Турбина на бензиновый двигатель: Дизельная турбина и бензиновая турбина. Возможна ли замена? Дизель турбонаддув и бензиновый турбонаддув — далее в статье

Дизельная турбина и бензиновая турбина. Возможна ли замена? Дизель турбонаддув и бензиновый турбонаддув — далее в статье

Дизельная турбина и бензиновая турбина

• Бензин или дизель?
• В чем отличия между турбинами на дизельном и бензиновом агрегате?
• Возможна ли замена бензиновой турбины на дизельную и наоборот?

Турбоагрегаты, предназначенные для бензиновых моторов, в отличие от дизельных рассчитаны на малую степень повышения давления. Поставить дизельную турбину на бензиновый двигатель означает спровоцировать опасность возникновения детонации. Кроме того, нехарактерные рабочие условия бензиновой турбины повлекут за собой гораздо меньшую эффективность агрегата.

Разница турбин по типу двигателя

Температура газа

Турбины дизельных двигателей раскручиваются благодаря выхлопным газам, максимальная температура которых равна 850 градусам. А вот на бензиновую турбину газ воздействует при температуре около 1000 градусов. Специалисты прогнозируют, что в очень скором времени из-за экологических ограничений придется увеличить указанную выше температуру воздействия. В этом и состоит главное отличие между турбинами дизельного и бензинового двигателя.

 

Материалы дизельной турбины и бензиновой

Из-за разницы температур различны и требования к материалам, используемым для изготовления «горячих» частей турбокомпрессора – корпуса и колеса турбины. Так, конструкция бензиновой турбины требует применения более жаропрочных и жаростойких сплавов, нежели турбина дизельная. 

Вывод

Из всего вышесказанного напрашивается вывод: использовать дизельную турбину для осуществления наддува двигателя, работающего на бензине, очень рискованно. То же самое можно сказать и по поводу эксплуатации дизельного мотора с бензиновой турбиной. 

 

Механизмы VNT для турбин разных типов двигателей

VNT (Variable Turbo Geometry) — это турбокомпрессор с изменяемой геометрией с помощью специального направляющего аппарата.

Стоит отметить, что ассортимент турбоагрегатов, работающих на бензине, не включает никаких приспособлений, сравнимых по эффективности с турбинами для дизеля, оснащенными регулируемым сопловым аппаратом. Таких бензиновых турбоагрегатов просто-напросто не производят.

Технологии VNT, VTG, VGT, которые применяются в дизельных моторах с турбонаддувом современного образца, на сегодняшний день совершенно неактуальны для мира серийных бензиновых двигателей.

Почему же возникает такая ситуация? Дело в недостаточной надежности механизма VNT при высокой температуре выхлопных газов у бензиновых «зажигалок».

Аппарат становится малоподвижным после долгой работы при высоких температурах близких к 1000 градусам. Поэтому, на сегодняшний день, вопрос — «Каким должен быть идеальный турбокомпрессор?» остается открытым.

Турбокомпрессоры для бензиновых двигателей — журнал «АБС-авто»

Турбонаддув позволяет не только получить требуемую максимальную мощность, но и существенно улучшить экономичность и экологичность двигателя за счет повышения эффективности сгорания топлива. Захватив за пару десятков лет плацдарм дизельных двигателей, система турбонаддува вторглась на территорию бензиновых моторов.

Рис. 1. Тенденции применения турбонаддува на двигателях легковых и коммерческих автомобилей в период до 2020 года

В настоящее время турбокомпрессоры для автомобильных двигателей выпускаются многими американскими, европейскими и японскими фирмами. Один из крупнейших производителей – фирма Garrett (подразделение концерна Honeywell). Согласно проведенному фирмой Global Insight и Honeywell анализу рынка турбокомпрессоров вслед за Западной Европой ожидается их широкое применение на автомобилях, продаваемых в США и в Китае (рис. 1).

Преимущество применения турбонаддува на дизелях объясняется возможностью увеличения их тягово-скоростных характеристик до уровня, сравнимого с бензиновыми двигателями равного с ними литража. При этом дизели с наддувом развивают значительно больший крутящий момент, что способствует разгонной динамике и позволяет реже переключать передачи. Устаревшие представления о плохой динамике и повышенном дымлении дизелей связаны с применявшимися ранее двигателями без наддува, ТНВД которых подавали топливо под относительно низким давлением, а его дозирование осуществлялось посредством механических средств. Современные дизели оснащаются системами Common Rail. Последние обеспечивают впрыск топлива под давлением до 2000 бар. При этом подача топлива производится несколькими порциями и в точном соответствии с количеством воздуха, поступающего в цилиндры. Сначала впрыскивается небольшая предварительная доза топлива, а после ее сгорания подается основная доза, которая воспламеняется практически без задержки, называемой периодом индукции. В результате давление в цилиндре повышается относительно плавно, а характерный для дизеля шум мало отличается от шума бензинового двигателя.

Применение наддува на бензиновых двигателях ограничено возможностью возникновения детонации, поэтому приходится вводить средства противодействия, из которых наиболее часто применяются снижение степени сжатия и охлаждение смеси при испарении бензина, впрыскиваемого непосредственно в цилиндры двигателя.

О целесообразности применения турбонаддува можно судить по приведенным в таблице характеристикам трех близких по мощности 4-цилиндровых двигателей, устанавливаемых на автомобили VW Passat 4Motion.

Следует отметить, что повышенный запас крутящего момента двигателей с турбонаддувом достигается регулированием давления газов перед турбиной посредством их перепуска через байпас или изменением геометрии соплового аппарата. В последнем случае применяется обычно венец с поворотными лопатками. Следует отметить, что регулирование турбокомпрессора перепуском части газов помимо турбины приводит к определенным потерям их энергии и соответствующему снижению эффективности системы наддува.

Следуя современным тенденциям совершенствования автомобильных двигателей, фирма Honeywell разработала несколько конструкций малоразмерных компрессоров, в том числе для устанавливаемого на индийском автомобиле Tata Nano 2-цилиндрового двигателя рабочим объемом 0,8 л.

Фото 1. Турбокомпрессор модели КР фирмы BorgWarner

Не менее известная компания BorgWarner поставляет малоразмерные турбокомпрессоры как для дизелей, так и для форсированных бензиновых двигателей, у которых температура газов перед турбиной достигает 1050°С. Корпуса турбин этих турбокомпрессоров отливаются из специальной жаростойкой стали, а в средних корпусах с установленными в них подшипниками ротора предусмотрены полости, подключаемые к системе охлаждения двигателя. Фирма выпускает также турбокомпрессоры с корпусами, изготовленными штамповкой из листовой стали. Чтобы ускорить прогрев нейтрализатора, корпус турбины отливают интегрированным с выпускным коллектором. В некоторых случаях применяются коллекторы и корпуса турбин с тепловыми экранамииз листовой стали.

Фото 2. Агрегат двухступенчатого наддува R2S

Для дизелей мощностью от 50 до 130 л.с. фирма BorgWarner поставляет турбокомпрессоры моделей KP31–K03 (фото 1), регулирование которых осуществляется посредством перепускного клапана с пневматическим или электрическим приводом. Для дизелей мощностью от 80 до 250 л.с. предназначены турбокомпрессоры моделей BV35–BV50 с изменяемой геометрией соплового аппарата турбины, лопатки которого поворачиваются также посредством пневматического или электрического привода. Некоторые из этих турбокомпрессоров имеют охлаждаемый корпус подшипников, включаемый в контур системы охлаждения двигателя. На дизели мощностью от 130 до 350 л.с. фирма предлагает устанавливать системы двухступенчатого наддува R2S с регулируемым перепуском газов между турбинами высокого и низкого давления (фото 2).

Одной из последних разработок фирмы является турбокомпрессор с двойной улиткой и поворотными лопатками соплового аппарата турбины. Применение двух улиток в сочетании с раздельными выпускными коллекторами способствует сохранению кинетической энергии выходящих из цилиндров газов, что содействует повышению эффективности турбокомпрессора при низких и средних частотах вращения вала двигателя. При этом также улучшается динамика разгона турбокомпрессора при резкой подаче нагрузки.

Для бензиновых двигателей мощностью от 60 до 340 л.с. BorgWarner предлагает турбокомпрессоры моделей BO31–BO53 c перепускным клапаном и моделей BO45–BO53 со сдвоенной улиткой. Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией соплового аппарата турбины выпускаются для двигателей мощностью от 160 до 220 л.с. Все турбокомпрессоры для бензиновых двигателей рассчитаны на работу при температуре отработавших газов до 1050°С, благодаря чему отпадает необходимость в охлаждении смеси за счет ее переобогащения. В результате при работе двигателя с большой нагрузкой возможна экономия топлива до 20%.

• Вадим Володин

Как выбрать турбину на бензиновый двигатель

Как правильно выбрать турбонагнетатель?

Турбокомпрессоры для бензиновых двигателей спроектированы на работу в условиях невысокого повышения давления. Поэтому, перед там как купить турбину, нужно решить какой уровень мощности вам нужен от двигателя. При расчете уровня мощности нужно принимать в расчет в каких условиях вы собираетесь использовать машину.

Если вам нужна большая скорость, то нужно устанавливать большой турбонагнетатель. Это связано с тем, что давление наддува может превышать давление в выхлопном коллекторе в 2,5 раза. Турбины небольшого размера быстро доходят до потолка своих возможностей. Кроме того, турбированные двигатели более экологические, поскольку уменьшают количество выхлопных газов. Они имеют хорошую тягу на низких оборотах и, как следствие, не нагружают двигатель при быстром ускорении.

Преимущества турбированных двигателей:

• Небольшой размер;
• Низкое потребление топлива;
• Хороший крутящий момент;
• Более низкое количество выхлопных газов;

Как правильно эксплуатировать турбины на бензиновом двигателе

Существенно продлить срок жизни турбонагнетателя и предотвратить его поломку можно проводя постоянный контроль за уровнем масла в системе. Этим, казалось бы, нехитрым советом часто пренебрегают и это становится причиной поломки турбины в 90% случаев!

Достаточно 5 секунд турбине проработать без масла, чтобы выйти из строя. Вот почему нужно регулярно проверять уровень масла и добавлять в случае нехватки. Если же вы заметили, что стали слишком часто доливать масло, то это может быть сигналом того, что сломался масляный насос. Также нужно правильно выбирать масло. Во время работы автомобиля масло подвергается воздействию высоких температур. Мастера не рекомендуют одновременно использовать масло с разной вязкостью, иначе можно получить нерастворимый осадок. В холодное время года позволяйте машине некоторое время поработать на холостом ходу. А перед тем как заглушить мотор, дайте ей немного остыть.

Продажа восстановленных турбонагнетателей в Украине

Компания «Turborotor» — официальный представитель мировых производителей турбонагнетателей. У нас в наличие самые популярные модели турбин к автомобилям на украинском рынке. Если вам нужна особенная турбина, то мы привезем ее под заказ.

Вторая наша специализация – капитальный ремонт турбонагнетателей. На все выполнение нами работы мы предоставляем гарантию в 1 год. Само восстановление займет 1-2 дня. У нас также можно приобрести оригинальные ремкомплекты и наборы уплотнителей для самостоятельного ремонта.

Мы приглашаем к сотрудничеству СТО и частных мастеров. Подробнее об условиях сотрудничества можно прочитать на сайте или обсудить с менеджером в телефонном режиме.

Турбированный бензиновый двигатель

Турбированный бензиновый двигатель — ДВС с искусственно поднятой при помощи турбонагнетателя или механического компрессора степенью сжатия в цилиндрах с целью повышения мощности.

Двигатель

История изобретения турбированного бензинового двигателя

Возможность увеличения мощности, не увеличивая бесконечно рабочий объем, интересовала инженеров с момента появления двигателя внутреннего сгорания. Решение, казалось бы, лежало на поверхности: необходимо сделать «дыхание» двигателя более эффективным, т.е. добиться лучшей сгораемости топливовоздушной смеси. Это может обеспечить дополнительная подача воздуха, а значит, он должен поступать в цилиндры не вследствие разряжения, а принудительно, под давлением. Дополнительный объем воздуха даст более полное сгорание топлива, соответственно, увеличится и мощность, получаемая в результате «мини-взрыва» смеси в цилиндре.

Однако развитие и внедрение турботехнологий происходило достаточно медленно. Изначально турбокомпрессоры использовались для крупных корабельных и авиационных силовых установок, а первыми автомобилями с турбированными двигателями закономерно стали грузовики.

Завод Swiss Machine Works Sauer начал выпускать для них такие установки с 1938 года. В начале 60-х годов на американском рынке появились и первые легковые автомобили, оснащенные турбинами. Это были Oldmobile Jetfire и Chevrolet Corvair Monza. Однако, эти модели не отличались ни надежностью, ни выносливостью.

Популярными турбокомпрессоры стали в 70-е годы XX столетия, когда их начали массово устанавливать на спортивные автомобили. Тем не менее, широкого распространения в «гражданской» автомобильной промышленности они не получили — этому препятствовал слишком большой расход топлива, отличавший турбированные бензиновые двигатели тех времен.  На фоне нефтяного кризиса 70-х годов этот параметр оказывался важнее всех прочих.

                                                                   

Устройство и принцип работы турбированного бензинового двигателя

Принцип работы турбированной бензиновой силовой установки заключается в использовании специального компрессора, нагнетающего в цилиндры двигателя дополнительный воздух.

Благодаря улучшению наполнения цилиндров топливовоздушной смесью, повышается среднее эффективное давление цикла и возрастает мощность мотора. Приводом турбонаддува служит отработанный газ, энергия которого используется для полезной работы.

Современный турбокомпрессор включает в себя: 
- корпус подшипников;
- турбинное колесо;
- перепускной клапан;
- корпус турбины;
- масляные каналы;
- вал ротора;
- подшипник скольжения;
- компрессорное колесо;
- корпус компрессора;
- пневмопривод перепускного клапана.

В корпусе подшипников расположен ротор: вал с жестко закрепленными турбинным и компрессорным колесами, имеющими лопасти. Вращается ротор на подшипниках скольжения. Их смазку и охлаждение осуществляет моторное масло из системы смазки двигателя. Для дополнительного охлаждения корпуса подшипников могут использоваться каналы с охлаждающей жидкостью.

Корпус турбины, как и корпус всего компрессора, выполнен в форме улитки. Турбинный патрубок — соединяется с выпускным трубопроводом, а компрессорный – с впускным.

Отработанные газы поступают в турбину и раскручивают ротор турбокомпрессора, отдавая свою энергию. Затем через приемную трубу они поступают в глушитель. Колесо компрессора и лопаточное колесо турбины располагаются на одном валу. Получая вращение от турбины, колесо компрессора засасывает воздух из воздушного фильтра и, нагнетая его, подает в двигатель. При этом, компрессор, в зависимости от степени наддува, способен повышать давление воздуха на 30%-80%. С помощью турбонаддува, один и тот же объем двигателя может принять рабочую смесь в большем количестве. Поэтому при ее сгорании мощность увеличивается на 20%-50%! Использование энергии выхлопных газов позволяет значительно повысить КПД мотора.

 

Достоинства и недостатки турбированного бензинового двигателя

Основным преимуществом турбированного бензинового двигателя является его сравнительная мощность. Имеется в виду, что, при одинаковом объеме, турбированный двигатель выдает мощности на 40% больше, чем «атмосферный». Несомненным достоинством такого типа силовых установок считается и пониженный выброс в атмосферу вредных веществ.

Однако, турбированные бензиновые двигатели имеют и ряд недостатков. Чтобы уменьшить возникающую при их работе детонацию, пришлось понизить степень сжатия в цилиндрах моторов. Также возросли требования к качеству топлива — для этого типа силовых установок подходят только высокооктановые марки.

В конструкцию пришлось добавить интеркулер – промежуточный охладитель нагнетаемого воздуха, чтобы после нагрева в турбине его плотность не снижалась. Высокая температура, возникающая в ходе рабочего цикла, диктует строгий выбор материалов изготовления деталей выпускной системы, корпусных элементов компрессора и лопаток турбины. Но все эти проблемы не мешают турбированным бензиновым двигателям приобретать в последнее время все большую популярность среди автолюбителей всего мира.

Дизельная и бензиновая турбина: в чем отличия

Турбокомпрессор – важный элемент современного дизельного и бензинового автомобиля. Он позволяет на 20-30% увеличить мощность машины, без увеличения расхода топлива. При этом обеспечивается высокая экологичность выхлопа, за счет того, что топливо сгорает практически полностью, и все вредные вещества распадаются. Однако, при неправильной эксплуатации турбомотора очень быстро может потребоваться ремонт турбин, что подтверждают эксперты сервисного центра TurboSTO.

Но перспектива скорого ремонта не пугает автовладельцев и турбированные машины становятся все популярнее. Мы решили разобраться, есть ли отличия в обслуживании дизельной и бензиновой турбины, и могут ли они заменять друг друга.

Принцип работы дизельной турбины

Турбина в дизельном автомобиле используется уже больше сотни лет. Еще со времен первого дизельного двигателя ученые начали разработки в этой области, однако отсутствие огнеупорных материалов и точных технологий производства ограничивали прогресс в этой области.
Сегодня турбины для дизельных двигателей можно считать вершиной инженерной мысли, ведь они могут:

• разгоняться до 250 тыс. об/мин;
• изменять свою геометрию для эффективной работы при разном давлении выхлопных газов;
• нагнетать очень высокое давление воздуха, увеличивая общий КПД мотора;

Турбина в дизельном двигателе является логичным развитием технологии, которая обеспечивает дополнительную порцию воздуха в камеру сгорания, повышая тем самым производительность мотора. Благодаря современным материалам и новым конструкциям, удалось избавиться от многих недостатков в работе этого механизма и значительно увеличить его ресурс.

Отличия турбокомпрессора для бензинового мотора

Турбина на бензиновом двигателе работает аналогично с дизельным: обеспечивает закачку дополнительной порции воздуха в камеру сгорания. Однако сложность ее установки заключается в том, что температура выходящих газов после сгорания бензина очень высокая, доходит до 1000 градусов. Поэтому турбины для бензиновых моторов делают из особых огнеупорных сплавов и стоят такие агрегаты достаточно дорого. Это и обуславливает тот момент, что устанавливают турбокомпрессоры обычно на дорогие бензиновые авто.
Кроме того, что такая турбина увеличивает мощность двигателя на 20-30%, дополнительных бонусов она не приносит. А вот сложностей в уходе за машиной точно прибавляет:

• нужно проводить замену масла и масляного фильтра каждые 5-7 тыс. км;
• использовать для этого специальное масло для турбомоторов;
• заливать бензин только лучшего качества, чтобы не собирался нагар на лопастях крыльчатки.

Можно ли поставить дизельную турбину на бензиновый двигатель?

Технически, установить турбину с дизельного мотора на бензиновый и наоборот вполне реально. Но только положительного эффекта от этого не будет. Скорость вращения и особенности конструкций у этих двух типов агрегатов очень разные, поэтому эффективную работу они не покажут. Даже наоборот, используя в бензиновом двигателе дизельную турбину, она будет просто задувать воздухом камеры сгорания, и двигатель будет постоянно детонировать. В худшем случае, есть риск, что турбина расколется из-за высокой температуры.
Турбированные моторы – будущее автомобилей с ДВС. Они позволяют экономить ценное топливо и выбрасывать в окружающую среду минимум вредных соединений. Если эти параметры вам важны – смело можете покупать хоть дизель, хоть бензин. Оба варианта будут экологичные и экономные.

Двигатель с турбиной – как за ним ухаживать и на что стоит обращать внимание

Двигатель с турбиной – как за ним ухаживать и на что стоит обращать внимание

Многие пользователи автомобилей, о наличие турбины в автомобиле, отвечают: „Конечно, что мой двигатель имеет турбину! Это же дизель” или: „Я езжу на бензине, так что турбины у меня нет”. Нет ничего более далекого от истины, ведь все большее количество бензиновых двигателей, оборудованы турбиной.

 

Что такое турбина?

Турбина — это на самом деле турбокомпрессор, машина, в состав которой входит турбина и компрессор. Оба элементы посажены на общем валу. Задача турбины — наддув двигателя внутреннего сгорания, а, следовательно, – может быть использована как в дизельных, так и бензиновых устройствах. Турбина питается выхлопными газами из двигателя, а компрессор валом, который соединяет обе детали друг с другом. На практике применение турбокомпрессора повышает мощность двигателя. Происходит это путем введения в цилиндр большее количество воздуха. Еще до недавнего времени турбокомпрессор можно было найти только и исключительно в спортивных автомобилях. В первой фазе развития автомобильной промышленности, турбины были использованы в дизельных двигателях потому, что эти единицы имеют гораздо меньшую производительность, чем бензиновые двигатели. С развитием технологий, а, скорее, с введением в жизнь острых экологических ограничений, турбины, все чаще появлялись в бензиновых двигателях. В настоящее время стали очень популярны и устанавливаются даже в случае так называемых малых бензиновых устройств, объемом 1200 см3 или менее. Если сравнить два бензиновые двигатели двух одинаковых способностей, но других объемов, довольно быстро окажется, что блок имеет гораздо меньший спрос на топливо.

Можете ли вы позаботиться о турбине?

Ответ звучит однозначно – да! Турбина во время своей работы может достигать скорости вращения на уровне 220 тысяч оборотов в минуту при рабочей температуре в пределах 1000 градусов по Цельсию. Чтобы обеспечить турбины, как лучшие условия труда, следует использовать масла высокого качества, а также регулярно проверять их уровень. Это на самом деле ключ для долгосрочного сотрудничества между владельцем автомобиля и турбиной. Также ваш стиль вождения может существенно снизить срок его службы. Сразу после выстрела автомобиля, следует избегать высоких оборотов, так как в начальной стадии работы привода масло не доходит до всех уголков, как двигателя, так и турбины. Еще одним важным элементом является подождать, пока турбина „сойдет с оборота” перед остановкой транспортного средства. В большинстве случаев этот процесс занимает меньше времени, чем 10 секунд. В данном случае речь идет только и исключительно о снижении оборотов турбины, потому что только тогда ее работа находится в полной безопасности.

Дополнительные аксессуары

В случае дизельных двигателей покупка дополнительных аксессуаров для турбины , кажется необоснованной, но в случае бензиновых двигателей, особенно имеющих большую мощность –стоит рассмотреть такой выбор. Первым дополнением, над покупкой которого стоит задуматься, является турбо таймер. Это устройство отвечает за задержку выключения двигателя, а, следовательно, турбина за это время теряет свою скорость вращения. Еще стоит посмотреть гаджет blow-off, то есть так называемый перепускной клапан, отвечающий за поддержание постоянного давления воздуха во впускной системе. Благодаря этому, во время переключения передач, турбина не теряет оборотов. Турбокомпрессор — это очень полезный элемент в автомобиле. Его правильная эксплуатация может принести вам много удовольствия от вождения при относительно небольшом увеличении расхода топлива.

В нашем магазине Вы с легкостью подберете турбину, выберите машину из списка

Выбрать марку

Выбрать авто

Год выпуска20162015201420132012201120102009200820072006200520042003200220012000199919981997199619951994199319921991199019891988198719861985198419831982198119801979197819771976197519741973197219711970

Марка

Модель

Модификация

Ремонт турбин дизельного и бензинового двигателя: как правильно отремонтировать турбину?

Сегодня огромное количество автовладельцев наслаждаются быстрой ездой на автомобилях с турбированными двигателями. С использованием турбокомпрессора показатель мощности возрастает на 30%, а то и 40%. К сожалению, как и любой механизм, турбина со временем изнашивается. И откладывать ремонт нельзя ни в коем случае. В конце концов это может привести к поломке самого двигателя. В статье мы расскажем, почему возникают неполадки, как их предотвратить, какие этапы включает ремонт и где можно отремонтировать турбину.

Почему может сломаться турбокомпрессор

Турбокомпрессор — это механизм, использующий кинетическую энергию выхлопных газов для сжатия и нагнетания воздуха в цилиндры двигателя. Он устанавливается в выхлопной системе между выпускным коллектором и выхлопной трубой. Турбокомпрессор устанавливают и на бензиновые двигатели, и на дизельные. Разница между ними состоит в температурных режимах работы. Рабочая температура бензиновой турбины выше на 200 градусов, поэтому для ее изготовления используют сплавы большей жаропрочности. По статистике, турбокомпрессор выходит из строя раньше остальных частей двигателя. Это связано с тем, что бесперебойная работа турбины сильно зависит от исправности всех систем автомобиля. При вращении до 250 000 оборотов в минуту и температуре до 1000 градусов она нуждается в безупречной работе систем охлаждения и смазки, топливной и выхлопной системы, системы вентиляции картерных газов. Турбокомпрессор — достаточно надежное устройство, и дефекты в его конструкции сами по себе не появляются. Повреждения, как правило, вызваны следующими причинами:

Некачественное или загрязненное масло. В процессе работы масло очень сильно загрязняется сажей от сгорания топлива. Если двигатель при 5000 оборотах в минуту еще может кратковременно «пережить» грязное масло, то для турбокомпрессора это неизбежная «смерть». Вал и подшипники при вращении испытывают значительную нагрузку, и любая твердая частица оставляет царапины. Для турбированных двигателей необходимо приобретать специальное моторное масло высокого качества. Оно будет создавать хорошую масляную прослойку между валом и подшипниками, что исключит сухое трение и повышенный износ.

Недостаточное количество масла . При уменьшении проходимости масла через турбокомпрессор резко повышается температура внутри корпуса. Из-за этого масло начинает сворачиваться, что в результате приводит к закоксовыванию внутренних лопаток турбины и трубок подачи и слива масла. Это может происходить по причине неисправности масляного насоса, деформации трубок подачи и слива или при недостаточном количестве масла в двигателе.

Попадание инородных частиц . В процессе всасывания компрессорным колесом воздуха в турбину могут попадать посторонние предметы (песок, грязь, мелкие насекомые). Это приводит к постепенной деформации и стачиванию лопастей крыльчатки. Поэтому необходима регулярная и своевременная замена воздушного фильтра. Турбинная крыльчатка может засоряться отколовшимися фрагментами клапанов и свеч накала, кусочками герметика. Такое воздействие оставляет трещины на коллекторе, приводит к дисбалансу ротора, в этом случае отремонтировать турбину двигателя уже практически невозможно.

Засорение выхлопной системы . Для повышения экологичности двигателей на современные автомобили часто устанавливают катализаторы и фильтры. Частой проблемой при наличии такой конструкции является уменьшение выхлопа за счет засорения катализатора. Уменьшение выхлопа создает неблагоприятное давление на вал турбокомпрессора и провоцирует быстрый износ подшипника. Чтобы избежать возникновения таких факторов, нужно менять катализатор каждые 150 000 км.

Несоблюдение условий эксплуатации. Благодаря особенностям своего строения турбокомпрессор очень «любит» масло. Но многие автолюбители допускают большие интервалы между его заменой (в российских условиях рекомендовано менять масло каждые 10 000 км). Также пагубное влияние оказывают так называемые «холодные запуски», когда перед движением автомобиля двигатель не успевает достаточно прогреться и масло не попадает в необходимых количествах на детали турбокомпрессора.

Как отремонтировать турбину: этапы процесса

О неисправности турбокомпрессора могут свидетельствовать увеличенный расход масла, снижение производительности двигателя, посторонние шумы и «нездоровый» черный выхлоп. Ремонт турбин двигателей — задача далеко не простая. Для ее решения необходимо специализированное оборудование и комплексная диагностика. Лучшим вариантом для получения полного анализа неполадок и качественного ремонта будет обращение в квалифицированный автосервис.

В технических центрах процесс ремонта турбокомпрессора состоит из следующих этапов:

• Специалисты проводят полную компьютерную диагностику электронных узлов для выявления ошибок и кодов неисправности с датчиков автомобиля.
• Осматривают турбину для проверки ее целостности; определяют, прослеживаются ли осевой люфт и потеря масла; оценивают состояние клапана вестгейта.
• Демонтируют и разбирают турбокомпрессор, проводят визуальную дефектовку.
• Разобранную турбину отправляют на чистку. Для начала ее отмывают в паровой высокотемпературной камере и в ультразвуковой ванне. Это снимает все масляные отложения и позволяет выявить образовавшиеся трещины. Затем неповрежденные детали турбокомпрессора отправляют на обработку в пескоструйную камеру. Мощная струя мелкодисперсного песка может удалить самые сложные загрязнения и налет. В конце проводится полировка деталей.
• Прошедшую все уровни очистки турбину отправляют на сборку. При необходимости вышедшие из строя детали заменяют на новые.
• Затем турбокомпрессор проходит три этапа балансировки. Сначала балансируется ротор, потом ротор с колесом и в последнюю очередь сам картридж.
• Далее турбину тестируют на специализированных стендах. Чтобы сымитировать рабочие условия двигателя, турбокомпрессор вращают до 180 000 оборотов в минуту при одновременной подаче масла под давлением. На данном этапе происходит выявление остаточного дисбаланса ротора.
• С помощью прибора-тестера анализируют состояние актуаторов — электронных или механических клапанов.
• Отремонтированную турбину устанавливают на автомобиль, проверяют патрубки и интеркулер на герметичность с помощью дымогенератора. На всех этапах ремонта турбокомпрессора должна соблюдаться идеальная чистота, ведь даже мельчайшие частицы грязи могут привести к быстрому износу запчастей.
• Проводят повторную компьютерную диагностику.

В процессе ремонта бензиновых турбин могут быть выявлены неполадки в работе катализатора. Как правило, это происходит из-за его постепенного засорения продуктами переработки топлива. Вышедший из строя катализатор необходимо в первую очередь демонтировать. Далее можно заменить неисправный агрегат на новый. Однако катализатор стóит очень дорого, так что автовладельцы в основном прибегают к более бюджетному способу решения проблемы — после удаления агрегата блок управления двигателем перепрошивается [1] . На этапе ремонта турбин дизельных двигателей такой же процедуре подвергается сажевый фильтр.

Важным условием для правильной работы турбокомпрессора является исправность клапана ЕГР. ЕГР (от англ. Exhaust Gas Recirculation) — это система, отвечающая за снижение уровня выброса оксидов азота. Как и в случае с катализаторами и сажевыми фильтрами, клапан ЕГР тоже подвержен засорению. Также причиной ухудшения его работы может быть неисправность датчика положения или протечка охладителя системы. Своевременные мероприятия по уходу за катализатором или сажевым фильтром, клапаном ЕГР значительно продлят срок службы турбокомпрессора и предотвратят многие возможные причины поломки.

Можно ли самому отремонтировать турбину

Некоторые владельцы авто считают, что ремонт турбины двигателя не требует обращения в специализированные сервисы. Обладая элементарными навыками автомеханика, можно испробовать вариант восстановления турбокомпрессора в «домашних» условиях. В идеале грамотное устранение неполадок начинается с их обнаружения. Но без специального оборудования допустить ошибку крайне легко. Выше мы описали весь перечень действий, которые проводят технически оснащенные сервисы. Понятное дело, что самостоятельно получится воспроизвести далеко не все этапы, требуемые для ремонта турбины.

Как правило, «домашний» ремонт включает в себя демонтаж, разборку, очистку специальным раствором, визуальную дефектовку, замену необходимых деталей, сборку и монтаж. Успех такого мероприятия имеет место, но далеко не во всех случаях. Например, если проблема заключалась в загрязнении и закоксовке некоторых деталей, самостоятельное восстановление может дать положительный результат. Но в любом случае при сборке, не имея специализированного стенда, можно допустить серьезные ошибки в балансировке ротора и картриджа. К тому же не получится произвести необходимую компьютерную диагностику для выявления общей картины неполадок.

Водителю, решившемуся на самостоятельный ремонт турбокомпрессора, лучше не спешить и взвесить все за и против. Желание сэкономить может обернуться еще бóльшими финансовыми тратами. Неправильно отлаженная турбина способна нанести значительный урон двигателю, вплоть до его полного выхода из строя. Даже имея хорошие знания автомеханики, легко допустить ошибку из-за отсутствия необходимого оборудования. Риск нанести двигателю еще больший вред и отсутствие гарантий — серьезные аргументы не в пользу непрофессионального вмешательства.

Ремонт и восстановление турбин — неизбежная процедура для каждого автолюбителя, использующего турбированный двигатель. В этом деле не стоит рисковать с самостоятельным ремонтом или обращаться в сомнительные СТО. Оптимальным вариантом будет доверить автомобиль квалифицированным сервисам.

Как работают газотурбинные электростанции

Турбины внутреннего сгорания (газовые), устанавливаемые на многих современных электростанциях, работающих на природном газе, представляют собой сложные машины, но в основном они состоят из трех основных частей:

• Компрессор , который втягивает воздух в двигатель, нагнетает давление его и подает в камеру сгорания со скоростью сотни миль в час.
• Система сгорания , обычно состоящая из кольца топливных форсунок, которые впрыскивают постоянный поток топлива в камеры сгорания, где оно смешивается с воздухом.Смесь сжигается при температуре более 2000 градусов по Фаренгейту. При сгорании образуется высокотемпературный газовый поток под высоким давлением, который входит и расширяется через турбинную секцию.
• Турбина представляет собой сложный набор чередующихся неподвижных и вращающихся лопастей с профилем крыла. Когда горячий газ сгорания расширяется через турбину, он раскручивает вращающиеся лопасти. Вращающиеся лопасти выполняют двойную функцию: они приводят в действие компрессор, чтобы втянуть больше сжатого воздуха в секцию сгорания, и вращают генератор для выработки электроэнергии.

Наземные газовые турбины бывают двух типов: (1) двигатели с тяжелой рамой и (2) авиационные двигатели. Двигатели с тяжелой рамой характеризуются более низким коэффициентом давления (обычно ниже 20) и имеют тенденцию быть физически большими. Степень давления — это отношение давления нагнетания компрессора к давлению воздуха на входе. Двигатели на базе авиационных двигателей являются производными от реактивных двигателей, как следует из названия, и работают с очень высокими степенями сжатия (обычно превышающими 30). Двигатели на базе авиационных двигателей имеют тенденцию быть очень компактными и полезны там, где требуется меньшая выходная мощность.Поскольку турбины с большой рамой имеют более высокую выходную мощность, они могут производить большее количество выбросов и должны быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечивать низкие выбросы загрязняющих веществ, таких как NOx.

Одним из ключевых факторов удельного расхода топлива турбины является температура, при которой она работает. Более высокие температуры обычно означают более высокую эффективность, что, в свою очередь, может привести к более экономичной эксплуатации. Газ, протекающий через обычную турбину электростанции, может иметь температуру до 2300 градусов по Фаренгейту, но некоторые из критических металлов в турбине могут выдерживать температуры только от 1500 до 1700 градусов по Фаренгейту.Следовательно, воздух из компрессора может использоваться для охлаждения основных компонентов турбины, что снижает конечный тепловой КПД.

Одним из главных достижений программы передовых турбин Министерства энергетики было преодоление прежних ограничений по температурам турбин с использованием комбинации инновационных технологий охлаждения и современных материалов. Усовершенствованные турбины, появившиеся в результате исследовательской программы Департамента, смогли повысить температуру на входе турбины до 2600 градусов по Фаренгейту — почти на 300 градусов выше, чем в предыдущих турбинах, и достичь КПД до 60 процентов.

Еще одним способом повышения эффективности является установка рекуператора или парогенератора с рекуперацией тепла (HRSG) для рекуперации энергии из выхлопных газов турбины. Рекуператор улавливает отходящее тепло в выхлопной системе турбины, чтобы предварительно нагреть воздух на выходе компрессора перед его поступлением в камеру сгорания. ПГРТ вырабатывает пар за счет улавливания тепла из выхлопных газов турбины. Эти котлы также известны как парогенераторы-утилизаторы. Пар высокого давления из этих котлов можно использовать для выработки дополнительной электроэнергии с помощью паровых турбин, такая конфигурация называется комбинированным циклом.

Газовая турбина простого цикла может достигать КПД преобразования энергии в диапазоне от 20 до 35 процентов. С учетом более высоких температур, достигнутых в турбинной программе Министерства энергетики, будущие газотурбинные установки с комбинированным циклом, работающие на водороде и синтез-газе, вероятно, будут иметь КПД 60 процентов или более. Когда отработанное тепло улавливается из этих систем для отопления или промышленных целей, общая эффективность энергетического цикла может приближаться к 80 процентам.

Газотурбинный двигатель

— обзор

13.5 Газотурбинные системы — идеальный стандарт для воздуха Цикл Брайтона

Современные газотурбинные двигатели широко разрабатывались в первой половине 20-го века и сегодня используются в самых разных областях. С тех пор, как они были впервые применены в 1930-х годах, они произвели революцию в электроэнергетике [14]. В области силовых установок они используются в большинстве военных и коммерческих самолетов, а также широко используются в морских силовых установках и некоторых крупных наземных транспортных средствах.Они также широко используются для производства электроэнергии на электростанциях общего пользования и небольших электростанциях. Появление в последнее время недорогого природного газа в качестве топлива и атрибуты сравнительно быстрого и легкого пуска и останова (по сравнению с большой установкой цикла Ренкина) увеличили количество газотурбинных машин, используемых для удовлетворения как базовой нагрузки, так и спроса. всплески в электроэнергетике. В обычной конфигурации используется газотурбинный двигатель, подключенный к генератору, а тепло выхлопных газов турбины используется в качестве основного источника тепла для цикла Ренкина со вторым генератором.Общая эффективность этих установок комбинированного цикла может быть очень высокой. Фактически, энергосистемы с комбинированным циклом являются наиболее эффективными тепловыми двигателями, и ожидается, что в ближайшие годы они вытеснят свои одноцикловые аналоги. Это связано с типом наблюдаемого теплового КПД. Например, энергосистема Mitsubishi Hitachi M501JAC с комбинированным циклом мощностью 57 МВт продемонстрировала тепловой КПД 64%. Аналогичным образом, GE-9HA.02, двигатель комбинированного цикла мощностью 826 МВт, также достиг теплового КПД более 64%.Siemens, другой производитель двигателей, прогнозирует, что их газовая турбина класса H-L будет иметь КПД почти 65%.

Кроме того, на основе данных, собранных Forecast International (FI), рыночной фирмы, базирующейся в Ньютауне, Коннектикут, США, о мировом рынке газовых турбин, включая как авиацию (коммерческую и военную), так и неавиационную (электрическую, механическую и морскую). ), производство в 2017 году было оценено в 84,3 млрд долларов США по сравнению с 77,1 млрд долларов США в 2016 году. Прогнозируется, что к 2032 году эта стоимость достигнет 100 млрд долларов США, что означает рост на 19% за 15 лет.Это, несомненно, продолжает демонстрировать важность газотурбинных систем [14].

Газотурбинный двигатель работает, сжимая воздух до высокого давления, сжигая топливо в воздушном потоке, который увеличивает давление и температуру, а затем расширяет выхлопные газы высокого давления через турбину, чтобы произвести работу. Часть или вся работа, производимая турбиной, используется для питания компрессора. Эти шаги являются общими для всех газотурбинных двигателей, но остальная конфигурация зависит от конструкции и назначения двигателя.В турбовинтовых двигателях, вертолетных двигателях и двигателях, используемых для морского и наземного транспорта, а также для выработки электроэнергии, турбина извлекает всю работу, которую практически можно получить из потока горячего газа. Часть этой работы используется для приведения в действие компрессора, а остальная часть направляется через коробку передач, которая, в свою очередь, связана с конечным использованием: пропеллер для самолетов и морских двигателей, ротор для вертолетов, генератор для выработки электроэнергии. Турбореактивные двухконтурные двигатели, которые используются для приведения в движение большинства крупных коммерческих самолетов, работают аналогично, но работа, превышающая ту, которая требуется для компрессора, используется для приведения в действие вытяжного вентилятора [15].В турбореактивных двигателях, которые широко используются в высокопроизводительных военных самолетах, двигатель спроектирован таким образом, что турбина извлекает из газового потока только работу, достаточную для работы компрессора. Выходящий из турбины поток газа с высокой энтальпией направляется в сопло, и результирующая тяга от высокоскоростного газового потока используется для непосредственного приведения в движение самолета.

Идеальный цикл Брайтона, соответствующий стандарту воздуха, используется в качестве базовой модели, представляющей процессы в газотурбинном двигателе. Цикл показан в координатах T-s на рис.13.6. Идеальный стандартный цикл Брайтона состоит из четырех шагов. Предполагается, что в качестве рабочего тела на протяжении всего цикла используется только воздух. Первый этап представляет собой компрессорный процесс (1-2) адиабатическим обратимым (изэнтропическим) сжатием. На втором этапе добавление топлива и сжигание заменяется добавлением тепла с постоянным давлением (2–3). Расширение через турбину представлено адиабатическим и обратимым расширением (3–4). В реальном двигателе выхлопные газы на выходе из турбины направляются к выхлопу или выходному отверстию сопла.В цикле Брайтона процессы выпуска и впуска заменены процессом отвода тепла с постоянным давлением (4–1).

Рисунок 13.6. Идеальный воздушный стандартный цикл Брайтона.

Каждый шаг цикла Брайтона может быть проанализирован как открытая система с использованием первого закона термодинамики

Q˙ba − aW˙b = m˙⁎ (hb − ha),

где Q˙ — скорость нагрева. передачи, W˙ — мощность, m˙ — массовый расход, а ч — удельная энтальпия, а индексы a и b относятся к начальному и конечному состояниям соответственно.Для процесса сжатия (1–2), используя предположение о постоянной удельной теплоемкости, удельную работу можно выразить как

(13,28) w21 = cp⁎T1⁎ (1− (rp) k − 1k),

где cp — удельная теплоемкость при постоянном давлении, T — температура, k — коэффициент удельной теплоемкости, а rp — коэффициент давлений, определяемый как p2 / p1. Удельная теплоемкость в процессе добавления тепла при постоянном давлении (2–3) составляет

(13,29) q32 = cp (T3-T2).

Работа расширения (3–4) составляет

(13.30) w43 = cp⁎T3⁎ (1− (rp) −k − 1k),

, а отвод тепла на последнем этапе цикла (4–1) равен

(13.31) q14 = cp (T1− Т4).

Общая эффективность цикла может быть выражена как

(13,32) η = wnetqin = 1− (rp) −k − 1k.

Подобно случаю идеального стандартного цикла Отто для воздуха, обсуждаемого в разд. 13.2, эффективность цикла идеального стандартного для воздуха цикла Брайтона зависит только от степени давления для данного газа и монотонно возрастает с увеличением степени сжатия.С практической точки зрения максимальная температура, которую может достичь двигатель, ограничена свойствами материала в первом ряду лопаток турбины (по существу, в точке 3 на рис. 13.6). Поскольку максимальная температура ограничена, слишком высокое повышение степени сжатия приводит к небольшой чистой работе, даже если эффективность цикла высока. И наоборот, очень низкий коэффициент давления также имеет небольшую чистую работу в дополнение к низкой эффективности. Это показано на рис. 13.2. В координатах T-s площадь, ограниченная циклом, пропорциональна сети, и это видно на рис.13.7 видно, что отношения как высокого, так и низкого давления дают меньше удельной работы сети, чем промежуточное значение. Для заданной температуры на входе (T1) и максимальной (T3) температуры можно получить выражение для отношения давлений, которое дает максимальную удельную работу нетто

Рис. 13.7. Максимальная чистая работа.

(13,33) (rp) max⁡network = (T3T1) k2⁎ (k − 1).

Несмотря на то, что эффективность всегда важна, для силовых установок самолетов, работающих с коэффициентом давлений, обеспечивающим максимальную удельную работу нетто, также очень важно максимизировать отношение мощности к массе двигателя.

Для применений, в которых отношение мощности к массе не так важно, в отличие от силовых установок самолета, где это является наибольшей проблемой, в настоящих газотурбинных двигателях регулярно используется регенерация, промежуточное охлаждение и повторный нагрев. При регенерации теплообменник, называемый регенератором, используется для улавливания тепла из выхлопного потока и добавления его к воздушному потоку после сжатия и перед этапом добавления тепла. Это снижает количество требуемого подводимого тепла (топлива) и повышает эффективность за счет стоимости (включая капитальные затраты, техническое обслуживание, добавленный вес и падение давления) дополнительного теплообменника.Промежуточное охлаждение и повторный нагрев используются в многоступенчатых машинах для увеличения объема работы при тех же пиковых температурах и давлениях. В двухступенчатом устройстве технологический воздух частично сжимается до максимального давления, затем охлаждается при постоянном давлении, а затем сжимается до конца. Это называется промежуточным охлаждением. Для повторного нагрева, начиная с пиковой температуры, воздух будет частично расширяться от низкого до низкого давления, затем снова нагреваться (больше топлива) при постоянном давлении и, наконец, расширяться в оставшейся части.Эти процессы показаны на рис. 13.8. В стоимость входит дополнительное оборудование: компрессоры, турбины и теплообменники. Сами по себе промежуточное охлаждение и повторный нагрев могут снизить общую эффективность цикла, поэтому они никогда не используются, если также не используется регенерация.

Рисунок 13.8. Промежуточное охлаждение и повторный нагрев.

Для идеального стандартного цикла Брайтона этапы сжатия и расширения считаются адиабатическими и обратимыми (изэнтропическими), поэтому они не связаны с генерацией энтропии.Второй закон термодинамики может быть выражен как

(13,34) σgen = sb − sa − qbaTb,

, где s — энтропия свойств, q — удельная теплопередача, а Tb — граничная температура, при которой происходит теплопередача. Для подвода тепла при постоянном давлении (2–3) и отвода тепла (4–1) можно применить второй закон термодинамики, чтобы получить эти выражения для удельного генерирования энтропии

(13,35) σgen = cp⁎ [ln⁡ ( T3T2) -T3-T2Tb]

для добавления тепла и

(13.36) σgen = cp⁎ [ln⁡ (T1T4) −T1 − T4Tb]

для отвода тепла.

С одной стороны, анализ генерации энтропии функционирует как инструмент проектирования для оптимизации эффективности и работы в инженерных системах [16], особенно в системах газовых турбин. Однако в другом отношении было высказано предположение, что термодинамическая оптимизация должна основываться на максимальной тепловой эффективности или максимальной производительности труда, а не на энтропийном подходе к проектированию [17]. Неизменно существуют особые обстоятельства или случаи, когда минимальное производство энтропии приводит к максимальному производству работы.

Идеальный цикл Брайтона, соответствующий стандарту воздуха, обеспечивает простое и сжатое представление основных процессов в газотурбинном двигателе. Он точно отражает те же тенденции в отношении эффективности, свойств и мощности, которые наблюдаются в реальных двигателях, и обеспечивает хорошую отправную точку для более подробного анализа. Представленный здесь простой термодинамический анализ позволяет понять общий цикл и может использоваться для первоначального проектирования. При необходимости могут быть добавлены дополнительные улучшения, включая неидеальное сжатие и расширение, переменную удельную теплоемкость, фактические процессы сгорания, а не простое добавление тепла, тепловые потери, трение потока и многое другое.

Газовая турбина | Принцип работы, основные компоненты и типы:

Газовая турбина — самый распространенный и известный тип турбины. Газовые турбины Газовые двигатели и наиболее широко используются во всем мире для различных целей. В настоящее время эти турбины представляют собой наиболее широко используемые технологии производства электроэнергии. Эти типы турбин в основном используются для производства дешевой электроэнергии с использованием газа в качестве рабочего тела. В предыдущих статьях мы обсуждали паровые, ветряные и водяные турбины.Поэтому в этой статье мы в основном рассмотрим различные аспекты газовой турбины.

Что такое газовая турбина?

Газовая турбина — это тип двигателя I.C. , который преобразует кинетическую энергию газа в энергию вращения (механическую энергию). Эта механическая энергия далее приводит в действие газогенератор , который преобразует эту механическую энергию в электричество .

Она известна как «газовая турбина », потому что в ней в качестве рабочего тела используется газ .По сути, эту турбину можно рассматривать как преобразователь энергии, который может преобразовывать накопленную в газе энергию в мощность вращения. Эта мощность вращения запускает генератор, вырабатывающий электричество. После выработки электроэнергии эта электроэнергия по кабелям доставляется в различные предприятия и домашние хозяйства.

В 1791 первый газотурбинный двигатель был изобретен Джоном Барбером . В его конструкцию вошло большинство деталей новейших газовых турбин.Планировалось ездить на безлошадных машинах.

Новейшие газовые турбины работают при значительно более высоких температурах по сравнению с паровыми турбинами. Максимальный КПД газовой турбины до 60%.

Принцип работы газовой турбины

Газовые турбины работают на основе цикла Брайтона . Во время этого цикла топливовоздушная смесь сжимается, сгорает, проходит через газовую турбину и выпускается.

В рабочем цикле газовой турбины в качестве рабочего тела используется воздух .Газовая турбина работает в следующих стадиях:

1. Процесс всасывания
2. Процесс сжатия
3. Процесс горения
4. Турбинная секция
5. Производство электроэнергии

1) Процесс всасывания

Прежде всего, турбина всасывает воздух в камеру сжатия из атмосферы в турбину и направляет этот воздух в компрессор.

2) Процесс сжатия

Когда воздух входит в компрессор, он сжимает воздух и преобразует кинетическую энергию воздуха в энергию давления. После этого он преобразует воздух в воздух высокого давления.

3) Процесс горения

После процесса сжатия сжатый воздух поступает в камеру сгорания. В камере сгорания инжектор впрыскивает топливо в камеру, которое смешивается с воздухом. После перемешивания в камере сгорания воспламеняется топливовоздушная смесь.В процессе воспламенения топливовоздушная смесь превращается в газы высокого давления и высокой температуры.

4) Турбинная секция

Когда сгоревший газ попадает в секцию турбины, часть энергии этого газа преобразуется в механическую энергию, а часть энергии расходуется. Когда дымовой газ расширяется через турбину, он вращает лопатки турбины. Вращающиеся лопасти выполняют двойную функцию: они запускают компрессор, чтобы втянуть больше воздуха для работы, а также приводят в действие газогенератор, связанный с турбиной.

5) Процесс производства электроэнергии

Генератор соединен с валом турбины. Генератор получает механическую энергию от турбины и преобразует эту энергию в электрическую.

Из выхлопных газов выходит бесполезная энергия. Выхлопной газ можно использовать для внешних задач, например, для создания тяги непосредственно в турбореактивном двигателе или для вращения второй независимой турбины (называемой силовой турбиной), которая может быть подключена к электрическому генератору, гребному винту или вентилятору.

Читайте также: Работа паровой турбины

Цикл газовой турбины

Газовая турбина работает по циклу Брайтона (или Джоуля). Рабочий цикл газовой турбины поясняется ниже с помощью диаграммы P-V:

Рис. Рабочий цикл газовой турбины

Сжатие (от A до B): —

Когда окружающий воздух попадает в компрессор, компрессор сжимает его и увеличивает давление.После сжатия воздух попадает в камеру сгорания (точка B на приведенной выше диаграмме).

Сгорание (от B до C): —

Когда сжатый воздух попадает в камеру сгорания (линия от B до C), инжектор впрыскивает топливо, которое смешивается с воздухом. Воспламенитель воспламеняется от этой топливовоздушной смеси и увеличивает ее давление и температуру.

Расширение (от C до D): —

После прохождения процесса сгорания воздух попадает в турбинную секцию (линия C – D представляет этот процесс), где он расширяется.По мере расширения воздух вращает лопатки турбины, которые дополнительно вращают вал турбины и компрессор. Некоторая мощность этого расширенного воздуха используется для приведения в действие компрессора, в то время как оставшаяся мощность используется для приведения в действие подключенного генератора. Генератор преобразует эту мощность в электричество.

Типы газотурбинных двигателей

Есть несколько типов газовых турбин. Ниже приведены наиболее распространенные типы газовых турбин:

• Турбовинтовые весы
• реактивный двигатель
• Турбореактивный
• Турбореактивный двухконтурный двигатель
• Турбовал
• Турбина авиационная газовая
• Микротурбины

1) Турбовинтовой газовый двигатель

Первый тип газового двигателя — турбовинтовой.Турбовинтовой двигатель имеет маршевое сопло, турбину, камеру сгорания, компрессор, впускной и понижающий редукторы.

В этом газовом двигателе используется редуктор для привода воздушного винта. Турбовинтовой двигатель используется в небольших самолетах, таких как военный учебно-тренировочный самолет Embraer EMB312 Tucano и караван General Aviation Cessna 208. Турбовинтовой двигатель также используется в больших самолетах, таких как транспорт Airbus A400M. Кроме того, он используется в средних пригородных самолетах, таких как Bombardier Dash 8.

Выхлопные газы управляют силовой турбиной, которая соединяется через вал, который далее вращает редуктор. Для турбовинтовых двигателей требуется понижающая коробка передач, потому что лучшие характеристики воздушного винта достигаются на скоростях, намного меньших, чем рабочая скорость двигателя.

Рис. Турбовинтовой двигатель

Эти типы газовых турбин обладают исключительной эффективностью при скорости 250-400 миль в час и высоте от 18 000 до 30 000 футов. Самый низкий расход топлива для турбовинтовых турбин обычно достигается в диапазоне высот от 25 000 футов до тропопаузы.Эта турбина использует приблизительно от 80% до 85% произведенной мощности для работы гребного винта. Напротив, оставшаяся доступная энергия используется в качестве тяги для удаления выхлопных газов.

Преимущества и недостатки турбовинтового двигателя: —

Преимущества	Недостатки
Эти двигатели имеют небольшие размеры.	У них низкая крейсерская скорость.
Они имеют легкий вес.	Воздушный винт этого двигателя теряет эффективность на большей высоте.
Турбовинтовые двигатели наиболее эффективны на коротких дистанциях.	Это не лучший вариант для долгого путешествия.
Эти двигатели потребляют меньше топлива в час, чем реактивные двигатели.	Турбовинтовые двигатели производят более высокий уровень шума, чем реактивные двигатели.

Подробнее: Работа турбовинтового двигателя

2) Турбореактивный двигатель

Газовая турбина второго типа — реактивный двигатель.Это оптимизированная газовая турбина. Он генерирует энергию с помощью выхлопного газа или вытяжного вентилятора , подключенного к турбине. Двигатели, вырабатывающие энергию из прямых импульсов выхлопных газов, называются турбореактивными двигателями .

Турбореактивный газовый двигатель, используемый в самолетах. Эти двигатели были впервые разработаны в Великобритании и Германии до Второй мировой войны и были самыми простыми двигателями, чем другие реактивные двигатели.

Турбореактивный двигатель имеет недостаток в том, что он имеет высокий уровень шума и потребляет большое количество энергии. Эти типы двигателей имеют ограниченный диапазон и долговечность. В настоящее время они используются в основном в военной авиации.

Рис. Турбореактивный двигатель

Турбореактивный двигатель состоит из следующих четырех частей:

1. Компрессор
2. Камера сгорания
3. турбина
4. Выхлоп

Компрессор всасывает воздух, сжимает его и подает сжатый воздух в камеру сгорания с высокой скоростью.В камере сгорания имеется топливная форсунка и воспламенитель для воспламенения топливовоздушной смеси. Расширенный газ запускает турбину. Эта турбина соединена с компрессором и двигателем через вал и поддерживает работу двигателя.

Преимущества и недостатки турбореактивного двигателя: —

Преимущества	Недостатки
Эти двигатели имеют простую конструкцию.	Они потребляют много топлива.
Они могут работать с высокой скоростью.	Они производят высокий нос.
Турбореактивные двигатели имеют малые габариты.	Они плохо работают на низкой скорости.
Они имеют небольшой вес.	Эти газовые двигатели нельзя использовать для дальних путешествий.

Читайте также: Различные типы реактивных двигателей

3) Турбореактивный двигатель

Реактивный двигатель , который вырабатывает мощность с помощью вытяжного вентилятора, обычно называют турбовентиляторным двигателем .Слово «турбовентилятор» представляет собой комбинацию « турбина » и « вентилятор »: слово турбина обозначает газовую турбину, которая получает механическую энергию от камеры сгорания, а «вентилятор » представляет канальный вентилятор. , который получает механическую энергию от турбины, чтобы направить воздух назад.

В этом двигателе используется вытяжной вентилятор и выхлоп для создания пульсации. Турбореактивные двухконтурные двигатели также наиболее широко используются в самолетах.

Рис. Турбовентиляторный газотурбинный двигатель

Развитие турбовентиляторных двигателей представляет собой сочетание некоторых из лучших характеристик турбовинтовых и турбореактивных двигателей.Эти газовые двигатели разработаны для создания дополнительной тяги за счет перенаправления вторичного воздушного потока вокруг камеры сгорания.

Турбореактивный газовый двигатель имеет низкий уровень шума и потребляет мало топлива по сравнению с другими реактивными двигателями. Внутри двигателя имеется два или более вала.

Преимущества и недостатки ТРДД: —

Преимущества	Недостатки
Эта турбина потребляет меньше топлива, чем другие реактивные двигатели.	Они имеют большие размеры, чем турбореактивные двигатели.
Имеет низкий уровень шума.	Турбореактивные двухконтурные двигатели не могут контролировать резкие колебания нагрузки.
Лучше всего подходит для дальних путешествий.	Для выработки электроэнергии необходим вентилятор.

4) Масштабный реактивный двигатель

Масштабный реактивный двигатель пятого типа. Эти двигатели также называются микро-форсунками . Помня об этом, пионер новейшего микроструйного двигателя Курт Шреклинг разработал первые в мире микротурбины (FD3 / 67).Эти двигатели могут создавать силу 22 Н. Кроме того, это может сделать большинство профессионалов с опытом работы в машиностроении с использованием необходимых технических инструментов.

5) Турбовальный двигатель

Газотурбинный двигатель , который оптимизирован для выработки мощности на валу вместо реактивного движения, называется турбовальным двигателем. Принцип работы турбовального двигателя очень похож на турбореактивный двигатель, но с дополнительным турбонаддувом, расширением для удаления тепловой энергии из выхлопных газов и преобразования ее в выходную мощность вала.В 1949 году французская компания Turbomeca построила первый турбовальный газотурбинный двигатель.

Рис: Газовый двигатель с турбонаддувом

Главный вал двигателя оборудован компрессором и его турбиной, и оба вместе с системой сгорания называются газогенератором. Отдельно вращающаяся силовая турбина используется для приведения в действие роторов вертолетов. Вы можете повысить гибкость конструкции, вращая силовую турбину и газогенератор с соответствующими скоростями.

Основное различие между турбовальным двигателем и турбореактивным двигателем состоит в том, что в турбовальном двигателе максимальная часть энергии, генерируемой расширяющимся газом, используется для питания турбины вместо создания тяги.

Эти газовые двигатели лучше всего подходят для применений, требующих небольшого веса, небольших размеров, высокой надежности и постоянной высокой производительности. Большинство вертолетов имеют турбовальные двигатели. Газотурбинный двигатель с турбонаддувом также используется в качестве вспомогательного двигателя для больших самолетов. Эти двигатели также используются на станциях сжижения природного газа.

Преимущества и недостатки турбовального двигателя: —

Преимущества	Недостатки
Эти двигатели обладают высокой надежностью.	Они производят сильный шум.
Турбореактивные двухконтурные двигатели обладают неизменно высокой производительностью.	Эти газовые двигатели имеют высокую стоимость производства.
Они имеют небольшие размеры.	Им требуется высокая мощность для первоначального запуска.

6) Авиационная газовая турбина

Прежде всего, они часто устанавливаются на газотурбинных двигателях существующих самолетов. Промышленная газовая турбина более обширна, чем авиационная турбина.

Во-вторых, они используются для производства электроэнергии. Поскольку эти турбины выключаются быстрее, чем промышленные двигатели, и могут быстро реагировать на изменение нагрузки, они также используются в морской промышленности для снижения веса.

Рис: Авиационная газовая турбина

7) Микротурбины

Микротурбина — это газовая турбина, вырабатывающая относительно небольшое количество электроэнергии и тепла. Этот газотурбинный двигатель разработан на базе турбонагнетателей с поршневыми двигателями, малых реактивных двигателей или ВСУ самолетов.Их размер соответствует холодильнику мощностью 25-500 кВт.

КПД микротурбин без теплообменника составляет около 15%. И от 20% до 30% с теплообменником. При комбинированном производстве тепла и электроэнергии комбинированный термоэлектрический КПД может достигать 85%

По сравнению с другими маломасштабными технологиями производства электроэнергии, микротурбины имеют множество преимуществ: низкая стоимость энергии, низкий уровень выбросов, легкий вес, высокая эффективность, компактная конструкция, небольшое количество подвижных частей и возможность использования отработанного топлива.В этих турбинах также можно использовать утилизацию отработанного тепла для достижения КПД более 80%.

Ожидается, что микротурбины

займут значительную часть рынка распределенной генерации из-за их низких затрат на обслуживание и эксплуатацию, низких капитальных затрат, небольших размеров и автоматического электронного управления. Кроме того, эти газовые турбины представляют собой эффективное и экологически чистое решение для рынков с прямым приводом, например, компрессоров и кондиционеров.

Читайте также: Работа ветряной турбины

КПД газовой турбины

Рабочая температура (температура воспламенения) газовой турбины влияет на ее КПД.Если температура выше, эффективность турбины также будет выше. Однако температура на входе турбины фиксируется с помощью тепловых условий, которые могут выдерживать лопатки турбины.

В максимальных случаях температура газа на входе в турбину составляет от 1200 ° C до 1400 ° C. Тем не менее, некоторые конструкторы повышают температуру на входе до 1600 ° C, разрабатывая покрытия для лопаток и системы охлаждения, предотвращающие термическое повреждение металлургических деталей.

Из-за мощности, необходимой для работы компрессора, эффективность преобразования энергии одноцикловой газотурбинной электростанции составляет примерно 30%, и даже наиболее эффективная конструкция имеет КПД до 40%.

В выхлопных газах, которые имеют температуру до 600 ° C на выходе из турбины, остается много тепла. Газотурбинная силовая установка может достичь КПД от 55% до 60% за счет рекуперации отработанного тепла в конфигурации с комбинированным циклом для создания более ценной работы.

Тип газовой турбины	Выходная мощность (МВт эл.)	КПД, Комбинированный цикл (%), LHV	КПД, простой цикл
Большой тяжелый режим	200-500	54-60	37-40
Малый тяжелый режим	70-200			35-37
Авиационное	30-60	51-54	39-43

Компоненты газотурбинного двигателя

Газовая турбина состоит из следующих основных частей:

1. Турбина
2. Компрессор
3. Вал
4. Камера сгорания
5. Коробка передач
6. Выхлоп

1) Компрессор: —

Компрессор включает в себя основные газовые турбины.Сначала компрессор всасывает воздух в турбину. После этого он сжимает воздух и увеличивает давление этого воздуха в соответствии с требованиями турбины. Наконец, компрессор направляет воздух в камеру сгорания со скоростью сотни миль в час.

Читайте также: Различные типы компрессоров

2) Вал: —

Вращающийся вал позволяет компрессору непрерывно всасывать воздух и повышать давление воздуха для регулирования непрерывного горения.Он имеет несколько лопаток турбины. Вал вращается с вращением лопаток турбины. Избыточная мощность вала используется для запуска генератора для выработки электроэнергии.

3) Камера сгорания: —

Он состоит из ряда форсунок, которые направляют постоянный поток топлива в систему сгорания и смешивают его с воздухом камеры сгорания. Смесь горит при температуре выше 2000 градусов по Фаренгейту .

Камера сгорания также включает основные компоненты газовой турбины.Он создает поток газа высокого и высокого давления, который входит в турбину и частично расширяется.

4) Турбинная секция : —

Состоит из сложного набора неподвижных и вращающихся лопаток. Когда горячий дымовой газ расширяется через турбину, вращаются лопатки. Поворотные лопатки выполняют две функции. Во-первых, это заставляет компрессор всасывать больше сжатого воздуха в зону сгорания. А во-вторых, он вращает генератор для выработки электроэнергии.

5) Коробка передач: —

Редуктор турбины передает крутящий момент на приводимое оборудование.

6) Выхлоп: —

Эта деталь имеет низкий уровень выбросов из турбинной части.

Преимущества и недостатки газовых турбин

Преимущества и недостатки газовой турбины приведены ниже:

Преимущества газовых турбин

• Эти турбины легко транспортировать и быстро запускать.
• Глобальная поддержка и услуги.
• Низкая стоимость и низкий расход смазочных материалов.
• Могут использоваться разные виды топлива.
• Из-за избытка воздуха он полностью сжигает воздух, и пламя на холодной поверхности не « гасит », что приводит к очень низким выбросам токсичных CO и HC.
• Имеет высокую доступность.
• Высокая надежность.
• Стоимость эксплуатации невысока.
• Используйте другие чистые возобновляемые виды топлива.
• Газовые турбины имеют высокую удельную мощность.
• Выбрасывает малотоксичные газы.
• Имеет низкие затраты на строительство.
• Комплексный модуль производительности.

Недостатки газовых турбин

• Требуется высокая стоимость обслуживания .
• Меньшее соотношение мощности и веса.
• Использование экзотических материалов может увеличить стоимость основного двигателя.
• КПД газовых турбин на холостом ходу ниже, чем у поршневого двигателя.
• Более продолжительное время пуска, чем у поршневого двигателя.
• Типичные жалобы сложно контролировать.

Применение газовой турбины

• Эти турбины используются для привода самолетов.
• Используется в поездах.
• Эти турбины используются для привода кораблей.
• Газотурбинный двигатель также используется для привода электрогенераторов.
• Они используются для приведения в действие насосов.
• Газовая турбина используется в различных применениях газовых компрессоров.

Раздел часто задаваемых вопросов

Кто изобрел газовую турбину?

В 1791 первый газотурбинный двигатель был изобретен Джоном Барбером .

На каком цикле работает газовая турбина?

Газовая турбина работает на основе цикла Брайтона (или Джоуля).

Для чего используются газовые турбины?

Газовые турбины используют для привода:

• Поезда
• Цистерны
• Насосы
• Промышленное оборудование
• Корабли
• Газовые компрессоры

Какое топливо использует газовая турбина?

В газовой турбине используются такие виды топлива, как парообразное топливо нефть газ, уголь с низким содержанием британских тепловых единиц газ , технологический газ и природный газ.Но 90% газовых турбин в мире используют сжиженного природного газа или природного газа в качестве рабочего топлива.

Почему газовая турбина называется газовой турбиной?

Эта турбина известна как газовая турбина, потому что в этой турбине используется газ.

Какой тип компрессора используется в газотурбинной установке?

Многоступенчатый осевой компрессор используется в газотурбинной установке для твердых частиц.

Сколько времени требуется для запуска газовой турбины?

Газовая турбина двигателя внутреннего сгорания может запускаться менее чем за 5 минут до достижения полной нагрузки, в то время как газовые турбины с комбинированным циклом могут запускаться через 30 минут или более.

Стоимость газовых турбин очень низкая по сравнению с другими типами турбин. Благодаря этому эти турбины наиболее широко используются во всем мире. Эти турбины обладают высокой удельной мощностью. Эти турбины слишком полезны в наших отраслях. И он имеет низкую стоимость эксплуатации и хорошую надежность.

Я надеюсь, что вам будут понятны все концепции, связанные с этой темой. Если у вас есть вопросы, вы можете без колебаний ответить мне.

Узнать больше

1. Различные типы турбин
2. Как работает шовная турбина?
3. Как работает ветряная турбина?
4. Различные типы компрессоров

Источник изображения:

www.aircraftsystemstech.com/

Разница между газовой турбиной и газовым двигателем

Разработчики систем распределенной генерации могут выбирать между двумя основными источниками энергии: газовыми двигателями и газовыми турбинами. Оба они зарекомендовали себя во всем мире на тысячах когенерационных (комбинированных теплоэлектроцентралей или ТЭЦ). Газовые двигатели и турбины используются в ТЭЦ, которые включают электроэнергетику, больницы, университеты, централизованное теплоснабжение, опреснение морской воды, пищевую промышленность, текстильную промышленность, нефтехимическую переработку, химическую переработку, фармацевтику, целлюлозно-бумажную промышленность и общее производство.С годами эффективность, надежность, эффективность выбросов и эксплуатационные расходы обеих технологий неуклонно улучшались. И газовая турбина, и газовый двигатель имеют свои собственные характерные особенности, и, таким образом, мы обеспечиваем разницу между газовой турбиной и газовым двигателем в соответствии с потребностями заказчика. Прочтите этот новый блог в Linquip, чтобы узнать о них больше.

Газовая турбина

Газовая турбина определяется как двигатель, приводимый в действие давлением сжигаемого сжатого воздуха и топлива.Газовая турбина, мозг электростанции, представляет собой двигатель внутреннего сгорания, который преобразует жидкое топливо, особенно природный газ, в механическую энергию. Эта энергия приводит в действие генератор, который, в свою очередь, производит электричество. Внутри газовой турбины топливно-воздушная смесь нагревается до чрезвычайно высоких температур. Это приводит к быстрому вращению лопастей турбины. Газовые турбины используются для питания самолетов, поездов, кораблей, электрических генераторов, насосов, газовых компрессоров и резервуаров.

Газовый двигатель

Газовый двигатель — это двигатель, приводимый в действие производством, расширением или сгоранием газа.Газовые двигатели производятся в больших количествах и дешево, в то время как центральные электростанции являются уникальной технологией. В настройках электростанции вы найдете несколько газовых двигателей, соединенных между собой в генераторные установки. Однако каждый двигатель подключается к своему валу, который соединяется с электрическим генератором. Установки доступны в стандартных типоразмерах до 20 МВт. Газовый двигатель вносит значительный вклад в сокращение выбросов CO2 за счет высокоэффективной работы с использованием природного газа и городского газа, а также низкокалорийных газов, таких как газы, образующиеся в плавильных печах с газификацией.

Газовая турбина VS. Газовый двигатель

Существует описание разницы между газовой турбиной и газовым двигателем с учетом нескольких факторов. Различные факторы, подобные упомянутым, принимаются во внимание при выборе газовой турбины или газового двигателя для конкретного применения.
Следующие факторы показывают основные различия между газовой турбиной и газовым двигателем.

Электрический КПД

• КПД газовой турбины находится в диапазоне от 29 до 33%.
• КПД газового двигателя составляет от 48,5% до 49%.

Энергетический коэффициент когенерации

• В газовой турбине энергетический коэффициент когенерации состоит из электроэнергии (33 процента), пара (50 процентов) и потерь (20 процентов).
• В газовом двигателе энергетический коэффициент когенерации состоит из электроэнергии (49 процентов), пара (15 процентов), горячей воды (13 процентов), низкотемпературной воды (10 процентов) и потерь (13 процентов).

Тип необходимого тепла

• В газовом двигателе в основном пар обеспечивает необходимое тепло.
• В газовом двигателе горячая вода и немного пара обеспечивают необходимое тепло.

Общий КПД когенерации

• Газовая турбина работает с общим КПД когенерации от 80% до 83%.
• Газовый двигатель работает с общим КПД когенерации от 63,5% до 77%.

Электрический КПД (частичная нагрузка)

• Электрический КПД газовой турбины хороший.
• Электрический КПД газового двигателя очень хороший.

Тепло выхлопных газов

• Газовая турбина имеет высокую температуру и количество выхлопных газов.
• Газовая турбина имеет низкую температуру выхлопных газов.

Выбросы NOx (O2 = 15%)

• В газовой турбине выбросы NOx составляют примерно от 15 до 25 частей на миллион.
• В газовых двигателях выброс NOx составляет около 57 частей на миллион.

Вибрация

• Вибрация газовой турбины сверхнизкая.
• Вибрация газовой турбины низкая.

Размер машины

• Газовая турбина включает машины небольших размеров.
• Газовая турбина включает машины больших размеров.

Время запуска

• В газовой турбине время запуска составляет 20 минут.
• В газовом двигателе время пуска 10 минут.

Интервал обслуживания

• Интервал обслуживания газовой турбины очень большой.
• Интервал технического обслуживания газового двигателя очень большой.

Еще несколько моментов о разнице между газовой турбиной и паровым двигателем, о которых следует помнить:

• С появлением на рынке большего количества газовых двигателей в более крупном диапазоне (более 3 МВт) производительность улучшилась (т. Е. большая электрическая эффективность) и повышенный спрос на гибкую работу, поставщики газовых турбин все чаще испытывают давление со стороны газовых двигателей.
• Пиковые электростанции должны иметь возможность гибкой работы, часто с быстрыми темпами увеличения / уменьшения.Газовые двигатели хорошо подходят для удовлетворения этих потребностей. Переход на газовые двигатели уже идет полным ходом, хотя газовые турбины останутся обычным явлением, особенно на более крупных электростанциях.
• Газовые турбины мощностью 30 МВт, вероятно, по-прежнему будут занимать основную долю рынка на средних и крупных промышленных предприятиях с потребностями в электроэнергии и высокотемпературном паре / тепле. Однако газовые двигатели (от 100 кВт до 20 МВт) все больше отнимают долю рынка во множестве других секторов конечного использования.Газовые двигатели увеличили долю рынка за счет газовых турбин, которые менее способны наращивать / снижать скорость.

Как газовые турбины, так и газовые двигатели зарекомендовали себя как полезные для пользователей при производстве электроэнергии. Каждая технология, получившая признание на рынке сегодня во всем мире, пользуется успехом у пользователей, ищущих надежные альтернативы в области питания и охлаждения. Все это означает большие возможности для газовых ТЭЦ. Настало время для потребителей энергии и производителей промышленных и коммерческих объектов изучить экономические возможности ТЭЦ с современными технологиями газовых двигателей и турбин.

Итак, теперь вы знаете все, что вам нужно знать о разнице между газовой турбиной и газовым двигателем. Как вы думаете, есть ли другие отличия, помимо упомянутых выше? Поделитесь своими мыслями с Linquip в разделе комментариев. И не стесняйтесь зарегистрироваться на нашем сайте, если вы хотите, чтобы наши специалисты ответили на ваши самые сложные вопросы в этой области.

Адаптируемая газовая турбина | Американский ученый

Турбины существуют уже давно — ранними примерами являются ветряные мельницы и водяные колеса.Название происходит от латинского турбо, означает вихрь, и, таким образом, определяющим свойством турбины является то, что жидкость или газ вращают лопасти ротора, который прикреплен к валу, который может выполнять полезную работу. Однако турбины, работающие на углеводородном топливе, являются одними из самых молодых устройств преобразования энергии: их первое использование для выработки электроэнергии или приведения в действие реактивного самолета произошло в 1939 году. Благодаря усилиям многих тысяч инженеров за прошедшие 70 лет или около того, такие Газовые турбины стали доминирующими в силовых установках самолетов и, благодаря их не имеющему себе равных тепловому КПД и низкой стоимости, являются суперзвездами электростанций.Поскольку энергия является центральной проблемой современного общества, технология газовых турбин продолжает оставаться инновационной.

Многие мои усилия как инженера-механика, как в промышленности, так и в академических кругах, основывались на первом законе термодинамики (сформулированном в принципе сохранения энергии): энергия не создается и не разрушается, но может быть изменена по форме. Часть закона, «измененная по форме», — это то, что делают многие инженеры-механики, исследуя и разрабатывая устройства преобразования энергии.Примером такого преобразования является преобразование тепла (например, от сгорания углеводородного топлива) в движущую силу (например, в самолет с реактивным двигателем) или электричество. Устройства, выполняющие это преобразование, называются первичные двигатели.

Основные современные первичные двигатели преобразуют тепло, выделяемое в результате ядерных или химических реакций, в полезные формы энергии. Газовая турбина, изобретенная совместно Гансом фон Охайном, Фрэнком Уиттлом и инженерами швейцарской фирмы Brown, Boveri & Cie, пришла на смену паровой машине, созданной в 1769 году Томасом Ньюкоменом и Джеймсом Ваттом; двигатель с искровым зажиганием Николауса Отто 1876 года; двигатель с воспламенением от сжатия Рудольфа Дизеля 1884 года и паровая турбина Чарльза Парсонса 1897 года.

Имя газовая турбина Это несколько вводит в заблуждение, поскольку подразумевает простую турбину, в которой в качестве рабочего тела используется газ. Собственно, газовая турбина имеет компрессор втягивать и сжимать газ (обычно воздух), камера сгорания (или горелка) для добавления горючего топлива (обычно углеводородной жидкости или газа) для нагрева сжатого газа, и турбина (или детандер) для извлечения энергии из потока горячего газа с его вращением лопаток турбины.

Поскольку происхождение газовой турбины лежит как в области электроэнергетики, так и в авиации, газовая турбина получила множество других названий. Для наземных и морских применений газовая турбина прозвище является наиболее распространенным, но его также называют турбина внутреннего сгорания , а турбовальный двигатель а иногда газотурбинный двигатель . Для авиационных приложений его обычно называют реактивный двигатель и различные другие названия (в зависимости от конкретной авиационной конфигурации или применения), такие как реактивный газотурбинный двигатель, турбореактивный двигатель, турбовентиляторный двигатель, вентиляторный двигатель а также турбовинтовой или реактивный двигатель (если он используется для привода воздушного винта).Компрессор-камера сгорания-турбина часть газовой турбины обычно называется газогенератор.

В газовой турбине самолета вся мощность турбины используется для приведения в действие компрессора (который также может иметь связанный вентилятор или пропеллер). Затем газовый поток, покидающий турбину, ускоряется в атмосферу через выхлопное сопло, чтобы обеспечить толкать или тяговая мощность. Тяговая мощность газовой турбины или реактивного двигателя равна увеличению количества движения массового потока от входа к выходу двигателя, умноженному на скорость полета.Фактическая сила тяги, создаваемая в двигателе (и тянущая самолет вперед), представляет собой сумму всех осевых составляющих сил давления на внутренних поверхностях двигателя, подверженных воздействию потока газа в тракте.

Реактивный двигатель может быть достаточно маленьким, чтобы его можно было переносить в ручном режиме, и производить тягу в несколько фунтов (1 фунт тяги эквивалентен 4,45 ньютону силы) для использования на моделях самолетов или военных дронах. (Швейцарский пилот в отставке Ив Росси по прозвищу «Реактивный человек» прикрепил четыре таких небольших реактивных двигателя, каждый из которых имел тягу 50 фунтов или около 223 ньютонов, к заднему крылу и пролетел через Ла-Манш в 2008 году и над Гранд-Каньоном. в 2011.На современных коммерческих реактивных самолетах газовые турбины обычно имеют тягу в диапазоне 30 000 фунтов (или 136 000 ньютонов), при этом самая большая в настоящее время составляет около 100 000 фунтов (445 000 ньютонов) на дальнемагистральных самолетах Boeing 777.

Реактивный двигатель, показанный на рисунке выше, представляет собой турбовентиляторный двигатель с установленным на компрессоре вентилятором большего диаметра. Тяга создается воздухом, проходящим только через вентилятор (так называемый байпасный воздух) и через сам газогенератор. Комбинация механизмов значительно увеличивает топливную экономичность двигателя.Имея большую площадь лобовой части, позволяющую втягивать большую массу воздуха (с учетом того, что конфигурация создает более высокие силы аэродинамического сопротивления при крейсерских скоростях полета), турбовентиляторный двигатель создает максимальную тягу на взлетной скорости. Поэтому он больше всего подходит для коммерческих самолетов, которым требуется большая часть подъемной силы для отрыва от земли, а не для маневрирования в воздухе. Напротив, турбореактивный не имеет вентилятора и генерирует всю свою тягу из воздуха, проходящего через газогенератор.Турбореактивные двигатели имеют меньшую лобовую поверхность (и, следовательно, меньшее сопротивление при высоких скоростях полета) и создают пиковые тяги на высоких скоростях, что делает их наиболее подходящими для истребителей, которые движутся с гораздо более высокими скоростями, чем коммерческие самолеты.

В неавиационных газовых турбинах только часть мощности турбины используется для привода компрессора. Остаток используется как выход мощность на валу для включения устройства преобразования энергии, такого как электрический генератор, или для сжатия природного газа в трубопроводе, чтобы его можно было транспортировать.Наземные газовые турбины с валом могут стать очень большими (с выходной мощностью до 375 мегаватт, чего достаточно для питания около 300 000 домов). Блок, показанный на рисунке справа, называется промышленный или Рамка машина. Он сконструирован для обеспечения прочности и длительного срока службы, поэтому вес не является важным фактором, как в случае с реактивным двигателем. Обычно рамные машины проектируются консервативно, но в них используются технические достижения в разработке реактивных двигателей, когда это имело смысл.

Более легкие газовые турбины, созданные на основе реактивных двигателей и используемые для неавиационных применений, называются авиационные газовые турбины. Авиационные двигатели используются для привода компрессоров трубопроводов природного газа, кораблей и производства электроэнергии. Они используются, в частности, для обеспечения пиковой и промежуточной мощности для электроэнергетических предприятий, поскольку они могут быстро запускаться. Пиковая мощность дополняет нормальную мощность коммунального предприятия в периоды высокого спроса, например, при кондиционировании летом в крупных городах.

Газовая турбина имеет некоторые конструктивные преимущества перед другими энергосистемами. Он способен производить большое количество полезной энергии при относительно небольшом размере и весе. Поскольку движение всех его основных компонентов связано с чистым вращением (например, отсутствует возвратно-поступательное движение, как в поршневом двигателе), его механический срок службы велик, а соответствующие затраты на техническое обслуживание относительно невысоки. Однако на ранних этапах разработки обманчивая простота газовой турбины вызвала проблемы, пока не стали лучше поняты аспекты ее механики жидкости, теплопередачи и горения.По словам Эдварда Тейлора, первого директора газотурбинной лаборатории Массачусетского технологического института, первые конструкции газотурбинных компрессоров упали на скалу, и скала остановилась. Ларек Это внезапная блокировка и даже обратное движение потока в двигателе, вызванное тем, что жидкость отделяется от поверхностей аэродинамических поверхностей компрессора вместо того, чтобы равномерно течь по ним. Тейлор перефразировал слова П.Т. Барнума, чтобы описать два типа срывов: вы можете управлять компрессором так, чтобы он некоторое время останавливал все лопасти (так называемый помпаж), или все время (называемый вращающимся срывом).Чтобы избежать таких срывов, потребовалось провести много предварительных исследований и разработок.

Хотя газовая турбина должна запускаться с помощью каких-либо внешних средств (небольшой внешний двигатель или другой источник, например, другая газовая турбина), ее можно довести до состояния полной нагрузки (пиковой мощности) за считанные минуты, в отличие от паротурбинной установки. время запуска которого измеряется часами.

Газовые турбины также могут использовать различные виды топлива. Природный газ обычно используется в наземных газовых турбинах, тогда как легкие дистиллятные (или керосиноподобные) масла используются в авиационных реактивных двигателях и морских газовых турбинах.Также можно использовать дизельное топливо или специально обработанные остаточные масла (например, биодизель), а также горючие газы (например, метан), полученные из доменных печей, нефтеперерабатывающих заводов, свалок, сточных вод и газификации твердого топлива, такого как уголь, древесная щепа и жмых. (измельченные стебли сахарного тростника или сорго). Некоторые недавние работы в Южной Африке по типу атомной электростанции, называемой реактор с галечным слоем (в котором используются сферы графита размером с теннисный мяч, залитые делящимся материалом), обеспечивающий газообразный гелий для питания турбины, имеющей замкнутый цикл, Это означает, что в нем используется газ, предварительно нагретый внешним источником, который рециркулирует через систему.)

Дополнительным преимуществом газовых турбин является то, что обычным рабочим телом является атмосферный воздух, и машина не требует жидкостного охлаждения — важное соображение во многих частях мира, где не хватает охлаждающей воды.

На начальных этапах разработки одним из основных недостатков газовой турбины был ее более низкий КПД (следовательно, более высокий расход топлива) по сравнению с другими двигателями и паротурбинными электростанциями. Однако за последние 70 лет непрерывное инженерное развитие привело к тому, что тепловой КПД (18% для газовой турбины Brown Boveri 1939 г.) достиг нынешнего уровня около 45% для работы в простом цикле.Эффективность может достигать более 60 процентов для комбинированный цикл операции, на которых выхлопные газы используются дополнительно.

Сейчас трудно вспомнить, когда авиационная газовая турбина — реактивный двигатель — не использовалась в полете самолета. До появления реактивных двигателей производитель авиационных поршневых двигателей мог рассчитывать на продажу запасных частей в 20–30 раз больше первоначальной стоимости двигателей. С появлением реактивного двигателя эта цифра послепродажного обслуживания упала в три-пять раз по сравнению с первоначальной стоимостью (важное сокращение, сделавшее авиаперелеты доступными и надежными, а авиакомпании — прибыльными, хотя производителям двигателей пришлось изменить свои бизнес-модели).В последние годы технологии и требования рынка привели к тому, что компоненты двигателя стали еще более долговечными, в результате чего количество запасных частей на рынке запасных частей снизилось до все более низкого уровня.

Хорошо управляемая авиакомпания будет стараться поддерживать в воздухе реактивный самолет 18 часов в сутки 365 дней в году. При хорошем техническом обслуживании, авиакомпания ожидает, что двигатели останутся в эксплуатации и на крыле в течение от 15 000 до 30 000 часов работы, в зависимости от количества взлетов и посадок, совершенных самолетом.По истечении этого периода реактивный двигатель будет снят и отремонтирован, обычно с заменой деталей, которые нагреваются, таких как камера сгорания и турбина. (В настоящее время частота отключения реактивного двигателя в полете составляет менее 1 на 100 000 летных часов. Другими словами, в среднем двигатель выходит из строя в полете раз в 30 лет.)

Авиационные реактивные двигатели составляют около 25% стоимости самолета. В 2011 году мировой рынок авиационных газовых турбин составил 32 миллиарда долларов, из которых 27 миллиардов долларов пришлось на коммерческие самолеты, а оставшаяся часть — на военные нужды.В настоящее время в мировом авиапарке насчитывается около 19 400 самолетов. Оба основных производителя самолетов, Boeing в США и Airbus в Европе, прогнозируют, что к 2030 году в мировом парке будет 34000 самолетов.

Этот многообещающий рынок стимулирует разработку реактивных двигателей для коммерческих авиакомпаний с упором на экономию топлива. В настоящее время от 40 до 60 процентов операционных расходов авиакомпаний приходится на авиакеросин. Турбореактивный двигатель Pratt & Whitney, показанный на втором рисунке, в настоящее время разрабатывается для новых узкофюзеляжных самолетов вместимостью от 90 до 200 пассажиров.Этот двигатель имеет систему зубчатой ​​передачи, установленную на ступице, которая приводит в движение передний вентилятор на более низких оборотах, что позволяет снизить расход топлива на 16% и значительно снизить уровень шума двигателя. Позже технология редукторного вентилятора может быть применена к двигателям большей тяги для более крупных самолетов.

Хотя военные реактивные двигатели представляют меньший сегмент рынка газовых турбин, разработанные там технологии исторически приносили выгоду коммерческой авиации. Яркий тому пример — новый американский двигатель F135 Joint Strike Fighter с тягой 40000 фунтов.На нем установлены три варианта самолетов: истребитель ВВС, который взлетает обычным способом, авиалайнер ВМС США и самолет с коротким взлетом / вертикальной посадкой для морской пехоты.

Температура в двигателе Joint Strike Fighter составляет 3600 градусов по Фаренгейту (1982 градусов по Цельсию). Каким образом профили турбины из кобальт-никелевого сплава выдерживают такие рабочие условия? Лопатки и лопасти охлаждаются примерно до восьми десятых до девяти десятых температуры плавления их сплава (от 2200 до 2600 градусов по Фаренгейту).Каждый аэродинамический профиль высокотемпературной турбины сформирован из сложной отливки для размещения сложных внутренних каналов и рисунков отверстий на поверхности, необходимых для направления и направления охлаждающего воздуха (отбираемого из компрессора) внутри и над ее внешними поверхностями. Ошибка в расположении отверстия или в соотношении давлений охлаждающего воздуха может привести к вдыханию газового тракта аэродинамического профиля, а не к охлаждающему выдоху, что при таких высоких температурах будет иметь катастрофические последствия. Конструкция охлаждения основана на 30-летних исследованиях и однозначно продвигает вперед самые современные характеристики и долговечность турбин.

За последние 30 лет достижения в области неавиационных технологий почти удвоили тепловой КПД новых газотурбинных электростанций. В 2011 году мировой рынок неавиационных газовых турбин составил 16 миллиардов долларов, большая часть из которых пришлась на новые электрические установки. Современные газотурбинные электростанции с комбинированным циклом вырабатывают электроэнергию на уровне до половины гигаватта с тепловым КПД, который сейчас превышает 60-процентную отметку — почти вдвое больше, чем я узнал, когда был студентом-механиком.

Газотурбинная электростанция с комбинированным циклом использует газовую турбину (обычно работающую на природном газе) для привода электрического генератора. Горячий выхлоп затем используется для производства пара в теплообменнике (называемом парогенератор с рекуперацией тепла) для питания паровой турбины, полезная работа которой обеспечивает средства для выработки большего количества электроэнергии. (Если вместо этого для обогрева зданий используется пар, агрегат будет называться когенерационная установка. ) Хорошее значение КПД для современных газовых турбин составляет 40 процентов, в то время как паровая турбина в типичных условиях комбинированного цикла составляет около 30 процентов.Согласно первому закону термодинамики и определению термического КПД, общий КПД этих двух устройств составляет около 58 процентов, что выше, чем у любого из отдельных устройств по отдельности.

Сердцем электростанции с комбинированным циклом (или, точнее, комбинированной электростанции, поскольку термодинамические циклы не объединены) является газовая турбина с температурой выхлопных газов, обычно около 1000 градусов по Фаренгейту (или 538 градусов по Цельсию), достаточно для производства пара для питания паровой турбины.Газовая турбина Siemens мощностью 375 мегаватт, показанная на третьем рисунке, является центром новой 578 мегаваттной газотурбинной установки с комбинированным циклом в Иршинге, Германия. 19 мая 2011 года компания Siemens объявила о достижении теплового КПД 60,75%, что, вероятно, делает его самым эффективным тепловым двигателем из когда-либо эксплуатируемых.

«Я продаю здесь, сэр, то, что желает весь мир — СИЛУ». Это были слова раннего британского промышленника Мэтью Бултона Джеймсу Босвеллу, процитированные в книге Босвелла 1791 года. Жизнь Сэмюэля Джонсона .Бултон и его партнер, шотландский инженер Джеймс Ватт, создали первые паровые машины. Их фирма давно прекратила существование, но потребность мира во власти многократно возросла с тех пор, как Боултон встретил Босуэлла.

Такая растущая потребность в энергии удовлетворяется за счет газовых турбин как в летных двигателях, так и в производстве электроэнергии. Можно с уверенностью прогнозировать, что роль газовой турбины в качестве основного двигателя возрастет, поскольку инженеры продолжают улучшать ее характеристики и находить новые применения.

• Бати, В. В. 1996. Основы газовых турбин , 2-е издание. Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья.
• Коннер, М. 2001. Ханс фон Охайн: Элегантность в рейсе . Рестон, Вирджиния: Американский институт аэронавтики и астронавтики.
• Голли Дж. 1987. Уиттл: правдивая история . Вашингтон, округ Колумбия: Пресса Смитсоновского института.
• • Хорлок, Дж. Х. 1992. Комбинированные электрические станции .Оксфорд, Англия: Pergamon Press.
  • Лэнгстон, Л. С. 2013. Не такие простые машины. Журнал «Машиностроение» Январь: 46–51.
  • Лэнгстон, Л. С. 2012. Преодолевая барьер. Журнал «Машиностроение» Май: 33–37.
  • Лэнгстон, Л. С. 2008. Галька, создающая волны. Журнал «Машиностроение» Февраль: 34–38.
  • Лэнгстон, Л. С. 2007. По Фаренгейту 3600. Журнал «Машиностроение» Апрель: 34–37.
  • Лэнгстон, Л. С. 2004. Турбины, газ. Энциклопедия энергетики, том 6 . Сан-Диего: Elsevier, стр. 221–230.
  • Тейлор, Э. С. 1970. Эволюция реактивного двигателя. Астронавтика и воздухоплавание 8: 64–72.
  • Ван дер Линден, Септимус. Первая в мире промышленная газовая турбина в Невшателе (1939 г.): международная историческая достопримечательность в области машиностроения, 2 сентября 1988 г. Нью-Йорк: Американское общество инженеров-механиков.http://files.asme.org/ASMEORG/Communities/History/Landmarks/5604.pdf

Турбинные газовые электростанции и газовые двигатели

Теряют ли газовые турбины свою долю рынка в пользу газовых двигателей? Этот вопрос, кажется, не сходит с уст игроков энергетической отрасли. Газовые турбины традиционно были единственной технологией, которую выбирали для крупных теплоэнергетических проектов. Если вы спросите любого отраслевого эксперта, ситуация может медленно, но заметно меняться из-за большей гибкости, которую демонстрируют двигатели.Поскольку традиция в электростанциях проверена, мы сравниваем два типа электростанций (газовая турбина и газовый двигатель ), показывая плюсы и минусы каждого из них.

Электростанция с газовым двигателем

Это относится к двигателю внутреннего сгорания, который использует топливо , такое как природный газ, доменный газ и генераторный газ. Это оборудование часто ассоциируется с доктором Отто, известным ученым, улучшившим оригинальную работу француза по имени Ленуар. Газовый двигатель основан на цикле Отто .В отличие от дизельного цикла, цикл Отто не подвергается так называемому самовоспламенению. Вместо этого свеча зажигания инициирует воспламенение топливовоздушной смеси.

Рис. 1: Газовый двигатель GE

Как и автомобильный двигатель, газовая силовая установка характеризуется четырехтактным циклом . Основное различие состоит в том, что в качестве топлива используется природный газ или другое топливо. Еще одно отличие состоит в том, что двигатель работает постоянно после того, как оператор установил требуемую мощность. Двигатель подключается к генератору для выработки электроэнергии.Подобно автомобильному двигателю, этот двигатель нагревается и выделяет отходящее тепло. К источникам тепла относятся:

• Выхлопные газы
• Производство газовой смеси
• Горячее смазочное масло

В настройках электростанции вы найдете несколько газовых двигателей, соединенных между собой в генераторные установки . Однако каждый двигатель подключается к своему валу, который соединяется с электрическим генератором. Установки доступны в стандартных типоразмерах до 20 МВт.Другие технологии могут столкнуться с более высокими затратами и проблемами, когда потребуется регулировать нагрузку в соответствии с фактическим спросом, но двигательные электростанции играют эту роль очень эффективно. Даже если на электростанции установлено более 20 таких двигателей, запуск и остановка их в течение нескольких минут в соответствии с потребностями не проблема. Модульность и высокая рентабельность делают газовые двигатели оптимальным решением для стабильного энергопотребления в любом месте. Вы легко можете установить небольшую или среднюю электростанцию ​​на крыше или в подвале.Вы даже можете поместить его в контейнер. Эти и другие характеристики кратко описаны ниже.

Турбинные газовые электростанции

Газовая турбина , мозг электростанции, представляет собой двигатель внутреннего сгорания , который преобразует жидкое топливо, особенно природный газ, в механическую энергию. Эта энергия приводит в действие генератор, который, в свою очередь, производит электричество.

Рис.1: Промышленная газовая турбина

Внутри газовой турбины находится топливно-воздушная смесь, нагретая до чрезвычайно высоких температур.Это приводит к быстрому вращению лопастей турбины. Рынок газовых турбин неуклонно растет, и ожидается, что эта тенденция сохранится и в 2020 году. Легко понять, почему это так, если вы посмотрите на преимущества, описанные ниже .

Для установки в зонах с высокой температурой окружающей среды часто пригодятся установки TIAC.

Газовая турбина или газовый двигатель?

Каждый девелопер энергетического проекта должен решать этот вопрос.Поршневые двигатели обычно являются технологией выбора для небольших проектов, но более крупные проекты подходят для газотурбинных электростанций . Проблема возникает, когда приходится выбирать между электростанциями. В ARANER мы можем помочь выбрать наиболее подходящее решение на основе конкретных атрибутов проекта. Вы всегда можете рассчитывать на нашу технологическую поддержку для газотурбинных электростанций, например, на решения для охлаждения воздуха на входе в турбину (TIAC).

Турбинный двигатель | RadMax Technologies

Турбинный двигатель

Двигатели внутреннего и внешнего сгорания — это два основных типа первичных двигателей, которые сжигают топливо для выработки энергии.Примерами двигателей внутреннего сгорания являются бензиновые двигатели с искровым зажиганием (цикл Отто) и двигатели с воспламенением от сжатия (дизельный цикл). Примерами двигателей внешнего сгорания являются паровой двигатель (цикл Ренкина), двигатель горячего воздуха (Стерлинг) и газотурбинный двигатель (цикл Брайтона).

Все эти циклы имеют особые рабочие и физические характеристики и различные экономические соображения, которые позволяют использовать их для конкретных приложений. В следующей таблице приводится сравнение этих факторов.

Сравнение типов двигателей

Тип двигателя	КПД	Выбросы	Стоимость	Масса
Искровое зажигание (Отто)	Плохо	Плохо	Хорошо	Хорошо
Компрессионное зажигание (Дизель)	Хорошо	Плохо	Ярмарка	Ярмарка
Steam (Ранкин)	Хорошо	Плохо — Хорошо	Плохо — Хорошо	Плохо
Горячий воздух (Стерлинг)	Хорошо	Плохо	Плохо	Плохо
Газовая турбина (Брайтон)	Плохо	Хорошо	Плохо	Хорошо

Длительный срок службы, низкое отношение мощности к массе, а также возрастающие экологические требования и нормативные требования заставляют по-новому взглянуть на жизнеспособность газотурбинных двигателей для более массовых применений.Оптимизированное сгорание газотурбинного двигателя производит меньше общих выбросов, чем двигатели внутреннего сгорания. Однако их более низкая операционная эффективность и более высокие операционные и капитальные затраты препятствуют их более широкому использованию.

Двигатель RadMax Turbine Engine призван улучшить эффективность существующих газовых турбин и снизить затраты за счет включения более высокого КПД и более дешевого компрессора прямого вытеснения и газового расширителя технологии RadMax.

Турбинный двигатель прямого вытеснения RadMax
Газотурбинный двигатель RadMax оснащен высокоэффективным компрессором прямого вытеснения RadMax и детандером газа, соединенным с внешней камерой сгорания и рекуператором (теплообменником выхлопных газов).Комбинация этих устройств обеспечивает значительно более высокую эффективность извлечения топлива и энергии по сравнению с обычными газотурбинными двигателями.

Получающаяся в результате более низкая температура выхлопных газов за счет использования более высокоэффективного компрессора и детандера также имеет преимущество в виде снижения выбросов по сравнению с обычными газотурбинными двигателями. Кроме того, объединение компрессора и детандера в одном устройстве, использование впускных и выпускных отверстий большой площади вместо клапанов и большой рабочий объем для каждого размера устройства — все это значительно снижает потери тепла.

Газотурбинный двигатель RadMax способен сжигать практически любой тип газообразного или жидкого топлива и характеризуется следующими характеристиками:

• Постоянно оптимизированное сгорание, приводящее к снижению выбросов, более высокому КПД двигателя и лучшей экономии топлива (расчетная эффективность торможения 50 +%)
• Более низкая скорость, чем у обычных газовых турбин с более высоким крутящим моментом
• Большой диапазон изменения
• Высокая удельная мощность
• Плавный ход
• Низкий уровень шума
• Снижение затрат на производство, эксплуатацию и обслуживание
• Легко масштабируется от 20 л.с. и выше

RadMax Turbine Engine, цикл

Благодаря своей многотопливной, высокой топливной эффективности, компактным размерам и возможности чистого сжигания газотурбинный двигатель RadMax хорошо подходит для производства электроэнергии и применения в гибридных транспортных средствах.

RadMax Turbine Engine Operation
В газотурбинном двигателе RadMax, когда лопатки компрессора и расширителя перемещаются в осевом направлении под действием торца ротора, давление в каждой камере изменяется при выдвижении или втягивании соседних лопаток. Во время вращения ротора концы лопаток движутся по траектории, которая приближается к синусоидальной волне. Этот путь имеет уникальную конструкцию, так что при каждом обороте ротора объемы камер попеременно расширяются и сжимаются. Процесс повторяется в каждой из секций турбины, в каждой камере и с каждой стороны ротора.Сжатый воздух из компрессорных секций направляется в камеру сгорания, а горячий газ под высоким давлением из камеры сгорания направляется на вход секций газового расширителя.

Ротор газотурбинного двигателя RadMax непрерывно вращается в одном направлении, а не резко меняет направление, как в поршневых двигателях с возвратно-поступательным движением. Поскольку верхняя и нижняя поверхности ротора смещены по фазе на 90 градусов, газотурбинный двигатель RadMax всегда сбалансирован и демонстрирует минимальную вибрацию.

Комбинированная конфигурация турбины RadMax
Конструкция турбины RadMax представляет собой комбинацию четырех отдельных секций, по две на каждом кулачке.Эта уникальная конструкция позволяет потенциально настраивать каждую из этих секций с различными степенями сжатия или расширения. Для определенных применений можно было бы сконфигурировать две или три секции как расширители и одну или две секции как компрессор, тем самым устраняя необходимость в отдельных кулачках компрессора и расширителя.

Это проиллюстрировано на рисунке, где зеленый центр представляет ротор в «развернутом» состоянии. Вертикальные желтые полосы — это скользящие лопатки, разделяющие каждую камеру, а черные синусоидальные кривые представляют поверхности кулачков.По мере вращения ротора сегменты, образованные ротором, кулачками и лопатками, увеличиваются или уменьшаются в объеме, таким образом, функционируя как турбины или компрессоры.

В этом примере три секции движка RadMax сконфигурированы как расширители.