Рудольф Дизель ещё в XIX веке. Тогда в качестве топлива использовался обычный керосин.

С развитием технологии учёные стали экспериментировать. В результате, какие только виды топлива не использовались, чтобы достичь лучших результатов. К примеру, некоторое время моторы заправлялись рапсовым маслом и даже сырой нефтью. Безусловно, подобный подход не мог дать по-настоящему серьёзных достижений.

Многолетние изыскания привели учёных к идее использования мазута и солярки. Их низкая себестоимость и неплохая воспламеняемость позволили составить серьёзную конкуренцию бензиновым аналогам.

Изначально системы впрыска топлива в устройстве дизельных двигателей были крайне несовершенны. Это не позволяло использовать агрегаты в машинах, которые работали на высоких оборотах.

Первые образцы автомобилей, оснащённых дизельными двигателями, появились в 20-х годах прошлого века. Это был грузовой и общественный транспорт. До этого моторы такого класса применялись только на стационарных станках или кораблях.

Лишь спустя 15 лет появились первые машины, которые работали за счёт дизельного двигателя. Несмотря на это ещё очень долго дизель, будучи мощным и имеющим иммунитет к детонации, не имел широкого распространения в автомобилестроении. Дело в том, что при наличии весомых преимуществ у агрегата был целый ряд недостатков, таких как повышенный шум при работе и большой вес.

Лишь в 70-х годах, когда начали расти цены на нефть, всё кардинально изменилось. Автомобилестроители и потребители устремили свои взоры к автомобилям, в своём устройстве, имеющим дизельные двигатели. Именно тогда впервые появились компактные дизели.

Дизельный двигатель

Устройство дизельного двигателя

Устройство дизельного двигателя состоит из четырёх основных элементов:

  • цилиндров,
  • поршней,
  • топливной форсунки,
  • впускного и выпускного клапана.

Каждый элемент конструкции выполняет свою задачу и имеет свои конструкционные особенности. В процессе развития данная технология дополнилась многими деталями, которые позволили добиться гораздо большей производительности, вот основные из них:

  • турбина,
  • топливная форсунка,
  • интеркуллер.

Каждая из этих деталей позволила значительно увеличить КПД дизельного двигателя.

Принцип работы

Дизельный двигатель работает за счёт сжатия. Благодаря этому процессу жидкость под давлением попадает в камеру сгорания. Пропускными элементами служат форсунки инжектора.

Воздух должен быть достаточно горячим, чтобы топливо воспламенилось . Перед тем как попасть внутрь жидкость проходит через ряд фильтров, которые задерживают чужеродные частички, способные навредить системе.

Чтобы понять принцип работы дизельного двигателя нужно рассмотреть весь процесс подачи и воспламенения топлива от начала и до конца. На начальном этапе воздух подаётся через впускной клапан. При этом поршень движется вниз.

Некоторые впускные системы дополнительно обустраиваются заслонками. Благодаря им в конструкции создаётся два канала, через которые воздух попадает внутрь. В результате данного процесса происходит завихрение воздушных масс.

Когда поршень достигает верхней точки, воздух сжимается в 20 раз. Предельное давление составляет порядка 40 килограмм на квадратный сантиметр. При этом температура доходит до 500 градусов.

Форсунка впрыскивает топливо внутрь камеры в строго заданном количестве. Воспламенение происходит исключительно из-за высокой температуры. Именно этот факт объясняет то, что в устройстве дизельного двигателя нет свечей. Мало того, система зажигания отсутствует как таковая.

Отсутствие в конструкции дроссельной заслонки позволяет развить большой крутящий момент. Но число оборотов при этом находится на стабильно низкой отметке. За один цикл может осуществляться несколько впрыскиваний жидкости.

Вниз поршень толкает давление расширяющихся газов. Результатом данного процесса является то, что поворачивается коленвал. Связующим звеном в данном микропроцессе является шатун.

Дойдя до нижней точки, поршень вновь поднимается вверх, тем самым выталкивая уже отработанные газы. Они выходят наружу посредством выпускного клапана. Такой рабочий цикл повторяется раз за разом в дизельном двигателе.

Чтобы снизить процент сажи в газах, которые выходят через выхлопную систему существует специальный фильтр. Он позволяет в значительной мере уменьшить вред, наносимый экологии.

Дополнительные узлы

Как работает турбина

Турбина в устройстве дизельного двигателя позволяет в значительной мере увеличить общую производительность системы. Тем не менее автомобильные инженеры не сразу пришли к этому решению.

Толчком к созданию турбины и внедрению её в общее устройство дизельного двигателя стало то, что топливо не успевает полностью сгореть, пока поршень движется к мёртвой точке.

Принцип работы турбины на дизельном двигателе заключается в том, что данный конструкционный элемент позволяет добиться полного сгорания топлива. Как результат мощность мотора существенно возрастает.

  • Два кожуха — один крепится на турбину, второй на компрессор.
  • Подшипники представляют собой опору узла.
  • Защитную функцию выполняет стальная сетка.

Весь цикл работы турбины дизельного двигателя состоит из следующих этапов:

  1. Воздух всасывается внутрь при помощи компрессора.
  2. Подключается ротор, приходящий в движение за счёт ротора турбины.
  3. Интеркуллер охлаждает воздух.
  4. Воздух проходит несколько фильтров и попадает внутрь через впускной коллектор. В конце данного действия клапан закрывается. Открытие происходит при завершении рабочего хода.
  5. Через турбину дизельного двигателя проходят отработанные газы, тем самым оказывая давление на ротор.
  6. На данном этапе скорость вращения турбины дизельного двигателя может достигать около 1500 оборотов в секунду. Это заставляет вращаться ротор компрессора посредством вала.

Этот цикл повторяется раз за разом. Благодаря использованию турбины мощность дизельного двигателя растёт.

Увеличение плотности воздуха позволяет подавать его в значительно большем количестве внутрь двигателя. Увеличение потока способствует тому, что топливо внутри системы полностью сгорает.

Интеркуллер и форсунка

Во время сжатия увеличивается не только плотность воздуха, но и его температура. К сожалению, это сильно влияет на долговечность дизельного двигателя. Поэтому учёными было придумано такое устройство, как интеркуллер. Он эффективно снижает температуру воздушного потока.

В устройстве может быть одна или две форсунки. Их задача заключается в том, чтобы распылять и дозировать топливо. Принцип работы форсунки дизельного двигателя реализуется за счёт кулачка, который отходит от распределительного вала.

Итоги

За счёт использования новых технологий и дополнительных узлов дизельный двигатель позволяет добиться поразительного показателя полезного действия от сгорания топлива. Данный показатель достигает 40—50 процентов. Что почти в два раза больше, чем в бензиновом аналоге.

Гениальная идея использования выхлопных газов для разгона ротора позволила создать турбированный дизельный двигатель внутреннего сгорания и увеличить его мощность на 40–50%. Это притом, что во время работы в обычном режиме выброс газов сопровождается снижением коэффициента полезного действия в пределах 30 — 40%.

Принцип работы турбины дизельного двигателя основан на увеличении количества воздуха, смешиваемого с топливом и поступающего в камеру сгорания. За один и тот же период времени и при равных объемах цилиндров, двигатель с турбонаддувом может сжечь большее количество топлива, чем движок, не оснащенный таким устройством. А значит, его мощность и КПД в единицу времени значительно возрастет.

Рассмотрим устройство турбины дизельного двигателя, как работает, и каким образом достигаются такие показатели.

Конструктивные элементы системы

Для осуществления возложенных функций, система турбонаддува состоит из двух основных частей:

Компрессор служит для нагнетания атмосферного воздуха в систему подачи топлива. Он состоит из корпуса и расположенной в нем крыльчатки, которая, вращаясь, всасывает воздух. Чем выше ее скорость вращения, тем больше объем принятого воздуха. Увеличению скорости способствует работа турбины.

Она также состоит из корпуса с крыльчаткой (ротором), которая приводится в движение выхлопными газами. В корпусе газы проходят через специальный канал, имеющий форму улитки, что позволяет им увеличить скорость.

Как работает турбонаддув дизельного двигателя

Ротор турбины и крыльчатка компрессора жестко закреплены на одном валу. Таким образом, скорость вращения ротора передается крыльчатке. Круг замыкается:

  • Через компрессор воздух из атмосферы, смешиваясь с топливом, подается в цилиндры двигателя;
  • Смесь сгорает, приводя в движение поршни, и образовавшиеся в результате газы поступают в выпускной коллектор;
  • Здесь они принимаются в корпус турбины, разгоняются в канале и на выходе взаимодействуют с ротором, заставляя его вращаться;
  • Ротор через вал передает вращение крыльчатке компрессора, которая всасывает в корпус атмосферный воздух.

Получается взаимосвязанная схема работы, когда количество всасываемого воздуха зависит от скорости вращения крыльчатки и, наоборот, крыльчатка вращается быстрее при большем количестве забираемого воздуха.

Принцип работы турбонаддува имеет два момента, называемые турбоямой и турбоподхватом.

Первый момент характеризуется задержкой в работе турбины после увеличения подачи топлива нажатием на педаль газа, так как для разгона ротора выхлопными газами требуется время.

Вслед за турбоямой наступает момент турбоподхвата, когда разогнавшийся ротор резко увеличивает подачу воздуха в цилиндры, повышая мощность двигателя.

Регулировка давления наддува

Турбонаддув дизельного двигателя повышает его мощность за счет возрастания давления выхлопных газов, являющихся результатом увеличения числа оборотов и интенсивности работы мотора. Этот же процесс повышает давление наддува. Если его не регулировать, то на самых высоких оборотах оно может достичь опасных значений, приводящих к поломкам и механическим повреждениям.

Регулировка давления производится с помощью выпускного предохранительного клапана, а контроль максимально допустимого значения — с помощью мембраны и пружины определенной жесткости.

Суть работы: при достижении предельного значения давления, мембрана, установленная в корпусе компрессора, преодолевает воздействие пружины и открывает регулировочный клапан.

Давление регулируют как на стороне компрессора, так и на стороне турбины:

  1. Работающий турбокомпрессор сбрасывает в атмосферу через выпускной клапан излишки забранного воздуха, тем самым снижая давление.
  2. В турбине клапан выпускает отработанные газы под воздействием мембраны компрессора, когда давление всасываемого воздуха достигает максимального уровня. Благодаря этому, ротор вращается с установленной скоростью, а компрессор не забирает лишний воздух и не увеличивает давление.

Второй вариант расположения клапана позволяет изготавливать системы меньших габаритов. Кроме того, турбонагнетатель с клапаном в компрессоре подвержен чрезмерному нагреву из-за повышенной температуры выпускаемого воздуха, что негативно сказывается на эффективности его работы.

Поэтому турбонаддув дизельного двигателя чаще оснащают регулировочным клапаном в турбине, а регулировку в компрессоре используют в качестве дополнения.

Система смазки

Смазка вала турбонагнетателя осуществляется смазочной системой двигателя.

На вал устанавливают уплотнительные кольца, предотвращающие проникновение масла в полости корпусов компрессора и турбины. Они же предохраняют корпуса от перегрева. Но герметичность обеспечивается не столько уплотнениями, сколько разностью величины давления в различных частях агрегата. Эту разницу давлений создает турбинная ось (вал), имеющая неравномерный диаметр.

Особая форма литья корпуса, в котором расположен вал, также способствует удержанию масла.

Если мотор не развивает требуемую мощность, это может быть симптомом неисправности турбонаддува. Наиболее часто встречающиеся проблемы — загрязнение воздушного фильтра или потеря герметичности впускного коллектора. Кроме потери мощности, их можно диагностировать по несвойственному для исправной машины цвету и количеству дыма, выходящего из выхлопной трубы.

Недостатки турбокомпрессоров

Принцип работы турбины на дизельном двигателе создает и негативные факторы:

  • Повышенный расход горючего. Возможность сжечь большее количество солярки за счет увеличенного объема подачи воздуха, вместе с мощностью повышает и «прожорливость» машины. Уменьшить аппетит до разумных пределов позволяет правильная регулировка системы.
  • Положительные стороны наддува приводят к многократному повышению температуры во время такта сжатия, что может вызвать детонацию в двигателе. Решается эта проблема установкой охладителей, регуляторов и прочих элементов.

Правила эксплуатации

Чтобы в полной мере использовать ресурс турбины дизельного мотора и продлить ее срок службы, необходимо выполнять ряд условий:

  • Регулярно менять масло в системе, чтобы не допустить попадания абразива в маслопровод и его засорения.
  • Применять только качественное масло, имеющее сертификат, той марки, которая соответствует указанной в паспортных данных двигателя.
  • Прогревать мотор перед началом движения и не давать холодному двигателю высоких нагрузок.
  • Никогда резко не отключать движок, а после остановки автомобиля давать ему возможность поработать несколько секунд на холостых оборотах.

История создания дизельных двигателей с турбонаддувом

Турбокомпрессоры применялись для повышения мощности двигателей внутреннего сгорания еще на этапе развития этого вида технологий. Запатентованный американцем Альфредом Бюхи в 1911 году турбокомпрессор на заре своего развития сыграл значительную роль в военной авиации – турбированные бензиновые двигатели ставились на истребители и бомбардировщики для повышения их высотности. Свое применение в автомобильном дизелестироении технология нашла относительно недавно. Первым серийным автомобилем с турбированным дизелем был появившийся в 1978 г. Mercedes-Benz 300 SD, а в 1981 г. за ним последовал VW Turbodiesel.

Устройство и принцип работы дизельного двигателя с турбонаддувом

Принцип работы турбированного дизельного двигателя основан на использовании энергии выхлопных газов. Покинув цилиндр, отработавшие газы попадают на крыльчатку турбины, вращая ее и закрепленную с ней на одном валу турбину компрессора, встроенного в систему подачи воздуха в цилиндры.

Таким образом, в отличие от атмосферных дизелей, в турбокомпрессорных агрегатах воздух в цилиндры подается принудительно под более высоким давлением. В итоге объем воздуха, попадающего в цилиндр за один цикл, возрастает. В сочетании с увеличением объема сгорающего топлива (пропорции топливно-воздушной смеси остаются неизменными) это дает прирост мощности до 25%.

Для еще большего повышения объема поступающего в цилиндры воздуха дополнительно применяют интеркулер – специальное устройство, охлаждающее атмосферный воздух перед нагнетанием в двигатель. Из школьного курса физики известно, что холодный воздух занимает меньше места, чем теплый. Таким образом, при охлаждении можно «затолкать» в цилиндр больше воздуха за цикл.

В результате у турбодизеля меньше удельный эффективный расход топлива (в граммах на киловатт-час) и выше объемная мощность (количество лошадиных сил на литр объема двигателя). Все это обеспечивает возможность существенно подрастить суммарную мощность мотора без значительного увеличения его габаритов и числа оборотов.

Плюсы и минусы дизельного двигателя с турбонаддувом

Обратная сторона повышения мощности мотора при сохранении общих характеристик, то есть форсирования, – более интенсивный износ узлов, как следствие, снижение ресурса силовой установки. Кроме того, турбины требуют применения специальных сортов моторных масел и строгого соблюдения рекомендуемых изготовителем сроков обслуживания. Еще более требователен к вниманию владельца воздушный фильтр. Также в работе двигателей с турбинами низкого давления может присутствовать эффект «турбоямы», выражающийся в заметном «проседании» на низких и средних оборотах двигателя.

Турбированные моторы менее экономичны, чем атмосферные дизели, потребляя на 20 – 50% больше топлива при том же объеме. Еще один явный недостаток системы турбонаддува – она очень чувствительна к износу поршневой группы. Возрастание давления картерных газов ощутимо снижает ресурс турбины. При продолжительной работе в таких условиях наступает «масляное голодание» и поломка турбокомпрессора. Причем повреждение этого агрегата вполне может привести к выходу из строя всего двигателя, а турбированные дизели еще менее ремонтопригодны, чем их атмосферные братья.

Да и вообще, наличие технически сложного турбокомпрессора, нуждающегося в дополнительных устройствах стабилизации давления, аварийного его сброса и так далее делает силовую установку автомобиля более замысловатой, увеличивая число деталей, а значит, снижая общую надежность. К тому же, ресурс самого турбокомпрессора значительно меньше, чем аналогичный показатель двигателя в целом.

Современные технологии усовершенствования дизельных двигателей

Значительную популярность сегодня приобрела система повышения эффективности и гибкости режимов дизеля под названием «Common-Rail». Если в традиционном дизельном двигателе каждая секция насоса высокого давления подает топливо в отдельный топливопровод, замкнутый на одну форсунку. Даже несмотря на изрядную толщину стенок топливопроводов при подаче в них жидкости под давлением в 1500-2000 атмосфер они незначительно, но «раздуваются». В результате попадающая в цилиндр порция топлива отличается от расчетной. «Довесок», сгорая, увеличивает расход горючего, повышает дымность и снижает полноту сгорания топливно-воздушной смеси.

Удачное инженерное решение этой проблемы разработали одновременно сразу несколько автопроизводителей. В новой системе топливный насос высокого давления подает горючее в общий трубопровод — топливную рампу, которая, помимо прочего, играет роль ресивера, то есть стабилизатора давления в контуре. В рампе все время присутствует постоянный объем топлива, находящегося не под пульсирующим давлением, а под постоянным.

К тому же, развитие интеллектуальных технологий позволило оснастить форсунки электронными системами открытия (в традиционных дизелях регулировка циклов впрыска происходит гидромеханическим способом при повышении давления в трубопроводе). Электронный блок, управляющий работой форсунок, учитывает информацию о положении педали акселератора, давлении в рампе, температурном режиме двигателя, его нагрузке и т.д. На основе этих данных рассчитывается размер порции топлива и момент его подачи.

Еще одно новшество, появившееся благодаря развитию автомобильной электроники – двухэтапная подача топлива в камеру сгорания. Сначала впрыскивается «разгонная» (около миллиграмма) порция. При сгорании она дополнительно к эффекту сжатия повышает температуру в камере, и основная доза, впрыскиваемая следом, сгорает более плавно, также плавно наращивая давление в цилиндре. В результате двигатель работает мягче и менее шумно, а расход топлива сокращается примерно на 20% при одновременном возрастании крутящего момента на малых оборотах на 25%. Что немаловажно – уменьшается содержание в выхлопе сажи.

Среди новых разработок, призванных улучшить экологические характеристики дизелей одновременно с оптимизацией их экономичности, наиболее перспективной считается система BlueTec, разработанная специалистами концерна Daimler AG. Основная ее составляющая – инновационная методика каталитической нейтрализации выхлопных газов.

Каталитические нейтрализаторы современных автомобилей работают за счет керамических или металлических «сот», покрытых слоем химически активных веществ — катализаторов. Катализаторы окисляют или восстанавливают токсичные соединения CO, CH и NOx до углекислого газа, простого азота и воды.

Однако особенности дизельного топлива, а также процессов образования и сгорания топливно-воздушной смеси в дизеле таковы, что выхлоп содержит не только вредные химические компоненты, но большое количество сажи. Причем если начать уменьшать долю сажи возрастает содержание NOx, и наоборот. Таким образом, для комплексной очистки дизельного выхлопа нужна многокомпонентная химико-механическая система, усложняющая конструкцию автомобиля и, как следствие, снижающая рентабельность производства.

Технология BlueTec построена на сочетании традиционных и новых решений. Сначала отработавшие газы проходят имеющийся на большинстве дизельных автомашин противосажевый фильтр и катализатор, «истребляющий» соединения углерода. Далее в выпускной тракт впрыскивается активный реагент AdВlue на основе мочевины (раствора аммиака в воде). Получившаяся смесь попадает в специальный нейтрализатор избирательного действия (SCR), в котором аммиак из AdBlue под влиянием катализа при температуре 250–300°С вступает в химическую реакцию с окислами азота, «разбирая» их на азот и воду. Здесь же «дожигаются» остальные вредные компоненты.

При очевидных плюсах BlueTec имеет не менее очевидные минусы. Хранение запаса компонента AdВlue требует отдельной емкости. Сама система осложняется за счет присутствия дополнительных узлов и магистралей. К тому же, система еще более прихотлива к качеству топлива и может работать только на солярке с минимальным содержанием серы.

Еще одна весьма актуальная для России проблема – раствор AdВlue замерзает при минус 11,5 градусов. Поэтому инженеры BlueTec сейчас активно работают над совершенствованием систем без использования мочевины. Сегодня проходят опробование и доработку комплексы из противосажевого фильтра, платинового каталитического нейтрализатора и двух SCR-катализаторов, «заряженных» исключительно на борьбу с оксидами азота. В настоящее время система позволяет обеспечить содержание NOx в выхлопе дизелей примерно на уровне Евро-5.

Принцип работы турбины на дизельном двигателе

Каждый автолюбитель знает, как звучит дизельный силовой агрегат в легковом автомобиле. Раньше такие моторы работали довольно громко, плюс к этому источали неприятный запах. Современные дизельные силовые агрегаты более усовершенствованные, они становятся все более мощными, меньше от них неприятных запахов, да и шум не такой уж и громкий. Эволюция дизельных ДВС была стремительной и очевидной, ведь изначально такие моторы ставили исключительно на грузовые автомобили.

Как устроен дизельный силовой агрегат и турбонаддув

Специально для увеличения мощности «дизеля» в свое время был разработан наддув. Необходимо это для потребления мотором большего количества воздуха. Главное преимущество наддува в том, что к «движку» он подает сжатый воздух. Кроме этого в настоящее время имеется несколько технических способов увеличить ресурс дизельной установки. Способы эти направлены на увеличение объема так называемой камеры сгорания, а другие из них направлены на увеличение количества присутствующих цилиндров. В любом случае, независимо от способа появляется один недостаток – повышенный топливный расход. И если необходимо повысить мощность двигателя, но при этом не растрачивать впустую топливо, требуется наддув.

Как уже сообщалось выше, при имеющемся наддуве увеличивается подаваемый воздух, естественно, топлива расходуется больше, но не так критично, как расходовалось бы без наддува. При наддуве возрастает мощность установленного мотора, но его объем ни в коем случае не увеличивается.

Дабы было легче понять, такое понятие, как наддув означает некий процесс, благодаря которому возрастает давление, и уже по этой причине повышается заряд горючего. Данный принцип необходим, чтобы добавить вашему авто мощности, но сэкономить горючее. При правильной работе, ресурс составляет 45-процентов.

Зачастую на современных авто можно встретить турбонаддув. Профессионалы его называют – агрегатный наддув. Образовалось такое название из-за того, что турбина лежит в основе наддува. Такой вид наддува пользуется огромной популярностью, но, тем не менее, активно на смену ему приходит турбина.

Работа турбонаддува осуществляется на основе принципа оптимального использования выхлопных газов. В разы увеличить мощности силового агрегата позволяет энергия, которая образуется в этих газах, притом, что наддув нагнетает давление.

Вам нужно сдать металл? Компания https://punkt-priema-metala.ru/ принимает металл по выгодным ценам, фирма принимает кабеля медные и алюминиевые на вес.

Особенности турбонаддува дизельного мотора

Турбина имеет одну отличительную особенность – не изменяя (увеличивая) объем силовой установки, увеличить мощность. Согласитесь, это очень важный аспект для легковых авто и внедорожников. Известно, что городские автомобили имеют достаточно маленькое подкапотное пространство, и в них невозможно поместить дизельный мотор с большим количеством цилиндров.

Другая отличительная особенность — турбина перерабатывает вредные выхлопные газы в мощность мотора. Как это осуществляется? Когда газы поступают наружу, сначала они попадают на так называемую крыльчатку, и заставляют ее активно вращаться. На этом самом валу, где собственно и располагается крыльчатка, стоит компрессор, который начинает в процессе работы активно нагнетать давление, а оно позволяет увеличить мощность «движка», но минус этого – ресурс работы сокращается.

И наконец, последняя особенность. Она заключается в том, что мощность агрегата возрастает, но не возрастает ресурс оборотов коленвала, поскольку в камеры сгорания поступает больше горючей смеси и повышается давление.

Какие недостатки у турбонаддува?

Да, и у такого, казалось бы, полезного устройства имеются недостатки. Начать стоит с самого большого недостатка – турбина приводит к значительной топливной потере. Выше было указано, что происходит это из-за попадания в камеру сгорания большого количества воздуха, вместе с которым для получения смеси поступает и больше горючего.

Еще один существенный недостаток кроется в том, что во время работы «движка» и соответственно турбины начинает возрастать температура, и ее требуется незамедлительно понизить. Следовательно, требуется дополнительное охлаждение, дабы силовой агрегат не вышел из строя. Естественно потребуется вложить приличную сумму денег, дабы усовершенствовать систему охлаждения.

Как происходит регулировка турбонаддува

Многие автовладельцы, которые турбину ставили своими усилиями, сталкивались с тем, что в процессе эксплуатации мотор авто быстро закипает. Случается это по причине неправильной регулировки клапана турбины, отвечающего за давление в устройстве. Эта проблема не может появиться, если правильно модернизирована система охлаждения. Те, кто пренебрег данной системой, получают перегрев двигателя по 2-ум причинам.

Обязательно необходимо регулировать клапан давления. Во время работы мотор начинает вырабатывать выхлопные газы, а их вбирает в себя турбина для последующего нагнетания, и как результат, повышается давление. При быстрой работе силового агрегата, выделяется больше газов, и турбина начинает еще более усиленно работать, будет это продолжаться ровно до тех пор, пока силовая установка не выйдет из строя из-за повышенного давления.

Как раз, дабы этого не допустить, специалисты разработали специальный перепускной клапан. Его можно устанавливать внутрь турбины, или же снаружи. Если клапан установлен снаружи, то газы вообще не попадают в турбину. Если он установлен внутри, то при его закрытии выхлопные газы выходят из корпуса, при этом в самом устройстве давление не повышается.

Устройство обозначенного нами клапана позволяет вбирать только то количество воздуха, которое необходимо для корректной работы. Клапан закрывается, когда турбина работает. Осуществляется это через небольшое отверстие в клапане, закрывающееся в нужный момент автоматически.

Подведем итоги

Если вы хотите на своем дизельном агрегате эксплуатировать турбину, то помните, что сначала ее требуется отрегулировать, дабы правильной была подача мощности двигателю по специальным каналам. Если ваш автомобиль новый, то на нем все необходимые регулировки должны быть уже проведены. Помнить следует и про недостатки во время эксплуатации, и если автомашина и раньше потребляла много горючего, то и после установки турбонаддува расход топлива будет существенным.

Устройство и принцип работы турбонагнетателя (турбины)

Вероятно, не всем известно, что такое турбина. Проще говоря, это машина, которая превращает энергию в механическую работу. Существует несколько видов турбин, которые Вы можете приобрести или заказать в ООО «Инжэкс».

Виды турбонагнетателей

Итак, первый вид турбины, или, как ее еще называют, нагнетателя, это — компрессор. Его присоединяют к двигателю, после запуска которого выработанная энергия поступает к компрессору, приводя его в действие. Максимальная мощность такого вида нагнетателя — 20 тысяч оборотов в минуту. Компрессор обладает довольно надежной конструкцией, обладает  практически неиссякаемым ресурсным потенциалом, не требует особого ухода и довольно просто устанавливается.

Второй вид — это турбонагнетатель, который запускается от давления на него отработанных газов. Скорость работы турбонагнетателя может достигать  до 200 тысяч оборотов в минуту. Это, пожалуй, наиболее производительный вид турбин, запчасти на который можно найти без особого труда. В ООО «Инжэкс» они всегда есть в наличии по привлекательным ценам. 

Третий вид турбины — электрический. Он собирает в себе плюсы компрессора и турбонагнетателя. Многие производители обещают уже в скором времени перейти именно на электротурбины. Производительность и ресурс такого турбонагнетателя практически неиссякаемы.

Как установить турбонагнетатель на экскаватор или погрузчик

Так как же установить турбонагнетатель на экскваватор? Существует целая инструкция.

Необходимо освободить двигатель от отработанного масла и осуществить чистку агрегата. С турбокомпрессора, в свою очередь, необходимо снять трубки и проверить их на качество. Также необходимо заменить масляный фильтр, после чего залить в двигатель чистое масло. Замене подлежит и воздушный фильтр. После всех операций по проверке работоспособности запчастей и установки деталей, необходимо завести двигатель, и, с постоянным увеличением нагрузки, прогреть до рабочей температуры на холостых оборотах.  Обязательно необходимо проверить работу турбонагнетателя на ходу: исключить возможность подтекания масла, утечек воздуха и газа. Если двигатель подвергался капитальному ремонту, через тысячу километров хода рекомендуется заменить масляный фильтр и масло в двигателе.


Принцип работы турбины на дизельном двигателе

Турбонагнетатель, установленный в дизельном двигателе, имеет особенности в своем функционировании. 

От каких факторов зависит мощность любого двигателя и его производительная сила? В первую очередь, это — объем установленных в нем цилиндров, количества воздушно-топливной смеси и, конечно, качества топливной составляющей. Чем больше горючего сжигается в двигателе за единицу времени, тем выше его мощность. Но, чтобы топливо сгорало быстрее, необходим постоянный запас сжатого воздуха в моторных полостях. Турбина, состоящая из рабочего колеса и корпуса, как раз и отвечает за сохранение запаса воздуха и его непрерывную подачу в камеры сгорания. Принцип работы турбины заключается в том, что газы приводят в действие рабочее колесо, после чего выходят через специальную зону. Основное отличие турбин, устанавливаемых на дизельном моторе от турбин на бензиновых двигателях, — в температуре выхлопных газов. В первом случае она не превышает 850 градусов, во втором — свыше 1000 градусов.

На что обращать внимание при работе турбины?

При установке турбины на дизельном двигателе, необходимо регулярно и качественно проверять состояние воздушного фильтра. Дело в том, что при его загрязнении, есть риск возникновения слишком высокого давления, что, в свою очередь, может привести к снижению производительной силы и работоспособности компрессора. При работе турбин на дизельных моторах можно выявить основные неисправности, которые потребуют незамедлительного ремонта. Так, следует провести диагностику турбины, при выявлении следующих факторов:

  • невозможность функционирования двигателя на максимальных заявленных оборотах и появление выхлопа черного цвета;
  • синий цвет выхлопа;
  • громкое функционирование двигателя.

Нельзя не отметить, что при работе турбины значительно увеличивается мощность двигателя, она не оказывает никакого воздействия на цилиндровый объем и частоту вращений коленвала. Пр этом, топливо расходуется более, чем экономично, а газы в выхлопе менее токсичны.

Условия покупки и доставки турбин в компании «Инжэкс»

Приобрести турбины таких марок, как Komatsu, Cat, Holset, Switzer Вы можете в ООО «Инжэкс» по оптимальным ценам. Большой выбор деталей в наличии и быстрая доставка, при необходимости. Оплатить заказ Вы можете как по безналичному расчету, так и при получении любым удобным способом. 

ООО «Инжэкс» за долгое время работы на рынке бесспорно заслужил звание качественного поставщика турбонагнетателей, которые прослужат Вам долгие годы.

Принцип работы дизельного двигателя

Автор admin На чтение 6 мин. Просмотров 2.6k.

Дизельный двигатель – двигатель внутреннего сгорания, изобретенный Рудольфом Дизелем в 1897 году. Устройство дизельного двигателя тех лет позволяло использовать в качестве топлива нефть, рапсовое масло, и твердые виды горючих веществ. Например, каменноугольную пыль.

Принцип работы дизельного двигателя современности не изменился. Однако моторы стали более технологичными и требовательными к качеству топлива. Сегодня в дизелях используется только высококачественное ДТ.

Моторы дизельного типа отличаются топливной экономичностью и хорошей тягой при низких оборотах коленвала, поэтому получили широкое распространение на грузовых автомобилях, кораблях и поездах.

С момента решения проблемы высоких скоростей (старые дизели при частом использовании на высоких скоростях быстро выходили из строя) рассматриваемые моторы стали часто устанавливаться на легковые авто. Дизели, предназначенные для скоростной езды, получили систему турбонаддува.

Принцип работы двигателя Дизеля

Принцип действия мотора дизельного типа отличается от бензиновых моторов. Здесь отсутствуют свечи зажигания, а топливо подается в цилиндры отдельно от воздуха.

Цикл работы такого силового агрегата можно представить в следующем виде:

  • в камеру сгорания дизеля подается порция воздуха;
  • поршень поднимается, сжимая воздух;
  • от сжатия воздух нагревается до температуры около 800˚C;
  • в цилиндр впрыскивается топливо;
  • ДТ воспламеняется, что приводит к опусканию поршня и выполнению рабочего хода;
  • продукты горения удаляются с помощью продувки через выпускные окна.

От того, как работает дизельный двигатель, зависит его экономичность. В исправном агрегате используется бедная смесь, что позволяет сэкономить количество топлива в баке.

Как устроен дизельный двигатель

Основным отличием конструкции дизеля от бензиновых моторов является наличие топливного насоса высокого давления, дизельных форсунок и отсутствие свечей зажигания.

Общее устройство этих двух разновидностей силового агрегата не различается. И в том, и в другом имеются коленчатый вал, шатуны, поршни. При этом у дизельного мотора все элементы усилены, так как нагрузки на них более высокие.

На заметку: некоторые движки дизельного типа имеют свечи накаливания, которые ошибочно принимаются автолюбителями за аналог свечей зажигания. На самом деле, это не так. Свечи накаливания используются для нагрева воздуха в цилиндрах в мороз.

При этом дизель легче заводится. Свечи зажигания в бензиновых моторах применяются для воспламенения топливовоздушной смеси в процессе работы двигателя.

Систему впрыска на дизелях делают прямой, когда топливо поступает непосредственно в камеру, или непрямой, когда воспламенение происходит в предкамере (вихревая камера, фор-камера). Это небольшая полость над камерой сгорания, с одним или несколькими отверстиями, через которые туда поступает воздух.

Такая система способствует лучшему смесеобразованию, равномерному нарастанию давления в цилиндрах. Зачастую именно в вихревых камерах применяются калильные свечи, призванные облегчить холодный пуск. При повороте замка зажигания, автоматически запускается процесс нагрева свечей.

Плюсы и минусы дизельного мотора

Как и любой другой тип силового агрегата, дизельный мотор имеет положительные и отрицательные черты. К «плюсам» современного дизеля относят:

  • экономичность;
  • хорошую тягу в широком диапазоне оборотов;
  • больший, чем у бензинового аналога, ресурс;
  • меньшее количество вредных выбросов.

Дизель не лишен и недостатков:

  • моторы, не оснащенные свечами накаливания, плохо заводятся в мороз;
  • дизель дороже и сложнее в обслуживании;
  • высокие требования к качеству и своевременности обслуживания;
  • высокие требования к качеству расходных материалов;
  • большая, чем у бензиновых движков, шумность работы.

Дизельный двигатель с турбонаддувом

Принцип работы турбины на дизельном двигателе практически не отличается от такового на бензиновых моторах. Суть заключается в нагнетании в цилиндры дополнительного воздуха, что закономерно увеличивает количество поступающего топлива. За счет этого отмечается серьезный прирост мощности мотора.

Устройство турбины дизельного двигателя также не имеет существенных отличий от бензинового аналога. Устройство состоит из двух крыльчаток, жестко связанных между собой, и корпуса, внешне напоминающего улитку. На корпусе турбокомпрессоров имеется 2 входных и 2 выходных отверстия. Одна часть механизма встраивается в выпускной коллектор, вторая во впускной.

Схема работы проста: газы, выходящие из работающего мотора, раскручивают первую крыльчатку, которая вращает вторую. Вторая крыльчатка, вмонтированная во впускной коллектор, нагнетает атмосферный воздух в цилиндры. Увеличение подачи воздуха приводит к увеличению подачи топлива и росту мощности. Это позволяет мотору быстрее набирать скорость даже на низких оборотах.

Турбояма

В процессе работы турбина может совершать до 200 тысяч оборотов в минуту. Раскрутить ее до необходимой скорости вращения моментально невозможно. Это приводит к появлению т.н. турбоямы, когда с момента нажатия на педаль газа до начала интенсивного разгона проходит некоторое время (1-2 секунды).

Проблема решается доработкой турбинного механизма и установкой нескольких крыльчаток разного размера. При этом маленькие крыльчатки раскручиваются моментально, после чего их догоняют элементы большого размера. Такой подход позволяет практически полностью ликвидировать турбояму.

Также производятся турбины с изменяемой геометрией, VNT (Variable Nozzle Turbine), призванные решать те же проблемы. В настоящий момент существует большое количество модификаций подобного типа турбин. Коррекция геометрии успешно справляется и с обратной ситуацией, когда оборотов и воздуха становится слишком много и необходимо притормозить обороты крыльчатки.

Интеркуллер

Было замечено, что если при смесеобразовании используется холодный воздух, КПД двигателя увеличивается до 20%. Это открытие привело к появлению интеркуллера – дополнительного элемента турбин, повышающего эффективность работы.

После всасывания воздуха он проходит через радиатор, и в охлажденном состоянии попадает во впускной коллектор. Мы уже публиковали статью, в которой можно подробно ознакомиться со схемой работы интеркуллера.

За турбиной современного автомобиля необходимо должным образом ухаживать. Механизм крайне чувствителен к качеству моторного масла и перегреву. Поэтому смазочный материал рекомендуется менять не реже, чем через 5-7 тысяч километров пробега.

Кроме того, после остановки машины следует оставлять ДВС включенным на 1-2 минуты. Это позволяет турбине остыть (при резком прекращении циркуляции масла она перегревается). К сожалению, даже при грамотной эксплуатации ресурс компрессора редко превышает 150 тысяч километров.

На заметку: оптимальным решением проблемы перегрева турбины на дизельных моторах является установка турботаймера. Устройство оставляет двигатель запущенным на протяжении необходимого времени после выключения зажигания. После окончания необходимого периода электроника сама выключает силовой агрегат.

Строение и принцип действия дизельного двигателя делают его незаменимым агрегатом на тяжелом транспорте, которому необходима хорошая тяга «на низах». Современные дизели с равным успехом работают и в легковых автомобилях, главное требование к которым: приемистость и время набора скорости.

Сложный уход за дизелем компенсируется долговечностью, экономичностью и надежностью в любых ситуациях.

Мне нравится2Не нравится
Что еще стоит почитать

Принципы работы газовых и воздушных потоков в турбинных двигателях

Во время Второй мировой войны и вскоре после этого поршневые самолеты достигли пика по мощности, характеристикам и сложности. Мощность больших многорядных радиальных двигателей увеличилась до 4000 л.с. Только чтобы быть побежденным реактивным самолетом, который был разработан (среди прочего) немецким доктором Хансом фон Охайном и отдельно в Великобритании сэром Фрэнком Уиттлом. Его принципы основаны на «Эолипиле» древнегреческого ученого Героя и других великих мыслителей, таких как Леонардо да Винчи, и законах Исаака Ньютона.

По сравнению с поршнем, газовая турбина имеет меньше деталей, а движущиеся части вращаются только в одном направлении без остановки и ускорения, как обычно делают поршни в двигателе. Таким образом, работающая газовая турбина в основном не подвержена вибрациям, которые обычно встречаются в поршневых моделях, что означает гораздо более длительный срок службы (TBO) и более высокую надежность.

Но поршневые двигатели этого класса мощности (более 4000 л.с.) настолько сложны, что единственный выход — продолжить разработку газовой турбины, несмотря на все трудности на этом пути.Он также способен извлекать больше энергии из заданного количества топлива, чем поршневой двигатель.



Принцип действия

Газовые турбины работают почти по тому же принципу, что и поршневые двигатели Aero. Они всасывают воздух, сжимают его, распыляют топливо в горячем сжатом воздухе, который испаряется, воспламеняется и затем непрерывно горит (в отличие от поршня), горячий выхлоп быстро расширяется и находится в камерах сгорания, приводящих в движение турбину, которая, в свою очередь, вращает компрессор. .

Тяга

Когда горячий выхлоп, наконец, покидает двигатель, он все еще содержит достаточно кинетической энергии для создания прямой тяги (Ньютон), толкающей самолет вперед на высоких скоростях. Внутри двигателя только небольшая часть всасываемого воздуха используется для сгорания топлива, остальная часть используется для охлаждения и других применений, таких как наддув кабины и кондиционирование воздуха.

Энергетика

Таким образом, процесс сгорания топлива проходит почти в той же последовательности, что и в поршневом двигателе, с той разницей, что мощность вырабатывается непрерывно, а в поршневом — прерывисто.
И поршневой, и реактивный самолет работают с воздухом для его ускорения, поршневой или турбовинтовой с пропеллером, который дает небольшое ускорение большому количеству воздуха, а чистая струя дает большое ускорение небольшому количеству воздуха.

Постоянное давление

В газовой турбине сгорание происходит при почти постоянном давлении с увеличением объема, в то время как высокие пиковые давления, характерные для поршневых двигателей, избегаются. Возможность использования низкооктанового топлива. Становится возможным использовать менее прочные компоненты, но для обеспечения длительного срока службы компонентов двигателя используются специальные сплавы, способные выдерживать более высокие температуры газа.

Рабочий цикл

Чтобы газотурбинный двигатель мог производить любую энергию, воздух сжимается, увеличивая его энергию давления, а затем за счет сжигания топлива добавляется тепловая энергия. Цикл, в котором это происходит, называется циклом Брайтона. Назван в честь Джорджа Брайтона, который проводил анализ работы паровых двигателей в Соединенных Штатах еще в предыдущие столетия.

Бойл и Чарльз Лоус

Во время рабочего цикла турбины воздушная масса впитывает и отдает тепло, вызывая изменения давления, температуры и скорости этой воздушной массы.Эти изменения соответствуют законам Бойля и Чарльза: и этот закон гласит, что произведение давления и объема воздушной массы пропорционально абсолютной температуре воздуха: P × V = T .

Выше сказано, что когда масса воздуха нагревается и остывает, это приводит к изменениям давления, скорости и температуры этой массы воздуха. Поскольку тепло является формой энергии, колебания температуры дают представление о работе, выполняемой в двигателе. И это будет происходить в трех основных областях газотурбинного двигателя:

  • Сжатие, выполняется работа по сжатию воздуха, в результате чего увеличивается его температура и уменьшается объем
  • Сгорание, топливо добавляется и сжигается, таким образом добавляется тепло, поэтому температура и объем повышаются, а давление немного падает
  • Расширение, турбины извлекают энергию из газового потока, что снижает температуру и давление

Поскольку массовый расход воздуха является непрерывным, объем газа изменяется только при изменении скорости газа.

Тепловой двигатель

Кроме того, газовая турбина является тепловым двигателем, и чем больше тепла, тем больше расширяются газы и тем эффективнее двигатель. Это ограничено только тем, что могут выдержать сплавы двигателя. Охлаждающий воздух используется для повышения температуры (и эффективности) сверх материалов, из которых сделаны камеры сгорания.
Этот охлаждающий воздух образует тонкие слои воздуха над компонентами, изолируя их от тепла и удерживая их в заданных пределах.

Автор EAI.

Экспериментальный реактивный двигатель цикла Брайтона | Функциональность турбинного двигателя

1. Понять основные операции цикла Брайтона.

2. Продемонстрировать применение основных уравнений для анализа цикла Брайтона.

ИСТОРИЯ

Цикл Брайтона представляет собой стандартную для воздуха модель энергетического цикла газовой турбины. Простой газотурбинный двигатель — это состоит из трех основных компонентов: компрессора, камеры сгорания и турбины.Согласно Принцип цикла Брайтона, воздух сжимается в компрессоре турбины. Затем воздух смешивается с топливом, и сгорает при постоянном давлении в камере сгорания. Образующийся горячий газ пропускают расширяться через турбину для выполнения работы. Большая часть работы, производимой в турбине, используется для работы компрессор и остальное оборудование доступны для работы вспомогательного оборудования и выработки электроэнергии. Газ турбина используется в широком спектре приложений. Обычное использование включает в себя стационарную выработку электроэнергии. установки (электроэнергетика) и мобильные двигатели для выработки энергии (корабли и самолеты).В силовой установке В приложениях выходная мощность турбины используется для обеспечения мощности на валу для привода генератора, винт вертолета и т. д. Самолет с реактивным двигателем приводится в движение реактивной тягой выходящего газа. транслировать. Турбина обеспечивает мощность, достаточную для приведения в действие компрессора и производства вспомогательной энергии. власть. Газовый поток приобретает в цикле больше энергии, чем необходимо для приведения в действие компрессора. В оставшаяся доступная энергия используется для продвижения самолета вперед.

Схема цикла Брайтона (простая газовая турбина) представлена ​​на рисунке 1.Всасывается воздух низкого давления в компрессор (состояние 1), где он сжимается до более высокого давления (состояние 2). Топливо добавляется в сжатый воздух и смесь сжигается в камере сгорания. Образующиеся горячие газы попадают в турбина (состояние 3) и развернитесь до состояния 4. Цикл Брайтона состоит из четырех основных процессов:

АНАЛИЗ ЦИКЛА

Термодинамика и Первый закон термодинамики определяют общий перенос энергии.К Чтобы проанализировать цикл, нам нужно максимально полно оценить все состояния. Стандартные модели Air очень полезен для этой цели и обеспечивает приемлемые количественные результаты для газотурбинных циклов. В этих модели сделаны следующие предположения.

1. Рабочей жидкостью является воздух, которая рассматривается как идеальный газ на протяжении всего цикла;

2. Процесс горения моделируется как добавление тепла при постоянном давлении;

3. Выхлоп моделируется как процесс отвода тепла при постоянном давлении.

В моделях стандарта холодного воздуха (CAS) удельная теплоемкость воздуха считается постоянной (модель идеального газа) при самая низкая температура в цикле. Влияние температуры на удельную теплоемкость можно включить в анализ при небольшом увеличении усилия. Однако решения в закрытой форме больше не будут возможный.

Чтобы выполнить термодинамический анализ цикла, мы рассматриваем контрольный объем, содержащий каждый компонент цикла, показанного на рисунке 1. Этот шаг кратко описан ниже.

Компрессор

Рассмотрим следующий контрольный объем для компрессора,

Обратите внимание, что в идеале теплоотвод от контрольного объема (C.V.) к окружающему пространству отсутствует. В установившихся условиях и без учета эффектов кинетической и потенциальной энергии первый закон для этого контрольного объема записывается как

Учитывая, что у нас есть один поток в контрольный объем и один поток из контрольного объема, мы можем записать более конкретную форму первого закона как

Или перегруппировка путем группировки терминов, связанных с каждым потоком

Это общая форма Первого Закона для компрессора.Однако, если предполагается, что поток жидкости представляет собой идеальные газы, мы можем представить энтальпии в терминах температуры (гораздо более измеримая величина), используя соответствующее уравнение состояния (dh = c p dT), которое будет вводить конкретное предположение постоянная удельная теплоемкость, разница энтальпий легко выражается как разность температур как

Обратите внимание, что в идеале передача работы от контрольного объема (C.V.) к окружающей среде. В установившихся условиях и без учета эффектов кинетической и потенциальной энергии первый закон для этого контрольного объема записывается как

Учитывая, что у нас есть один поток в контрольный объем и один поток из контрольного объема, мы можем записать более конкретную форму первого закона как

Или перегруппировка путем группировки терминов, связанных с каждым потоком

Предполагая идеальные газы с постоянной удельной теплоемкостью, разность энтальпий легко выражается как разность температур как

Опять же, чтобы быть более точным, удельную теплоемкость каждой жидкости следует оценивать как линейное среднее значение между ее входной и выходной температурой.

Турбина

Рассмотрим следующий контрольный объем для турбины,

Предполагая идеальные газы с постоянной удельной теплоемкостью, разность энтальпий легко выражается как разность температур как

Как и раньше, для получения более точных результатов удельную теплоемкость каждой жидкости следует оценивать как линейное среднее значение между ее входной и выходной температурой.

Необратимость, присутствующая в реальном процессе, может быть смоделирована путем введения изоэнтропической эффективности турбины,

, где индекс s относится к идеальному (изэнтропическому) процессу, а индекс a относится к фактическому процессу.Для идеального газа приведенное выше уравнение сокращается до

.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Лабораторная установка представляет собой автономную переносную двигательную лабораторию под ключ производства компании ООО «Турбинные технологии» называется «Мини-лаборатория ТТЛ». Мини-лаборатория представляет собой настоящий реактивный двигатель. Следовательно, существуют те же проблемы безопасности, что и при работе реактивного двигателя. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы следовать все процедуры безопасности точно такие, как описано в лаборатории и заявлено вашими инструкторами.В Следующее описание настройки предоставляется производителем.

«Турбореактивный двигатель модели SR-30 Turbine Technologies является основной системой. составная часть. Рабочий звук и запах трудно отличить от холостого хода, малый бизнес-джет. Осевое турбинное колесо и направляющее кольцо лопасти двигателя вакуумные. литье по выплавляемым моделям. Они производятся из современных, высококобальтовых и никелевых сплавов. содержание суперсплавов (МАР-М-247 и Инконнель 718). Камера сгорания состоит из кольцевой противоточной системы, включающей полосы внутреннего пленочного охлаждения.

Топливные и масляные баки, фильтры, маслоохладитель, вся необходимая сантехника и электропроводка находятся в нижняя часть конструкции мини-лаборатории. С правой стороны расположен рычаг дроссельной заслонки. оператора и над наклонной приборной панелью. Дроссельная заслонка включает 7 оператор для плавного переключения мощности между холостым ходом и максимальным N1. Цифровой обороты двигателя и E.G.T. манометры, механические E.P.R., масло, топливо, давление воздуха при запуске датчики также являются частью стандартной панели. Сигнальные лампы указывают на низкий уровень масла давление, зажигание включено и состояние воздушного пуска.Главный выключатель с ключом управляет магистральный электрический автобус. Другие переключатели, монтируемые на панели, управляют воспламенителем, воздушным пуском и активировать подачу топлива. Топливная система двигателя СР-30 очень похожа на крупногабаритную. двигатели — распыление топлива через 6 форсунок высокого давления обратного потока, что позволяет работа с широким спектром жидких видов топлива на основе керосина (например, дизельное топливо, Jet A, JP-4 через 8) ».

Компоненты двигателя.

Реактивный двигатель состоит из одноступенчатого радиального компрессора, противоточной кольцевой камеры сгорания и одиночного ступенчатая осевая турбина, которая направляет продукты сгорания в сужающееся сопло для дальнейшего расширение.Детали двигателя можно увидеть в «разрезе» на рис. 6.

Контрольно-измерительные приборы.

Датчики выведены на центральную панель доступа и связаны с оборудованием для сбора данных и программное обеспечение от National Instruments. Производитель предоставляет следующее описание датчики и их расположение.

«Опция интегрированной сенсорной системы (мини-лаборатория) включает следующие зонды: Статическое давление на входе компрессора (P 1 ), Давление торможения на выходе ступени компрессора (П 02 ), Давление в камере сгорания (P 3 ), Давление торможения на выходе из турбины (P 04 ), Давление торможения на выходе из упорного сопла (P 05 ), Статическая температура на входе компрессора (Т 1 ), Температура торможения на выходе ступени компрессора (T 02 ), Вход ступени турбины температура застоя (Т 03 ), Температура торможения на выходе из ступени турбины (Т 04 ), а также температура торможения на выходе из упорного сопла (T 05 ).Дополнительно в систему входит датчик расхода топлива и цифровой индикатор тяги, измеряющий силу тяги в реальном времени. на системе тяги тензодатчика ».

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

ПРИМЕЧАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ:

1. Убедитесь, что вы носите средства защиты органов слуха. Если вы не уверены, как затычки для ушей используются правильно, попросите инструктора лаборатории провести демонстрацию. Никогда не оставайтесь в лаборатории без средств защиты органов слуха, пока двигатель работает. операция.

2. Двигатель СР-30 работает на высоких оборотах. Хотя есть защитное стекло, отделяющее двигатель от оператора, убедитесь, что чтобы вы не наклонялись слишком близко к этой панели.

3. Убедитесь, что индикатор низкого давления масла погас сразу после запуск двигателя. Если он остается включенным или загорается в любой момент во время работы двигателя работа немедленно перекрывает подачу топлива.

4. Есть датчик вибрации, индикатор которого находится справа от панель оператора.Если этот индикатор показывает какую-либо активность (повышение напряжения) немедленно выключите двигатель.

5. Если в любой момент вы заподозрите что-то неладное, отключите подачу топлива. немедленно и уведомить инструктора лаборатории.

6. Если двигатель завис (запускается, но не разгоняется до холостого хода примерно 40000 об / мин) снова включите воздушный пуск на короткое время, пока двигатель не скорость до 30 000 оборотов в минуту. Затем выключите переключатель воздушного пуска. ã УБЕДИТЕСЬ, ЧТО НИ ВЫ, НИ В ВАШЕЙ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ РАЗМЕЩАЕТСЯ ПЕРЕД ВПУСКОМ ИЛИ ВЫХЛОПОМ ОТВОДА ДВИГАТЕЛЬ, КОГДА ДВИГАТЕЛЬ РАБОТАЕТ.

1. Попросите вашего ТА загрузить программу сбора данных и запустить предварительно запрограммированный ВП LabView для эта лаборатория. На экране должны отображаться показания всех датчиков. Просмотрите показания, чтобы убедиться они работают правильно.

2. Убедитесь, что давление воздуха в пусковой линии сжатого воздуха составляет не менее 100 фунтов на кв. Дюйм (не более 120 фунтов на квадратный дюйм). Попросите инструктора лаборатории проверить уровень масла.

3. Произведите необходимые измерения длины и запишите требуемые размеры, чтобы вы могли рассчитать площадь входа (где находятся датчики).

4. Обратитесь за помощью к своему лаборанту, включите систему и запустите двигатель. После того, как двигатель успешно запущен, вы должны сначала дать двигателю достичь оборотов холостого хода, прежде чем производить какие-либо измерения. Убедитесь, что дроссельная заслонка находится в самой нижней точке. Положение холостого хода почти вертикальное, и находится близко к оператору (вдали от двигателя).

5. Медленно откройте дроссельную заслонку. Начните снимать данные примерно со скоростью 65 000 об / мин. Убедитесь, что вы разрешили время выхода двигателя на устойчивый режим, отслеживая цифровой индикатор оборотов двигателя на панели.В чтение несколько колеблется, так что используйте свое суждение.

6. Снимайте данные при трех различных оборотах двигателя. Вы будете использовать эти данные, чтобы изучить, как цикл и КПД компонентов меняется со скоростью.

7. После того, как вы закончите сбор данных, сначала выключите переключатель расхода топлива. 8. Данные будут храниться в формате таблицы Excel

.

АНАЛИЗ ДАННЫХ

По собранным данным определить изоэнтропический КПД турбины, изоэнтропический КПД компрессора, тепловой КПД цикла и соответствующий КПД Карно.

ОТЧЕТ

В своем отчете определите производительность идеального цикла, работающего с таким же максимальным циклом температура, массовый расход и степень сжатия. Сравните эффективность идеального цикла с размеренной производительностью. Обсудите различия.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ

1. Как эффективность цикла соотносится с идеальным циклом Брайтона? с циклом Карно?

2. Как эффективность компонентов влияет на эффективность цикла?

3.Как эффективность компонентов, рассчитанная на основе данных испытаний, сравнивается с эффективностью компонентов типично для этих газотурбинных двигателей?

4. Как работает турбинный компрессор?

ТУРБОКОМПЕНСАТОР: КОМПОНЕНТЫ, ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ И ТИПЫ

Турбонагнетатель — это устройство, которое используется для увеличения мощности двигателя или, можно сказать, повышения эффективности двигателя за счет увеличения количества воздуха, поступающего в камеру сгорания. Больше воздуха в камеру сгорания означает, что в цилиндр будет поступать большее количество топлива, и, как следствие, можно получить больше мощности от того же двигателя, если в нем установлен турбонагнетатель.

Проще говоря, турбокомпрессор — это своего рода воздушный насос, забирающий воздух с давлением окружающей среды (атмосферное давление), сжимающий до более высокого давления и пропускающий сжатый воздух в двигатель через впускные клапаны.

В настоящее время турбины используются в основном в дизельных двигателях, но в настоящее время наблюдается переход к турбонаддувам в серийных бензиновых двигателях.

Количество двигателя, которое фактически входит в цилиндр двигателя, по сравнению с теоретическим количеством, если двигатель может поддерживать атмосферное давление, называется объемным КПД, а цель турбокомпрессора — повысить объемный КПД двигателя за счет увеличения плотности впуска. газ.

Турбокомпрессор всасывает воздух из атмосферы и сжимает его с помощью центробежного компрессора, прежде чем он попадет во впускной коллектор под повышенным давлением. Это приводит к тому, что большее количество воздуха поступает в цилиндры на каждом такте впуска. Центробежный компрессор получает энергию за счет кинетической энергии выхлопных газов двигателя.

КОМПОНЕНТЫ ТУРБОКОМПЕНСАТОРА

Турбокомпрессор состоит из трех основных компонентов.
1. Турбина, которая почти представляет собой турбину с радиальным притоком.
2. Компрессор представляет собой практически центробежный компрессор.
3. Узел вращения центральной ступицы.

Турбокомпрессор состоит из двух основных частей: турбины и компрессора.

Турбина состоит из турбинного колеса и корпуса турбины. Корпус турбины направляет выхлопные газы в рабочее колесо турбины. Энергия выхлопного газа вращает колесо турбины, и затем газ выходит из корпуса турбины через зону выхода выхлопных газов.

Компрессор также состоит из двух частей: крыльчатки компрессора и корпуса компрессора.Принцип действия компрессора противоположен турбине. Колесо компрессора прикреплено к турбине валом из кованой стали, и когда турбина вращает колесо компрессора, высокоскоростное вращение втягивает воздух и сжимает его. Затем корпус компрессора преобразует высокоскоростной воздушный поток низкого давления в воздушный поток высокого давления и низкого давления посредством процесса, называемого диффузией. Сжатый воздух проталкивается в двигатель, позволяя двигателю сжигать больше топлива для выработки большей мощности.

ПРИНЦИП РАБОТЫ

Турбокомпрессор состоит из двух основных частей: турбины и компрессора. Турбина состоит из турбинного колеса и корпуса турбины, цель которых — направлять выхлопные газы в турбинное колесо. Кинетическая энергия выхлопных газов преобразуется в механическую после попадания их на лопатки турбины. Выхлопное отверстие помогает выхлопным газам выходить из турбины. Колесо компрессора в турбонагнетателе прикреплено к турбине с помощью стального вала, и когда турбина вращает колесо компрессора, оно втягивает высокоскоростной воздушный поток низкого давления и преобразует его в воздух высокого давления и низкой скорости. транслировать.Этот сжатый воздух вдавливается в двигатель с большим количеством топлива и, следовательно, производит большую мощность.

Отработанные выхлопные газы двигателя используются для привода турбинного колеса, которое соединено валом с колесом компрессора. Компрессор или воздушное колесо всасывает воздух через воздушные фильтры и направляет его в двигатель.
По мере того, как отработанные газы выпускаются из двигателя, они направляются в турбину или горячее колесо турбонагнетателя и таким образом завершают цикл.

1.Захват

Горячие газы, образующиеся при сгорании, не выходят через выхлопную трубу, а направляются в турбонагнетатель. Цилиндры внутри двигателя внутреннего сгорания срабатывают последовательно (не все сразу), поэтому выхлопные газы выходят из камеры сгорания нерегулярными импульсами.
Обычные турбокомпрессоры с одной спиралью направляют эти нерегулярные импульсы выхлопных газов в турбину таким образом, что они сталкиваются и мешают друг другу, уменьшая силу потока. В отличие от этого, турбонагнетатель с двойной спиралью собирает выхлопные газы из пар цилиндров в чередующейся последовательности.

2. Отжим

Выхлоп ударяет по лопаткам турбины, вращая их со скоростью до 150 000 об / мин. Чередующиеся импульсы выхлопа помогают устранить турбо-лаг.

3. Вентиляционное отверстие

Выполнив свое предназначение, выхлопные газы проходят через выпускное отверстие в каталитический нейтрализатор, где они очищаются от оксида углерода, оксидов азота и других загрязняющих веществ перед выходом через выхлопную трубу.

4. Сжать

Между тем, турбина приводит в действие воздушный компрессор, который собирает холодный чистый воздух из вентиляционного отверстия и сжимает его до давления на 30 процентов выше атмосферного, или почти 19 фунтов на квадратный дюйм.Плотный, богатый кислородом воздух поступает в камеру сгорания.

Дополнительный кислород позволяет двигателю более полно сжигать бензин, обеспечивая большую производительность от меньшего двигателя. В результате двигатель Twin Power вырабатывает на 30 процентов больше мощности, чем двигатель такого же размера без турбонаддува.

Это следует за следующим процессом

1. Воздухозаборник двигателя всасывает холодный воздух и направляется в компрессор.
2. Компрессор сжимает поступающий воздух и нагревает его.Затем он выдувает горячий воздух.
3. Горячий воздух охлаждается, проходя через теплообменник, и поступает в воздухозаборник цилиндра.
4. Холодный воздух горит внутри камеры сгорания быстрее из-за переноса большего количества кислорода.
5. Из-за сжигания большего количества топлива выход энергии будет больше и быстрее, и двигатель сможет передавать больше мощности на колеса.
6. Горячие отработанные газы покидают камеру и проходят мимо турбины на выходе выхлопных газов.
7.Турбина вращается с высокой скоростью и раскручивает компрессор, поскольку оба установлены на одном валу.
8. Выхлопные газы покидают автомобиль через выхлопную трубу. Они тратят меньше энергии, чем двигатель без турбонагнетателя.

ВИДЫ ТУРБОКОМПЕНСАТОРОВ

1. Одинарный турбо

Одни только турбонагнетатели обладают безграничной вариативностью. Различие в размере крыльчатки компрессора и турбины приведет к совершенно разным характеристикам крутящего момента. Большие турбины обеспечат высокую максимальную мощность, но меньшие турбины обеспечат лучшее рычание на низких частотах, поскольку они быстрее вращаются.Есть также одиночные турбины на шарикоподшипниках и опорных подшипниках. Шарикоподшипники обеспечивают меньшее трение для вращения компрессора и турбины, поэтому их наматывать быстрее (при добавлении стоимости).

Преимущества
• Экономичный способ увеличения мощности и эффективности двигателя.
• Простой, как правило, самый простой в установке вариант турбонаддува.
• Позволяет использовать двигатели меньшего размера для выработки такой же мощности, как и более крупные безнаддувные двигатели, что часто позволяет снизить вес.

Недостатки
• Одиночные турбины обычно имеют довольно узкий эффективный диапазон оборотов. Это создает проблему с определением размеров, так как вам придется выбирать между хорошим крутящим моментом на низких оборотах или лучшей мощностью на высоких оборотах.
• Турбо-отклик может быть не таким быстрым, как альтернативные настройки турбо.

2. Твин-турбо

Как и одиночные турбокомпрессоры, при использовании двух турбокомпрессоров существует множество возможностей. У вас может быть один турбонагнетатель для каждого ряда цилиндров (V6, V8 и т. Д.). В качестве альтернативы можно использовать один турбонагнетатель для низких оборотов и байпас к более крупному турбокомпрессору для высоких оборотов (I4, I6 и т. Д.).У вас может быть даже две турбины одинакового размера, одна из которых используется на низких оборотах, а обе — на более высоких. На BMW X5 M и X6 M используются турбины с двумя улитками, по одной с каждой стороны от V8.

Преимущества
• Для параллельных сдвоенных турбин на V-образных двигателях преимущества (и недостатки) очень похожи на установки с одним турбонаддувом.
• Для последовательных турбин или использования одного турбонагнетателя на низких оборотах и ​​обоих на высоких оборотах, это позволяет получить гораздо более широкую и пологую кривую крутящего момента. Лучше крутящий момент на низких оборотах, но мощность не снижается на высоких оборотах, как у небольшого турбонаддува.

Недостатки
• Стоимость и сложность, так как вы почти вдвое увеличили количество турбо-компонентов.
• Существуют более легкие и эффективные способы достижения аналогичных результатов (как описано ниже).

3. Twin-Scroll Turbo

Турбина приводится в движение выхлопными газами, которые направляются на вращение лопаток турбины и нагнетание воздуха в двигатель. Теперь цилиндры двигателя срабатывают последовательно, а это означает, что выхлопные газы импульсами попадают в турбонагнетатель. Как вы, наверное, догадались, эти импульсы могут легко перекрываться и мешать друг другу при включении турбонагнетателя, и турбокомпрессор с двойной спиралью решает эту проблему, используя корпус турбины с разделенным впуском и специальный выпускной коллектор, который соединяет правые цилиндры с каждым. прокрутка.В четырехцилиндровом автомобиле первый и четвертый цилиндры могут приводить в действие одну спираль, а два и три — другую. Это означает меньшее перекрытие импульсов и меньшую задержку.

Преимущества
• На выхлопную турбину направляется больше энергии, а значит, больше мощности.
• Более широкий диапазон эффективных оборотов наддува возможен на основе различных конструкций спиралей.
• Возможно большее перекрытие клапанов без затруднения продувки выхлопных газов, что означает большую гибкость настройки.

Недостатки
• Требуется особая компоновка двигателя и конструкция выхлопа (например: I4 и V8, где 2 цилиндра могут подаваться на каждую спираль турбонагнетателя с равными интервалами).
• Стоимость и сложность по сравнению с традиционными одиночными турбинами.

4. Турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT)

Турбонагнетатель с изменяемой геометрией (VGT) — это дорогостоящее и сложное силовое решение, которое особенно распространено в дизельных двигателях. VGT имеет кольцо лопаток аэродинамической формы в корпусе турбины, которое может изменять отношение площади к радиусу в соответствии с оборотами двигателя. На низких оборотах отношение площади к радиусу создает большее давление и скорость для более эффективного раскрутки турбины.На более высоких оборотах соотношение увеличивается, чтобы впустить больше воздуха. Результат — более широкий диапазон усиления и меньшая задержка.

Преимущества
• Широкая плоская кривая крутящего момента. Эффективный турбонаддув в очень широком диапазоне оборотов.
• Требуется только один турбо, что упрощает настройку последовательного турбо в нечто более компактное.

Недостатки
• Обычно используется только в дизельных двигателях, где выхлопные газы ниже, поэтому лопатки не будут повреждены теплом.
• Что касается бензиновых двигателей, то стоимость их обычно невысока, поскольку для обеспечения надежности необходимо использовать экзотические металлы.Эта технология использовалась на Porsche 997, хотя бензиновых двигателей VGT существует очень мало из-за связанных с этим затрат.

5. Регулируемый турбонагнетатель Twin-Scroll

Регулируемый турбонаддув с двойной прокруткой сочетает в себе VGT с настройкой двойной прокрутки, поэтому на низких оборотах одна из спиралей полностью закрывается, выталкивая весь воздух в другую. Это приводит к хорошему турбо-отклику и низкой мощности. По мере увеличения скорости открывается клапан, позволяя воздуху проникать в другую спираль (это полностью изменяемый процесс, то есть клапан открывается с небольшими приращениями), и вы получаете хорошие высокие характеристики.Вы получаете производительность от одного турбо, которую обычно можно получить только от установки с двумя турбонаддувом.

Преимущества
• Значительно дешевле (теоретически), чем VGT, что делает приемлемый вариант для бензинового турбонаддува.
• Обеспечивает широкую плоскую кривую крутящего момента.
• Более прочная конструкция по сравнению с VGT, в зависимости от выбора материала.

Недостатки
• Стоимость и сложность по сравнению с использованием одиночного турбо или традиционного двойного прокрутки.
• Эта технология использовалась и раньше (например, быстродействующий золотниковый клапан), но, похоже, она не прижилась в производственном мире.Вероятно, есть дополнительные проблемы с технологиями.

6. Электротурбокомпрессоры

Самым недавним достижением является внедрение турбин с электрическими компрессорами. Примером может служить бустер BorgWarner, представляющий собой компрессор с электрическим приводом. Компрессор обеспечивает мгновенный наддув двигателя до тех пор, пока турбокомпрессор не наберет достаточную скорость. Похожую версию этого можно найти в Audi SQ7. С мгновенным ускорением задержка уходит в прошлое, но, опять же, система дорогая и сложная.Компрессор нуждается в двигателе, который, в свою очередь, должен быть запитан, поэтому реализовать эту систему непросто.

Преимущества
• При непосредственном подключении электродвигателя к крыльчатке компрессора турбо-задержка и недостаток выхлопных газов могут быть практически устранены путем вращения компрессора с помощью электроэнергии, когда это необходимо.
• Подключив электродвигатель к выхлопной турбине, можно регенерировать потерянную энергию (как это сделано в Формуле 1).
• Очень широкий эффективный диапазон оборотов при равномерном крутящем моменте.

Недостатки
• Стоимость и сложность, поскольку теперь вы должны учитывать электродвигатель и следить за тем, чтобы он оставался холодным, чтобы предотвратить проблемы с надежностью. То же касается и добавленных контроллеров.
• Упаковка и вес становятся проблемой, особенно с добавлением бортовой батареи, которая будет необходима для обеспечения достаточной мощности турбонагнетателя, когда это необходимо.
• VGT или двойные прокрутки могут предложить очень похожие преимущества (хотя и не на том же уровне) при значительно более низкой стоимости.

Как работает турбокомпрессор выхлопных газов дизельного генератора? | by Starlight Generator

1. Принцип работы турбокомпрессора выхлопных газов

Турбонагнетатель выхлопных газов — это турбокомпрессор, приводимый в действие энергией выхлопных газов дизельного двигателя, который сжимает воздух и затем подает его в цилиндр. После турбонаддува дизельного двигателя выхлопной газовой турбиной выходная мощность дизельного двигателя может быть увеличена более чем на 30–100%. В то же время, он также может снизить качество мощности агрегата, уменьшить размер формы, сэкономить сырье, уменьшить расход топлива , увеличить крутящий момент дизельного двигателя, увеличить емкость заряда нагрузки и уменьшить загрязнение выхлопных газов в Атмосфера.Так что он получил широкое распространение.

2. Конструкция турбонагнетателя отработавших газов

На рисунке показана конструкция системы наддува отработавших газов в дизель-генераторе.

Выхлопная труба дизельного двигателя соединена со спиральной камерой турбонагнетателя. Выхлопной газ с высокой температурой от 500 ℃ до 600 ℃ и определенным давлением от дизельного двигателя попадает в сопловое кольцо через улитку, и площадь канала соплового кольца постепенно уменьшается от большой к малой.Следовательно, этого можно добиться: хотя давление и температура выхлопного газа снижаются, но его расход постоянно увеличивается. Этот высокоскоростной выхлопной газ ударяет по турбине в определенном направлении, позволяя возрастать давлению, температуре и скорости выхлопного газа турбины при высокоскоростном вращении, а затем тем выше скорость турбины. Выхлопной газ через турбину окончательно выбрасывается в атмосферу.

3. Форма турбонаддува турбокомпрессора отработавших газов

Турбонагнетатель отработавших газов можно разделить на два типа в зависимости от направления воздушного потока, входящего в турбину: осевой поток и сток.

Устройство стокового турбонагнетателя показано на рисунке.

Он в основном состоит из спиральной камеры, соплового кольца, турбины, вала ротора и т. Д. Когда работает сток турбонагнетателя, выхлопные газы дизельного двигателя попадают в спиральную камеру турбокомпрессора и проходят вертикально вдоль оси вала ротора турбокомпрессора, рабочее колесо вращается. вынужден менять направление потока по глухому криволинейному проходу. Под действием центробежной силы частицы воздушного потока выбрасываются на N сторону лопасти, и давление увеличивается, а относительная скорость уменьшается; относительная скорость на выпуклой стороне лопасти увеличивается, а давление уменьшается.

При работе турбонагнетателя с осевым потоком выхлопные газы дизельного двигателя попадают в улитку турбонагнетателя, а воздушный поток проходит вдоль оси ротора турбонагнетателя, поэтому его называют турбонагнетателем с осевым потоком.

В зависимости от того, используется ли энергия импульса выхлопного газа в выхлопной трубе дизельного двигателя или нет, турбонаддув выхлопного газа можно разделить на тип постоянного давления и тип импульса.

Турбонагнетатель постоянного давления для отработавших газов предназначен для соединения выпускного коллектора всех цилиндров многоцилиндрового дизельного двигателя с выпускным коллектором, а затем с кожухом турбонагнетателя.Выхлопной газ со средним давлением направляется ко всему сопловому кольцу по единственному впускному каналу улитки. Этот турбокомпрессор часто используется в дизельных двигателях большой мощности и высокого давления.

Принципиальная схема выхлопной системы импульсного турбонагнетателя отработавших газов показана на рисунке.

На примере шестицилиндрового дизельного двигателя последовательность зажигания 1–5–3–6–2–4, обычно выпускной канал 1,2,3 цилиндров соединен с выпускным коллектором по впускному патрубку. порт на улитке к другому полукольцу сопла, так что эта конструкция может полностью использовать энергию импульса выхлопного газа.

Основным показателем производительности турбонагнетателя выхлопных газов является степень повышения давления воздуха, называемая степенью давления. Он выражается как отношение давления воздуха на выходе компрессора «pk» к давлению воздуха на входе компрессора «p1», то есть nk = pk / p1.

Чем больше давление воздуха на выходе из компрессора, тем больше плотность воздуха, поступающего в цилиндр. Турбокомпрессоры можно разделить на три типа по степени сжатия: низкий турбонагнетатель nk <1,8, средний турбонагнетатель nk = 1.7 ~ 2,5 и высокий турбокомпрессор nk> 2,5.

Для среднего турбокомпрессора nk> 1,8, для снижения температуры воздуха на выходе из компрессора и увеличения плотности воздуха, поступающего в цилиндр, в дизельных двигателях широко используется импульсный турбонагнетатель с турбонаддувом с низким и средним стоком. Тенденцией развития стал дизельный двигатель с высоким турбонаддувом.

Производитель энергии Starlight фокусируется на предоставлении высококачественных генераторов энергии, охватывающих Cummins, Volvo, Perkins, Deutz, Yuchai, Shangchai, Doosan и т. Д.Если у вас есть план покупки, отправьте нам запрос по адресу [email protected] или позвоните нам по телефону +86 134 8102 4441 напрямую.

Газовые турбины открытого цикла | IPIECA

Последнее рассмотрение темы: 1 февраля 2014 г.

Газовая турбина — это двигатель внутреннего сгорания, который работает с вращательным, а не возвратно-поступательным движением. Газовые турбины состоят из трех основных компонентов: компрессора, камеры сгорания и силовой турбины. В секции компрессора воздух всасывается и сжимается до 30-кратного давления окружающей среды и направляется в секцию камеры сгорания, где топливо вводится, воспламеняется и сжигается.Камеры сгорания могут быть кольцевыми, кольцевыми или силосными. Кольцевая камера сгорания представляет собой единую непрерывную камеру в форме пончика, которая окружает турбину в плоскости, перпендикулярной воздушному потоку. Кольцевые камеры сгорания аналогичны кольцевым камерам сгорания, однако они включают в себя несколько камер сгорания в форме банок, а не одну камеру сгорания. Кольцевая и кольцевая камеры сгорания основаны на технологии авиационных турбин и обычно используются для небольших приложений. Камера сгорания бункера имеет одну или несколько камер сгорания, установленных снаружи корпуса газовой турбины.Камеры сгорания бункера обычно больше кольцевых или кольцевых камер сгорания и используются для крупномасштабных операций.

Компрессор, камера сгорания и турбина соединены одним или несколькими валами и вместе называются газогенератором или газовой турбиной. Рисунки 1 и 2 [JR1] ниже иллюстрируют типичную конфигурацию и схему газотурбинного генератора.

Рис. 1. Конфигурация газовой турбины открытого цикла

Рисунок 2.Схема газовой турбины открытого цикла

Компрессор, камера сгорания и турбина соединены одним или несколькими валами и вместе называются газогенератором или газовой турбиной. Рисунки 1 и 2 [JR1] ниже иллюстрируют типичную конфигурацию и схему газотурбинного генератора.

Рис. 1. Конфигурация газовой турбины открытого цикла

Рис. 2. Схема газовой турбины открытого цикла

Технологическая зрелость

Имеется в продаже ?: Есть
Жизнеспособность на шельфе: Есть
Модернизация Браунфилда ?: Есть
Многолетний опыт работы в отрасли: 5-10

Ключевые показатели

Область применения:

Турбины типового размера 5–375 МВт продаются различными производителями с более высокой эффективностью для более крупных моделей.Турбины меньшего размера обычно используются для морских применений из-за меньшего веса
КПД: 35% — 40%, потенциально может достигать 46% (см. Альтернативы)
Ориентировочные капитальные затраты: 389 долл. США / кВт (долл. США, 2005 г.) [3]. Аварийные энергоблоки обычно имеют более низкий КПД и меньшие капитальные затраты, в то время как турбины, предназначенные для основной мощности, имеют более высокий КПД и более высокие капитальные затраты
Ориентировочные эксплуатационные расходы: В зависимости от размера турбины общие нетопливные затраты на ЭиТО колеблются от 0.0111 долл. США / кВтч для турбины мощностью 1 МВт до 0,0042 долл. США / кВтч для газовой турбины мощностью 40 МВт
Описание типового объема работ: Выбросы парниковых газов напрямую связаны с эффективностью газовой турбины. Новые машины обычно более эффективны, чем старые того же размера и общего типа, и, следовательно, производят меньше выбросов углекислого газа. Типичные выбросы углекислого газа от газовой турбины мощностью 40 МВт без рекуперации тепла, работающей с КПД 37 процентов, составляют 1.079 фунтов / МВтч [Ссылка 4].
Время на проектирование и монтаж: Несколько месяцев на проектирование и от нескольких недель до нескольких месяцев на строительство. Это также сильно зависит от местоположения и размера. Установка больших блоков в более удаленных местах может занять намного больше времени

Драйверы принятия решений

Технический: Площадь основания: требуются размер, вес, площадь участка
Профиль нагрузки установки должен быть относительно стабильным
Турбины мощностью примерно до 50 МВт могут быть промышленными или модифицированными авиационными двигателями, в то время как более крупные блоки мощностью примерно до 330 МВт предназначены для конкретных применений
Для морских турбин ключевыми факторами являются оптимальный размер и высокое отношение мощности к массе, а также доступность, надежность и прочность.Также требуется решение для большой турбины с соответствующей резервной или меньшего количества турбин для конкретных применений
Рабочий: Операторы должны быть обучены только работе с турбинами (обучение паровой системе не требуется)
Зависит от цены на топливный газ в сравнении с дополнительными капитальными затратами
Коммерческий: Турбины большего размера работают с более высоким КПД, но не так эффективны, как система с комбинированным циклом.Негативные воздействия можно смягчить за счет использования альтернатив
Окружающая среда:

Зависит от области применения. Для газотурбинной электростанции мощностью 211 МВт [Ссылка 5]:
Капитальные затраты: от 400 до 700 долларов США / кВт
Переменная эксплуатация и техобслуживание — 29,9 долларов США / МВтч
Фиксированная эксплуатация и техническое обслуживание — 5,26 доллара США / кВтч

Дополнительные комментарии

Можно использовать различные виды топлива. Природный газ является предпочтительным для большинства заводов, но можно использовать СНГ, нефтеперерабатывающий газ, газойль, дизельное топливо и нафту.Турбины с авиационным приводом и турбины с низким уровнем выбросов имеют более специфические требования к топливу.

Дополнительные комментарии

Можно использовать различные виды топлива. Природный газ является предпочтительным для большинства заводов, но можно использовать СНГ, нефтеперерабатывающий газ, газойль, дизельное топливо и нафту. Авиационные турбины и турбины с низким уровнем выбросов имеют более специфические требования к топливу.

Газовые турбины с высоким КПД

Производитель Модель КПД простого цикла КПД в смешанном цикле Вырабатываемая мощность (простая) (МВт)
Alstom GT24 40 58.4 230,7
Мицубиси M501J 41 61,5 327
General Electric 7FA 38,5 58,5 216
General Electric LMS100 44 53,8 103
Сименс SGT6-8000H 40 60,75 274
Сименс SGT6-2000E 33.9 51,3 112
Hitachi H-25 34,8 50,3 32

Таблица 1. Модели высокоэффективных газовых турбин

Газовые турбины с воздушным промежуточным охладителем

Системы интеркулера

работают над повышением эффективности за счет более высоких отношений давления в зоне сгорания. Это достигается за счет разделения компрессорной установки на две части: компрессор низкого давления (LPC) и компрессор высокого давления (HPC).Впускной воздух сначала сжимается LPC, а затем направляется в промежуточный охладитель, где давление поддерживается постоянным, но температура снижается. Затем воздух проходит через HPC и направляется в камеру сгорания. Поскольку температура воздуха в двигателе не может превышать заданную температуру из-за материала, используемого в турбине, традиционно существует ограничение на степень сжатия, поскольку сжатие газа увеличивает его температуру. Охлаждая воздух на полпути, но не теряя прироста давления, промежуточный охладитель позволяет произойти второму сжатию, позволяя воздуху в камере сгорания находиться в пределах температурных пределов, но с гораздо более высоким перепадом давления.Более высокое передаточное число заставляет турбину вырабатывать больше мощности при том же подаче топлива, повышая общий КПД турбины.

Примером новых инноваций в авиационной газовой турбине является турбина высокого давления (HPT) мощностью 35-65 МВт, разработанная GE [Ссылка 6]. LM6000 PG предлагает увеличение мощности простого цикла на 25% по сравнению со своим предшественником. Применения этих турбин включают нефтяные и газовые платформы, университетские когенерационные системы и промышленные парки с комбинированным циклом.Эти турбины предназначены для работы на частичной мощности, выдерживают перепады напряжения и могут работать быстрее.

Операционные вопросы / риски

Газовые турбины — это сложные высокоскоростные компоненты с жесткими допусками на размеры, работающие при очень высоких температурах. Компоненты подвержены множеству потенциальных проблем. К ним относятся ползучесть, усталость, эрозия и окисление с ударным повреждением, проблема в случае выхода компонентов из строя или после технического обслуживания. Ползучесть может в конечном итоге привести к отказу, но вызывает наибольшую озабоченность из-за изменений размеров, которые она вызывает в компонентах, подверженных нагрузке и температуре.Основная часть обслуживания — это проверка размеров и допусков. Усталость вызывает особое беспокойство в областях концентрации напряжений, таких как хвостовики лопаток турбины. Таким образом, регулярный осмотр и техническое обслуживание являются обязательными, особенно для газовых турбин, работающих в суровых условиях, например, на море [Ссылка 7]. Это будет включать электрические системы и системы управления в дополнение к самой газовой турбине.

Возможности / бизнес-пример

Общая тенденция развития газовых турбин заключалась в сочетании более высоких температур и давлений.Хотя такие достижения увеличивают стоимость производства машины, более высокая стоимость с точки зрения большей выходной мощности и более высокой эффективности обеспечивает чистую экономическую выгоду. Промышленная газовая турбина — это баланс между производительностью и стоимостью, который приводит к наиболее экономичной машине как для пользователя, так и для производителя. Применения в нефтегазовой отрасли включают в себя компрессорные станции для трубопроводов природного газа в диапазоне 800–1200 фунтов на квадратный дюйм (5 516–8 274 кПа), необходимые для сжатия, а также для перекачки сырой и очищенной нефти по трубопроводам.Турбины мощностью примерно до 50 МВт могут быть либо промышленными, либо модифицированными авиационными двигателями, в то время как более крупные агрегаты мощностью примерно до 330 МВт предназначены для конкретных целей. Для электроэнергетических приложений, таких как крупные промышленные объекты, газовые турбины простого цикла без рекуперации тепла могут обеспечивать пиковую мощность в областях с ограниченной производительностью, а коммунальные предприятия часто размещают газовые турбины мощностью от 5 до 40 МВт на подстанциях для обеспечения дополнительной мощности и сети. служба поддержки. Значительное количество систем когенерации на базе газовых турбин простого цикла эксплуатируется в различных сферах, включая добычу нефти, химикаты, производство бумаги, пищевую промышленность и университеты.

Примеры из практики

Газовые турбины с высоким КПД

Новая линейка высокоэффективных газовых турбин получила обозначение H-класса, и в настоящее время их выпускают несколько производителей. После обширного процесса проверки компания GE установила свою модель 9H в заливе Баглан в 2003 году. Эта новая модель повысила эффективность, позволив температуре обжига повыситься на 200 ° F (93,3 ° C) по сравнению с предыдущими моделями, потенциально достигнув 2600 ° F. (1426,7 ° С). С тех пор станция надежно обеспечивает до 530 МВт в национальную сеть Великобритании, работая с КПД более 60% (как часть системы комбинированного цикла) [Ссылка 8].

Другой производитель, Siemens, протестировал свою модель класса H, SGT5-8000H, при полной нагрузке в Ингольштадте, Германия, в 2008 году. Было показано, что КПД газотурбинной установки составляет 40% и является частью системы комбинированного цикла, достигающей мирового уровня. рекордная эффективность 60,75% [Ссылка 9]. Эта электростанция обеспечивает электроэнергией немецкую сеть с момента окончания периода испытаний, все с такой же эффективностью.

Системы, которые действительно демонстрируют все новые настройки, которые могут быть внесены для повышения эффективности, в настоящее время представляют собой только турбины класса H, которые имеют очень большую площадь основания и заданную мощность 375 МВт и выше.Однако технологии, лежащие в основе турбин класса H (усовершенствованные материалы, улучшенное охлаждение и т. Д.), Доступны и для небольших систем. Эти кейсы были выбраны, чтобы продемонстрировать, что все они эффективны и действенны.

Газовые турбины с воздушным промежуточным охладителем

GE выпустила LMS 100, авиационный двигатель с чрезвычайно высоким КПД. Работая с КПД до 44% при полной базовой нагрузке, он вырабатывает более 100 МВт после 10-минутного пуска. Генераторная станция Гротон в Южной Дакоте была первым заводом, начавшим использовать LMS100, и успешно работает с 2006 года [Ссылка 10].Эта технология, в настоящее время доступная от GE, является новейшей и наименее проверенной технологией, указанной здесь. Однако из-за успешного первоначального тестирования и чрезвычайно высокой эффективности для простого цикла это важная альтернатива, которую следует рассмотреть.

Каталожные номера:
  1. Рекомендации по проверке целостности и целостности морских газовых турбин (и основного приводного оборудования), ESR Technology Lts, для Руководителя по охране труда 2006 г., Отчет об исследованиях 430.
  2. Дэвис, Л. Б. и С. Х. Чернить. «Сухие системы сжигания с низким содержанием NOx для газовых турбин GE для тяжелых условий эксплуатации». GE Energy. N.p., n.d. Интернет. 26 июля 2013 г.
  3. Энергетические технологии. Newnes. С.59. ISBN 9780080480107
  4. Характеристики технологии: газовые турбины, анализ энергии и окружающей среды (ICF), декабрь 2008 г.
  5. Отчет о расходах
  6. , данные о стоимости и производительности для технологий производства электроэнергии, подготовлен для Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, Black & Veatch, февраль 2012 г.
  7. Aeroderivative Technology: более эффективное использование технологии газовых турбин, Wacke, A, General Electric, DRAFT — 2010 — 15 января.
  8. Уолл, Мартин, Ли Ричард и Фрост, Саймон. Рекомендации по проверке и целостности морских газовых турбин (и основного приводного оборудования). Отчет об исследованиях, 430, ESR Technology Ltd for the Health and Safety Executive, 2006.
  9. «Электростанция Баглан Бэй, Кардифф, Уэльс, Великобритания». Журнал Power. Июль Август. Лучшие растения (2003): 45-47
  10. Siemens.«Высокопроизводительная газовая турбина Siemens серии SGT-8000H H-класса: Power-Gen International 2011 — Лас-Вегас, Невада». www.energy.Siemens.com. 15 декабря 2011 г. Интернет. 26 июля 2013 г.
  11. Реале, Майкл Дж. И Джеймс К. Прочаска. «Новая высокоэффективная газовая турбина простого цикла — LMS100 компании GE». . Комитет по промышленному применению газовых турбин, 14 октября 2005 г. Web. 29 июля 2013 г.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ ОТКРЫТОГО ЦИКЛА

Мы были обсуждая цикл Отто, идеальный цикл для внутреннего поршневые двигатели с искровым зажиганием или просто бензиновые двигатели и также Дизель цикл, идеальный цикл для работы компрессора внутреннего сгорания поршневые двигатели зажигания в наших предыдущих постах.Мы также обсудили вывод эффективности цикла Отто и эффективности дизельного цикла.

Мы будем см. здесь очень важную тему, например, газотурбинную электростанцию ​​открытого цикла или Газотурбинный двигатель открытого цикла с помощью этого поста.

Газотурбинный двигатель открытого цикла

Газотурбинные двигатели открытого цикла обычно используются в авиадвигателях, судовых двигателях и также в автомобильных двигателях. Компрессор, турбина и камера сгорания являются основными. компоненты газотурбинного двигателя открытого цикла.

Покажи нам расположение различных компонентов газотурбинного двигателя открытого цикла.

Свежий воздух поступит в компрессор при атмосферном давлении и температуре, где давление и температура воздуха будут увеличены. Теперь воздух под высоким давлением и высокая температура попадет в камеру сгорания, как показано на рисунке выше.

Топливо будет впрыскиваться извне в камеру сгорания и, следовательно, сгорать топливо будет находиться в камере сгорания при высоком давлении и высокотемпературный воздух.Следовательно, продукт сгорания, то есть газ, будет иметь высокий давление и высокая температура на выходе из камеры сгорания.

Высокое давление и высокотемпературный газ поступит в турбину, где высокое давление и высокотемпературный газ будет расширяться через турбину. Давление и температура газа, оба здесь будут понижены.

Там будет будет падение температуры газа, но температура газа будет высокой, в то время как давление газа будет снижено до атмосферного, и, следовательно, мы можем сказать что высокотемпературный газ будет выброшен в атмосферу при атмосферном давлении. давление.

Как мы можем обратите внимание, что свежий воздух поступает в компрессор при атмосферном давлении. давление и температура и высокотемпературный газ здесь сбрасывается в атмосфера при атмосферном давлении и выхлопные газы, выходящие из турбины, не рециркулируется, но также попадает в атмосферу, поэтому этот цикл будет называется газотурбинным двигателем открытого цикла.

Рабочая энергия будет генерироваться турбиной во время расширения высокого давления. и высокотемпературный газ, и некоторая часть этой произведенной работы будет использована для привод компрессора и, следовательно, компрессор и турбина собраны с общим вал, как показано на рисунке выше.

Давайте посмотрим на процессы, вовлеченные в газотурбинный двигатель открытого цикла

Процесс 1-2: Изэнтропический процесс сжатия, свежий воздух поступает в компрессор при атмосферное давление и температура здесь будут сжаты до высокого давления и высокая температура.

Процесс 2-3: Подвод тепла с постоянным давлением в камеру сгорания

Процесс 3-4: Изэнтропический процесс расширения, газ высокого давления и высокой температуры будет расширен через турбину.

Давайте посмотрим на тепловую КПД ГТД открытого цикла

Мы будем см. здесь различные расчеты энергии для единицы массы

Входная работа энергия компрессора, Вт C = C P (T 2 -T 1 )

Выходная работа энергия от турбины, Вт T = C P (T 3 -T 4 )

Добавлено тепла в камере сгорания при постоянном давлении, Q A = C P (T 3 -T 2 )

Сеть мощность, W = W T — W C = C P (T 3 -T 4 ) — С П 2 1 )

η термический = Чистая выработка / добавленное тепло

η термический = [C P (T 3 -T 4 ) — C P (T 2 -T 1 )] / C P 3 2 )

Ты есть предложения? Напишите, пожалуйста, в поле для комментариев.

Мы будем еще одну тему в нашем следующем посте в категории теплотехника.

Артикул:

Инженерное дело термодинамика П. К. Нага

Инженерное дело термодинамика профессора С. К. Сома

Изображение любезно предоставлено: Google

Также читать пожаловаться на это объявление

Оценка влияния модернизации выхлопной турбины для узкого рабочего диапазона VGT на характеристики дизельных двигателей с турбонагнетателем 2019-01-0326

Образец цитирования: Сонг, К., Упадхьяй Д., Ху Л. и Се Х. «Оценка влияния модернизации выхлопной турбины для узкого рабочего диапазона VGT на характеристики дизельных двигателей с турбонагнетателем», Технический документ SAE 2019- 01-0326, 2019 г., https://doi.org/10.4271/2019-01-0326.
Загрузить Citation

Автор (ы): Кан Сон, Девеш Упадхьяй, Лянцзюнь Ху, Хуэй Се

Филиал: Тяньцзиньский университет, Исследовательская лаборатория Форда, Ford Motor Company

Страницы: 11

Событие: Опыт Всемирного конгресса WCX SAE

ISSN: 0148-7191

e-ISSN: 2688-3627

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.