Вопрос, конечно, интере-е-есный… — журнал «АБС-авто»
Турбокомпрессор – агрегат непростой, замысловатый. У людей, не знакомых с турботехникой, но любопытных, он и все, что с ним связано, вызывает массу вопросов. И сами вопросы, и ответы на них бывают весьма интересные.
Вот такой вопрос: Турбину иногда называют как-то чудно – тур-бо-ком-прес-сор. Почему так? Вопрос, конечно, интере-е-есный…
Корректный ответ на этот вопрос на первый взгляд может показаться абсурдным. И все же: агрегат, который в просторечии принято называть турбиной, – вовсе не турбина. По сути, это – компрессор, т.е. устройство, предназначенное для нагнетания воздуха под давлением.
Строгое техническое наименование этого агрегата – турбокомпрессор (англоязычный вариант – turbocharger, что можно перевести как турбонагнетатель).
«Турбокомпрессор» – сложносоставное слово, главная часть которого, в соответствии с правилами русского языка, именно «компрессор».
А приставка «турбо» – всего лишь указание на некоторую особенность основной части. Возвращаясь от лингвистики к технике: в данном случае приставка «турбо» означает, что компрессор приводится в действие турбиной. Вот такая у него, компрессора, особенность. Действительно, как и сам термин, турбокомпрессор – агрегат «сложносоставной». Он состоит из компрессора и турбины, соединенных общим валом. Вал вращается в подшипниках, размещенных в центральном корпусе турбокомпрессора.
Компрессор выполняет основную функцию, возложенную на турбоагрегат. Он нагнетает в двигатель воздух под избыточным давлением, что увеличивает массу поступающего в двигатель окислителя при «прочих равных»: рабочем объеме, диапазоне частот вращения и т. д. Необходимую для этого энергию вырабатывает турбина.
Говоря образно, турбокомпрессор – это сказочное существо «тяни-толкай». Турбина – «тяни», компрессор – «толкай». Турбина – горячая часть, компрессор – холодная. Турбина – центростремительная, компрессор – центробежный. В этом они противоположны. А объединяет их (помимо общего вала) принадлежность к одному виду – лопаточным машинам.
Поэтому расхожая фраза «турбина не дует», которую частенько приходится слышать от расстроенного автовладельца или технически не подкованного сервисмена, имеет хоть какой-то смысл только на сленге, когда словом «турбина» называют весь турбоагрегат. То же словосочетание в техническом контексте бессмысленно. Турбина, являющаяся не более чем приводом компрессора, «дуть» и не должна. Ее миссия – «крутить», в свою очередь, раскручиваясь отработавшими газами.
«Турботехнической правды» ради также стоит уточнить, что турбированные двигатели оснащаются не турбинами (и даже не турбокомпрессорами), а системами турбонаддува.
В состав системы вместе с одним и даже несколькими турбокомпрессорами входят соединительные магистрали, патрубки и «шланчики», а также датчики и устройства регулирования.
Вот теперь, продемонстрировав свою техническую грамотность, можно со спокойной совестью вернуться на общепринятый «язык масс».
У меня вопрос: сколько стоит турбина для …? Сколько-сколько? А чего так дорого?
Вопрос, конечно, интере-е-есный…
Его, как правило, задают потенциальные покупатели, которые находятся на начальной стадии процесса поиска жизненно необходимой запчасти. Им приходится растолковывать следующее.
Турбина BorgWarner с технологией VTG и электронным актюатором для 3-литровых турбодизелей VAG. Она просто обязана быть недешевойТурбопроизводство – это суперсовременные методы изготовления и контроляРозничная цена импортных турбокомпрессоров на независимом (от официальных автодилеров) рынке автозапчастей формируется так же, как и других автомобильных агрегатов зарубежного производства.
Отправная точка – отпускная цена завода-изготовителя. По пути от заводского склада (чаще – европейского) до магазина она увеличивается на величину таможенной пошлины, стоимость логистики, наценку оптового поставщика и розничного продавца. Конкуренция на независимом «турбомаркете» ограничивает аппетит оптовиков и ритейлеров, так что отпускная цена турбины в итоге возрастает в среднем на 30–40%. Кстати, не так плохо для конечного потребителя – в европейских магазинах те же турбины стоят намного дороже, хотя их не везут за тридевять земель и не растаможивают. Так почему все равно дорого?
Причина – высокая отпускная цена завода-изготовителя, обусловленная следующими, небезосновательными соображениями. Современный турбокомпрессор – высокотехнологичное изделие. В его производстве применяются уникальные дорогостоящие материалы и технологические процессы: жаропрочные высоколегированные сплавы, металлокерамика, высокоточное литье, прецизионная механическая обработка, сварка трением и электронным лучом, многостадийная балансировка деталей, автоматизированная сборка, калибровка и т.
д. Современный турбокомпрессор – продукт инновационный. Сумасшедшие темпы развития турботехнологий были бы невозможны без колоссальных вложений в НИОКР и производство. Мировые лидеры турбостроения ежегодно открывают новые заводы и исследовательские центры. По законам бизнеса, вложения должны быть, безусловно, возвращены. Это также учитывается заводом при расчете отпускной цены изделия. Она составляет подавляющую часть (до 70%) стоимости турбины, оплачиваемой российским покупателем.
Стоимость конкретной модели турбины зависит от многих факторов: конструктивной сложности и степени новизны изделия, его востребованности на рынке, класса автомобиля, для которого она предназначена, а также статуса дистрибьютора и объема закупки.
Так, новые турбины с изменяемой геометрией и электронным управлением дороже. Те, что конструктивно проще, например, турбины с байпасным регулированием – дешевле. Это правило нарушается, если мотор давно снят с производства, спрос на турбину на афтемаркете невелик, а потому она выпускается редко и малыми партиями.
При небольших объемах производства, тем не менее, сопряженных с ремонтом технологической оснастки и переналадкой сборочных линий, стоимость устаревших изделий может оказаться сравнимой с ценой новых турбин и даже превысить их. Так что покупка нового заводского турбоагрегата для 15–20-летней машины, как правило, оказывается экономически нецелесообразной. В таких случаях выгоднее поискать восстановленную турбину или отремонтировать неисправную.
Розничные цены на новые оригинальные турбины на афтемаркете следуют тем же закономерностям, что и заводские. Они незначительно, в пределах нескольких процентов, колеблются от продавца к продавцу. Если же кто-то предлагает «новую» турбину по «спеццене», на десятки процентов дешевле среднерыночной, – значит, продавец торгует себе в убыток. Такое бывает?
Подскажите, сколько стоит турбина для …? Сколько-сколько? А чего так дешево?
Если с этого «гарретта» срезать заводскую бирку, откроется маркировка, указывающая, что это оригинальная деталь двигателя Mercedes OM642Вопрос, конечно, интере-е-есный…
Такой вопрос задают покупатели, которые уже прочесали изрядную долю рынка запчастей и убедились, что турбокомпрессор – дорогой агрегат.
«Дорогой», так же как и «дешевый», – понятие относительное. Относительно чего турбина на афтемаркете кажется подозрительно дешевой? Выясняется, что она такова в сравнении с «оригинальным» агрегатом, который предлагают официальные дилеры автопроизводителей через свои торговые и сервисные подразделения. Действительно, стоимость турбины на независимом рынке и у «зависимых» официалов отличается … в разы! У покупателя, морально не готового к такой ситуации, закономерно возникает вопрос, обозначенный выше. «Это что, не оригинал? Китай?», – переживает он, настроенный заверениями автодилера, что единственно возможный, «самый оригинальный оригинал» можно купить только у него. Так ли это?
Хороший повод для того, чтобы напомнить, как устроено мировое турбопроизводство. Начнем с главного: никаких оригинальных «мерседесовских», «фольксвагеновских», «фордовских» и прочих «…ских» турбин в природе не существует. Только два автоконцерна имеют в своем составе специализированные предприятия по производству турбокомпрессоров.
Это японские Toyota и Mitsubishi. Но даже они не все моторы оснащают «своими» турбинами, иногда в силу разных причин отдавая предпочтение продукции сторонних производителей. Все остальные автозаводы без вариантов получают на сборочные конвейеры турбины от мировых «грандов» турбостроения. Кто они, эти неизвестные рядовому потребителю производители турбокомпрессоров?
Это два транснациональных гиганта турбоотрасли (и два давнишних конкурента): Honeywell Turbo Technologies (HTT), выпускающий турбины под торговой маркой Garrett, и BorgWarner Turbo Systems (BWTS) с легковой линейкой KKK (3К) и грузовыми турбинами Schwitzer. Это два японских предприятия: Mitsubishi Heavy Industries (MHI) с европейским отделением Mitsubishi Equipment Europe (MEE) и подразделение японского аэрокосмического концерна Ishikawajima Heavy Industries (IHI), маркирующие свою продукцию MHI и IHI соответственно.
Наконец, это производитель турбокомпрессоров марки Holset для коммерческой автотехники, недавно ставший частью известного разработчика дизелей Cummins и получивший новое название Cummins Turbo Technologies (CTT). Пожалуй, это все, кто удовлетворяют потребности автозаводов в турбокомпрессорах.
Выиграв тендер на разработку и поставку турбины автозаводу X для двигателя Y, один из перечисленных выше производителей получает приз – возможность плановой поставки большого количества продукции на первый монтаж, т.е. на конвейер и для нужд официального послепродажного сервиса. В течение 2–3 лет (в зависимости от договоренности) с начала выпуска мотора автозавод получает «эксклюзив» на новую турбину. В это время ее можно найти только у автодилеров. По прошествии этого срока производитель турбины получает право самостоятельно продавать новое изделие на независимом афтемаркете через свою дистрибьюторскую сеть.
Продукция, которую турбопроизводители поставляют на рынок запчастей, – это такие же турбины, что отгружаются автозаводам.
Они выходят с тех же производственных линий, одних и тех же предприятий. В то же время у них есть отличия в маркировке и упаковке. На независимый турбомаркет агрегаты поступают в упаковке завода-изготовителя и под заводскими номерами. Использовать фирменные эмблемы и ОЕ номера деталей по своему усмотрению производители турбин обычно не имеют права – это собственность автозаводов. Поэтому зачастую с турбин, предназначенных для афтемаркета, эти «запретные знаки» удаляют (довольно грубо, абразивной обработкой) или маскируют – наклеивают новую бирку поверх оригинальной гравировки. Обычно это и вызывает сомнения у покупателя: турбина-то внешне абсолютно идентична той, что стояла на двигателе… А где же мерседесовская звезда? А почему на шильдике нет номера А6420905980?
Выходит, одни и те же агрегаты доходят до конечного покупателя двумя маршрутами: через многоуровневую официальную дилерскую сеть производителя автомобиля и напрямую, от завода-изготовителя. Почему коробка с эмблемой автозавода и ОЕ-номер на бирке увеличивают цену турбины в два-три раза – судить не нам.
Но если покупатель готов платить за них – это его право. Надо отдать должное коммерческой хватке автодилеров: попробуйте-ка продать вещь втридорога, когда она же за углом продается в разы дешевле! И ведь продают! Часть клиентов просто не осведомлена о существовании независимого турборынка, кого-то убеждают авторитетными рассуждениями про «оригинальный оригинал», а к несговорчивым, купившим турбину «на стороне», нередко применяют особые методы убеждения. Будет повод – расскажем и про них.
Завершим тем, с чего начали: оригинальных «мерседесовских», «фольксвагеновских», «фордовских» и прочих «…ских» турбин в природе не существует. Есть только оригинальные «гарреты», «ка-ка-ка-шки», «швицеры», «эм-эйч-ай»… Ничего необычного: точно так же нет, например, генераторов BMW или оптики Opel, но есть генераторы Bosch и фары Hella.
И никому не придет в голову подозревать в неоригинальности автоматы ZF. Даже если на алюминиевой улитке турбокомпрессора красуется отлитая эмблема Ford, это всего лишь значит, что этот уважаемый автопроизводитель заказал у концерна Honeywell турбину Garrett с таким декором.
Вот такой вопрос: первая турбина на моем автомобиле прошла XXL километров. После замены вторая пробежала всего X километров. В чем причина? Турбина «не алё»?
Вопрос, конечно, интере-е-есный…
Ответ на него можно начать вот с чего. Если после сервисной замены турбина продержалась на двигателе Х километров, считайте, что вам повезло. Нередко случается, что после замены турбины машина не успевает съехать с подъемника, как турбину вновь нужно менять. Такие случаи порождают у сервисников и их клиентов предубеждение в низком качестве купленной ими запчасти. Возникают слухи о каких-то особо оригинальных турбинах, которые по ресурсу значительно превосходят агрегаты, продающиеся на афтемаркете. Такую поставил – и гоняй-не грусти следующие XXL километров! На деле проблема чаще всего не в турбине.
Сами производители турбин о ресурсе своей продукции говорят так. Срок службы турбокомпрессора сравним с ресурсом двигателя… И далее – важное уточнение: …если параметры систем двигателя соответствуют заводским спецификациям! Трудно не согласиться с этим, если вспомнить, что турбокомпрессор – единственный агрегат двигателя, который тесно взаимодействует практически со всеми системами двигателя: впуска, смазки, охлаждения, дозирования топлива, вентиляции картера, рециркуляции и выпуска отработавших газов. К тому же это наиболее высоконагруженный агрегат двигателя, он работает на режимах, близких к предельно допустимым. Поэтому любой незначительный сбой в работе систем двигателя как минимум сокращает его ресурс, а существенное отклонение параметров может и вовсе привести к быстрому аварийному отказу. Недаром турбокомпрессор называют индикатором состояния двигателя.
Если в моторе что-то не в порядке – турбина первой «просигналит» об этом.
Что происходит с системами двигателя по мере его эксплуатации – вопрос риторический. Конечно, они деградируют, их работоспособность объективно ухудшается, что однозначно отражается на ресурсе турбокомпрессора. Износился масляный насос – сократилась подача масла к турбине – узел подшипников время от времени работает в режиме полусухого трения. Разладилась система топливоподачи – увеличилась температура отработавших газов – детали турбины испытывают термическую перегрузку. Снизилась пропускная способность катализатора или сажевого фильтра – возросло давление в турбине – ротор подвергается чрезмерной осевой нагрузке. В любом из этих (и десятках аналогичных) случаев ни одна турбина не протянет заветные XXL километров. Именно поэтому процедура замены турбины предусматривает диагностику систем двигателя. Не проверив их и не устранив хотя бы наиболее критические неисправности, нечего и думать о продолжительном ресурсе турбины.
Вопрос о причине отказа предыдущей турбины практически у каждого покупателя вызывает неподдельное удивление: «Какая причина? Время ее пришло!». Полная фигня! Турбина – не расходная деталь, ее сервисная замена планами ТО автомобиля не предусмотрена. Значит, отказ турбины – это не норма, а отклонение от нее, авария, спровоцированная какой-то причиной или причинами. В двигателе что-то разладилось настолько, что и без того тяжкая жизнь турбины стала просто невыносимой. Понятно, что бездумная замена неисправной турбины на новую – устранение следствия, что не решает саму проблему. Поэтому рекомендации по замене агрегата у каждого турбопроизводителя начинаются с одной и той же фразы: «Прежде чем менять вышедшую из строя турбину, нужно обязательно выяснить и устранить причину ее поломки. Иначе новую турбину вскоре постигнет та же участь».
Попробуйте с этим поспорить!
Продолжение следует…
Уникальную информацию по устройству, эксплуатации и ремонту систем турбонаддува смотрите на сайте turbomaster. ru
- Сергей Самохин
двигательтурбинатурбокомпрессор
Горячая часть турбины
Главная » Разное » Горячая часть турбины
Кое что о турбинах — DRIVE2
PRO ТУРБИНУ…
Турбина — устройство в автомобиле, которое направлено на увеличение давления во впускном коллекторе автомобиля для того, чтобы обеспечить большее поступление воздуха, а значит и кислорода, в камеру сгорания.Главное назначение турбины – с ее помощью можно значительно увеличить мощность автомобиля. При увеличении давления во впускном коллекторе на 1 атмосферу в камеру сгорания попадет в два раза больше кислорода, а значит от небольшого турбового двигателя можно ожидать мощности как от атмосферника с объемом в два раза больше — грубая теоретическая арифметика не лишенная смысла…
Принцип работы турбокомпрессораПринцип работы турбины несложен: горячие выхлопные газы через выпускной коллектор поступают в горячую часть турбины, проходят через крыльчатку горячей части приводя ее и вал на который она крепится в движение. На этом же вале закреплена крыльчатка самого компрессора в холодной части турбины, эта крыльчатка при вращении создает давление во впускном тракте и впускном коллекторе, что обеспечивает большее поступление воздуха в камеру сгорания.
Устройство турбиныТурбина состоит из двух улиток — улитки компрессора, через которую всасывается воздух и нагнетается во впускной коллектор, и улитки горячей части, через которую проходят выхлопные газы вращая колесо турбины и выходят в выхлопной тракт. Из крыльчатки компрессора и крыльчатки горячей части. Из шарикоподшипникового картриджа. Из корпуса, который соединяет обе улитки, держит подшипники, так же в корпусе находится охлаждающий контур.В процессе работы турбина подвергается очень большим термодинамическим нагрузкам. В горячую часть турбины попадают выхлопные газы очень большой температуры 800-9000 °С, поэтому корпус турбины изготавливают из чугуна особого состава и особого способа отливки.
Частота вращения вала турбины достигает 200 000 об/мин и более, поэтому изготовление деталей требует большой точности, подгонки и балансировки. Помимо этого в турбине высокие требования к используемым смазочным материалам. В некоторых турбинах система смазки служит так е системой охлаждения подшипниковой части турбины.
Система охлаждения турбинСистема охлаждения турбин двигателя служит для улучшения теплоотдачи частей и механизмов турбокомпрессора.
Существует два самых распространенных способа охлаждения деталей турбокомпрессора — охлаждение маслом, которое используется для смазки подшипников и комплексное охлаждение маслом и антифризом из общей системы охлаждения автомобилем.
Оба способа имеют ряд преимуществ и недостатков.Охлаждение маслом.
Преимущества:
Более простая конструкцияМеньшая стоимость изготовления самой турбины
Недостатки:
Меньшая эффективность охлаждения по сравнению с комплексной системойБолее требовательна к качеству масла и к его более частой сменеБолее требовательна к контролю за температурным режимом масла
Изначально, большинство серийных двигателей с турбонаддувом оснащались тубинами с масляным охлаждением. При прохождении через шарикоподшипниковую часть масло сильно нагревалось. Тогда, когда температура выходила за пределы нормального рабочего температурного диапазона, масло начинало закипать, коксоваться забивая каналы и ограничивая доступ смазки и охлаждения к подшипникам. Это приводило к быстрому износу, заклиниванию и дорогостоящему ремонту. Причин у неполадки могло быть несколько — некачественной масло или не рекомендованное для данного типа двигателей, превышение рекомендованы сроков замены масла, неисправности в системе смазки двигателя и пр.
Комплексное охлаждение маслом и антифризомПреимущества:
Большая эффективность охлажденияНедостатки:
Более сложная конструкция самого турбокомпрессора, как следствие большая стоимостьПри охлаждении турбины маслом и антифризом повышается эффективность и такие проблемы, как закипание и коксование масла, практически не встречаются. Но данная систем охлаждения имеет более сложную конструкцию т.к. имеет раздельные масляный контур и контур охлаждающей жидкости. Масло как и прежде служит для смазки подшипников и для охлаждения, а антифриз, который используется из общей системы охлаждения двигателя, не дает перегреться и закипеть маслу. Как следствие увеличивается стоимость самой конструкции.
При работе турбины воздух под действием компрессора сжимается и, как следствие, очень сильно греется, что приводит к нежелательным последствиям т.к. чем выше температура воздуха, тем меньшее количество кислорода в нем содержится — тем меньше эффективность наддува. С этим явлением призван бороться интеркулер — промежуточный охладитель воздуха.
Нагрев воздуха не единственная проблема, с которой пытаются справиться конструкторы при проектировании турбодвигателя. Насущной проблемой является инерционность турбины (лаг турбины, турбояма) — задержка в реакции мотора на открытие дроссельной заслонки. Турбина выходит на пик своих возможностей при определенных оборотах двигателя, отсюда и появилось мнение, что турбина включается при определенных оборотах. Турбина в большинстве случаев, работает всегда, а значение оборотов при которых ее эффективность максимальная у каждого двигателя и у каждой турбины разные. В погоне за решением этой проблемы появились системы их двух турбин (твин-турбо, twin-turbo, би-турбо, biturbo), твин-скрол (twin-scroll) турбины, турбины с изменяемой геометрией сопла и изменяемым углом наклона крыльчатки (VGT), изменяются материалы частей чтобы повысить прочность и увеличить вес (керамические лопатки крыльчатки) и пр.
Twin-turbo (твин-турбо) — система при которой используются две одинаковые турбины. Задача данной системы повысить объем или давление поступающего воздуха. Используется когда необходима максимальная мощность на высоких оборотах, например в драг-рейсинге. Такая система реализована на легендарном японском автомобиле Nissan Skyline Gt-R сУтечка масла из турбокомпрессора: причины и способы устранени:
Масло под давлением через напорную магистраль подается в корпус турбокомпрессора. Проходя через подшипники с большой скоростью, масло смешивается с воздухом. На выходе из подшипников масло, смешанное с воздухом, представляет собой уже некую пену, которая под действием силы тяжести сначала стекает вниз корпуса турбокомпрессора, а затем по сливной магистрали в масляный поддон двигателя. Если на ее пути окажется какое-либо препятствие, то она начнет собираться в корпусе турбокомпрессора. Когда уровень масляной пены превысит уровень уплотнений, масло начнет поступать в корпусы турбинного и компрессорного колес через промежуток в уплотнительном кольце.
Уплотнения
Наиболее частой ошибкой в представлениях о турбокомпрессоре является представление о назначении уплотнений со сторон турбинного и компрессорного колес. Основным назначением этих уплотнений является предотвращение попадания газов под высоким давлением в корпус турбокомпрессора и далее в картер двигателя. Тот факт, что эти уплотнения не дают маслу попадать в корпуса турбинного и компрессорного колес, вторичен. Турбокомпрессора некоторых моделей производятся даже без уплотнения со стороны турбинного колеса. Почти во всех случаях утечка масла из турбокомпрессора не является следствием нарушения уплотнений, хотя существуют и исключения из этого правила.
Масло во впуске/выпуске компрессора
Причиной некоторых «утечек» является воздушный фильтр. В воздушном фильтре(мокрого типа) с уже загрязненным маслом или недостаточной емкости воздух, проходящий через него с большой скоростью, может захватывать капли масла и нести их в корпус компрессора. Такаю «утечку» можно наблюдать только на выходе из компрессора, а чтобы ее устранить необходимо заменить либо масло в фильтре, либо заменить фильтр на другой.
Масло на выходе из компрессора
Воздушный фильтр сухого типа после продолжительной работы забивается частицами пыли, его сопротивление увеличивается и следовательно увеличивается падение давления на нем. Появляется небольшой вакуум на входе в компрессор. Этот вакуум никак не влияет на утечку масла, если двигатель работает при средних или больших нагрузках, потому что за компрессорным колесом существует избыточное давление. При работе двигателя на холостых оборотах или при малых нагрузках вакуум образуется не только на входе в компрессор, но на выходе из него. Если такое состояния продлится некоторое время, то масло начнет высасываться из корпуса турбокомпрессора и попадать во впускной коллектор двигателя. Решение такой проблемы довольно простое. Можно либо установить датчик между воздушным фильтром и турбокомпрессором, который будет показывать когда необходимо заменить фильтр, либо проводить замену фильтра в соответствии с требованиями производителя авто.
Масло на выходе из турбины
Обычно утечка масла на выходе из турбины свидетельствует о проблемах в дренажной системе. Что-то заставляет подниматься масляную пену выше уровня уплотнений. Необходимо убедиться в том, что сливная гидролиния находится в вертикальном положении(максимально допускается 35градусное отклонение от вертикального положения), и что она не имеет загибов, в которых может собираться масло. Также необходимо убедиться в том, что сливная гидролиния присоединяется к двигателю в таком месте, которое не создает дополнительного сопротивления течению масла и находится выше уровня масла в картере.
Необходимые действия:1 Промывка интеркуллера2 Выбивание катализатора3 Снятие поддона и масляного насоса и их очистка4 Новое масло и фильтр5 Новый воздушны фильтр6 Очистка егр и коллекторов7 Очистка трубок подачи и слива масла.
8 Правильный техпроцесс установки турбины
Новая горячая часть турбины! Машина ожила! — бортжурнал Audi A3 drop dope Turbo 2000 года на DRIVE2
Ребята, поменял горячку! Ощущения превзошли все ожидания! Машина просто летит, звук выхлопа стал мягким и нереально приятным! Тяга стала равномерной и гораздо более сильной!
Ну а теперь немного фото старой горячки, слабонервным не смотреть…а ведь я наивно думал, что там всего одна трещина. насчитал в итоге только видимых 12 трещин.
вокруг калитки сплошная трещина
Вот виновница из-за которой появился рев выхлопа и вонь в салоне
а оказалось таких трещин на этом фланце целых 3!
все трещины сквозные
ну и самая лютая
В общем назрел вопрос! что я делаю не так?! Как сберечь новую горячку от такого ужаса максимально долго?1)Погонял — остуди(2-5 мин)2)Не гонял — все равно студи на турботаймере 2 мин3)Только хорошее масло и не реже, чем в 7-8т. км
4) ?..
Хочу выслушать ваши советы как избежать таких трещин? Может выхлоп своим весом рвет улитку? что еще?
Портинг турбины Garrett 2871R — бортжурнал Honda Integra AWD D16 TURBO 450+ JTlab 1991 года на DRIVE2
Возможно это странно звучит, хотя наверное нет. Портинг турбины — ересь? Все случилось спонтанно, надо было собирать машину, под нее лежал новый Garrett 2871R и ничего не предвещало беды. Но я решил приложить прокладку входа горячей части турбины к коллектору, там все было хорошо, прокладка точно соответствовала фланцу, т.к. он был изготовлен по чертежу Garrett, а потом я приложил ту же прокладку к самой турбины. Стало ясно, что вход горячей части меньше на 4мм по периметру, соответственно газы выходящие из коллектора будут упирать в этот огромный барьер и пытаться найти выход. Подробный анализ входа горячей части показал, что усугубляют картину отливки усиливающие фланек горячки и делают канал еще меньше. В голове возник только один вопрос, нафига морочиться с портингом ГБЦ, сваркой коллектора, сопряжением и подгонкой всех деталей, если главный узел, ради которого все писалось, является затыком всей системы. Посмотрел сколько стоит горячая часть и решил пилить.Фотографий исходного положения дел нет, не до этого было :), выкладываю то что нашел в гугле.
На этом, чужом фото, видна отливка внутри горячей части турбины, которая уменьшает и без того маленькое входное отверстие. У меня таких было 4шт. в каждом из углов.
Фото процесса портинга нет смысла выкладывать, поэтому выкладываю результат. Вход горячей части был увеличен, конусность входа сохранена, убраны ступеньки, после чего максимально возможный участок турбины был отшлифован, не до зеркала, но достаточно гладко для выпускной системы.
Для сравнения — две турбины GT2871, отличие только во фланцах холодной части. Горячки одинаковые, даже на фото видна огромная разница портов.
Теперь фланец выпускного коллектора, прокладка и турбина одного размера и ни что не мешает им хорошо работать.
Ну раз пошла такая пьянка и поднялась рука на Garrett, было решено посмотреть и на холодную часть :))))В общем, вход в холодную часть был диаметром 50мм, фланец Kinugawa купленный под турбину был такой же, а мы планировали делать впускной тракт на 76 трубе, как зайти 76й трубой в турбину, вход которой диаметром 50мм ? Правильно — нужно сделать переход с большего диаметра в меньший.
Чужое фото, стоковой холодной части GT2871
А мы делаем конус на впуске 63-50мм. Сначала грубо задаем геометрию впуска, затем шлифуем и полируем поверхность турбины.
Шероховатость внутренней поверхности выхода холодной части не позволила закрыть глаза на это.Максимально возможную часть улитки тоже шлифуем, но очень аккуратно, чтобы не убить A/R.
Финальные фото собранной турбины.
Не могу советовать никому делать с турбиной подобное, т.к. это высокотехнологичный продукт, требующий огромных знаний в газодинамике и геометрии турбонагнетателей, вмешиваться в этот точный механизм нельзя, т.к. его можно испортить или резко снизить его производительность.Уже потом в поисках чужих фото стоковых турбин, нашел фото турбины подготовленной ATP Turbo и холодную часть для 2871 они сделали такой.
Результаты пробных поездок показали, что турбина раздувается рано, ощутимый приход на ненастроенной машине при давлении до 0.4 бар есть уже с 3000 об/мин, будем считать, что эксперимент удался, пока удался.
«Питер — АТ»
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453
Горячая часть турбины к03
Решил снять турбину на своей Audi A4. Пропала тяга на горячую совсем, на холодную присутствовал. Первое что решил сделать это поменять N75 клапан, который дал только лишь потерю тяги что на горячую что на холодную.
После этого решил помыть кульки, с левого кулька(дальний от Турбины) слил масло грамм так 150, скорее всего за 200.000 пробега его никто не мыл и не менял. К сожалению это тоже ничего не дало. Одновременно с этим решил заменить КВКГ который тоже никак не повлиял на это.
Принял решение снять турбину. Для этого снял систему воздушного фильтра слева смотря на капот, после этого начались танцы с бубном. А именно откручивание коллектора, который находится на рельсах. В ходе снятие заметил, что ни одна шпилька на коллекторе не была затянута. Отсоединил турбину от впуска (на внутреннем датчике, который находится снизу Турбины не Торекс а шестигранник, имейте ввиду) и уже заметил что клапан Вистгейт не рабочий, так как калитка имела колоссальный люфт и имеется пару трещин. Отвёз ребятам на Каширку, они отпескоструили её, перевтулили калитку и вакумник вистгейст и заварили чугун. За работу отдал 13500, тяга теперь присутствует всегда ну и расход естественно 17 литров 🙂
Корпус турбины (корпус горячей части) – деталь турбокомпрессора, формирующая оптимальный поток отработавших газов и направляющая его на колесо турбины. При работе турбокомпрессора корпус турбины подвергается наибольшим тепловым нагрузкам, поскольку непосредственно омывается горячими отработавшими газами двигателя. Работа в условиях термического стресса часто приводит к повреждениям корпуса турбины и в итоге – к ухудшению или полной потере работоспособности турбокомпрессора. Эксплуатационные дефекты корпуса чаще встречаются у турбин бензиновых двигателей, у которых температура отработавших газов достигает 1000 градусов. Обычно они проявляются в виде трещин (иногда — сквозных) в наиболее термически нагруженных зонах детали. Часто повреждается механизм привода тарелки байпасного клапана, что приводит к критическому увеличению люфтов тарелки или ее заклиниванию. Такие повреждения не поддаются ремонту, а устраняются только заменой корпуса на новый.
Если вы хотите купить корпус турбины в Москве, это можно сделать в магазине ТурбоМастер. В ассортименте магазина представлены корпуса турбин оригинального качества, наиболее востребованные при ремонте турбокомпрессоров. Иногородние покупатели могут купить корпус турбины с доставкой по России транспортными компаниями.
Турбина Опель Астра Джей Opel Astra J Mokka 1.
4 TТурбина Опель Астра Джей Opel Astra J Mokka 1.4 T
Полный ассортимент нашей продукции смотрите по ссылке правее ==>> ==>>==>> ==>>==>> ==>>==>> ==>>==>> ==>>==>> ==>>==>> ==>>
Купить комплектом В СБОРЕ: турбонаддув улитка улитка гарретт гарет горячая холодная часть выпускной коллектор датчик
Турбокомпрессор в сборе с выпускным коллектором OPEL / Chevrolet 1.4 Ecotec 140PS
1.4T 1.4 T 1.4Т 1.4 Т / 1.4 турбо бензин
A14NET / A14NEL / A 14 NET / A 14 NEL
Модель ТРК: Garrett gt1446
Нагнетатель Турбина для применяемость :
Шевролет Шевроле Круз / Chevrolet Chevrole Cruze
Шевроле Шевролет Орландо / Chevrolet Chevrole Orlando
Шевроле Шевролет Тракс Трах / Chevrolet Chevrole Trax
Опель Астра-J Астра Джей Джэй / Opel Astra-J Astra J
Опель Инсигния Инсигниа / Opel INSIGNIA
Опель Мокка Мока / Opel Mokka Moka
Опель Мерива-В Мерива В Мерива-Б Б / Opel MERIVA-B MERIVA B
Опель Зафира-С Зафира С Ц / Opel Zafira-C Zafira C
22000 — полностью восстановленная ( состояние оригинальной новой ) на собственном заводе (гарантия качества. ), цена с возвратом вашей сломанной турбины.
Оригинальные номера : GM 0860553 / 55565353 / 0860156 / 95516203 / 7815045004S / 7815040004 / 7815040006 / 7868255001S / 7815040001 / 7815045005S / 7815045006S / 7815045007S / 7815040006 / 781504-0002, 781504-0004, 781504-0005, 55565353, 781504-0006, 781504-0007, 40-30485 SG, 781504-1, 14030485-101, 14030485-102, 14030485-103, 14030485-104, 14030485-105, 14030485-106, 7815040001, 7815040002, 7815040004, 7815040005, 7815040006, 7815040007, 7815041, 7815042, 781504-2, 7815044 , 781504-4, 7815045, GT1446V, 781504-5, 7815046, 781504-6, 7815045001S, 860156, 7815045004, 781504-5004, 7815045004S, 781504-7, 7815045006, 781504-5006, 7815045006S, 7815047, 781504-5006S, 7815045007S, 781504-5007S, 781504-5013S, 847-1446, E-55565353, E55565353, 735317967561, MGT1446MZGL, MGT1446V, 77098-82100, GT1446SLM, 781504-5002S, 781504-5005S, 781504-0003, 781 504, 55565360, 55565358, 55565354, 55565359, 55565357, 55565356, 55565355, E55565360, E55565358, E55565354, E55565359, E55565357, E55565356, E55565355, 781504-500, GT1446V-781504, 781504-0008, 55574901, 781504-5011S, GT1852V, AT5265E, 0860156, T915265, 128989, 781504-0011, 25198550, 25201063, 781504-5007W, 95524281, 860553, 00860156, 95516203, 781504-9001S, 781504-9004S, 781504-9008S, 7815045005S, 00860553, 781504-5014S, 7815045014S, 0860553, 25198546, 7815045011S, 7815040014, 7815040011, 781504-0014, 781504-0011, 336155
ProЖелезо.
Прокачать турбину — сложно и дорого?Турбина — пожалуй, самый интересный агрегат для автолюбителей. Ассоциативно «турбо» воспринимается как «скорость». Но только ли большим количеством воздуха можно получить всеми желанное ускорение? Вместе со специалистами SMTurbo разбираемся в доработках турбин, поближе рассмотрим турбокомпрессоры на «шариках» и узнаем, какие улучшения необходимы автомобилю, чтобы он быстрее поехал.
Чаще всего турбокомпрессор можно встретить на дизельных автомобилях. И если на заре появления компоненты устанавливались преимущественно на объёмные моторы, то сегодня даже бюджетные малолитражные авто оснащаются этими агрегатами. Кстати, «турбина» — слово не совсем верное, хоть и давно прижившееся среди автолюбителей. Правильнее использовать термин «турбокомпрессор», так как, по сути, этот исполнительный механизм делится на две части: компрессорную и турбинную.
Немного теории
Принцип действия довольно прост: отработанные газы поступают в турбинную часть (горячую улитку) и раскручивают рабочее колесо. Колёса турбинной и компрессорной частей находятся на одной оси и жёстко соединены валом, который вращается обычно на гидродинамических подшипниках. Таким образом поток выхлопных газов раскручивает оба колеса, благодаря чему холодная часть забирает большое количество воздуха, сжимает его и через интеркулер направляет к двигателю.
Далее по накатанной: образование топливовоздушной смеси и увеличение мощности на определённых оборотах. Не все турбины способны раскрутиться со старта, что логично, ведь чем больше поток выхлопных газов, тем быстрее раскручивается турбинное колесо. Отсутствие подрыва на низких оборотах называют турболагом, а для того, чтобы турбина крутилась во всём диапазоне работы двигателя, применяется система битурбо или механизм изменяемой геометрии потока выхлопных газов.
Тюнинг турбины
— Стоит начать с того, какие виды тюнинга турбокомпрессора вообще есть. Это Stage 1, 2, 3 и далее. Первый подразумевает изменение компрессорной части и увеличение рабочего колеса — так называемый гибрид. Остальные параметры турбины остаются неизменными. Второй Stage — это работы, которые можно проводить как с компрессорной, так и с турбинной частью. Например, раскрытие валов, облегчение, — объясняет специалист компании. — Третий Stage — полное изменение конструкции вплоть до перехода на «шарики» с гидродинамической втулки. А вообще, если говорить не конкретно о тюнинге турбины, а о доработке автомобиля в целом, там тоже есть свои «стэйджи».
— К примеру, всем известный Stage 1 — это программное увеличение мощности (чип-тюнинг). При таком варианте турбокомпрессор будет работать в определённом заводском диапазоне, можно лишь немного сместить рамки и увеличить давление до 0,2—0,4 бара, на это запас есть. Если всё-таки затрагивать турбину следом за чипом — гибрид позволит добавить вместо 0,2—0,4 уже 0,6—0,8 бара сверху от номинала.
— Без определённых доработок после тюнинга можно столкнуться с нюансами. В первую очередь это возрастание EGT (Exhaust Gas Temperature — температура выхлопных газов), детонация и всё отсюда вытекающее. Мы даём больше воздуха, значит, нам нужно больше топлива. Бедная смесь равно детонация. Это определённая работа с топливной системой.
— Если говорить о гибриде, то проблема с температурой особенно актуальна, ведь горячая часть не увеличилась. Показатель A/R, который можно увидеть на корпусе турбокомпрессора, — это соотношение сечения от центра колеса до выхода из турбины. Чем выше A/R, тем больший объём воздуха мы можем через турбину прокачать. В двух улитках этот показатель существует — как в горячей, так и в холодной. Важно помнить, что после любой физической доработки необходима настройка машины, это маст-хэв.
Все ли турбины поддаются тюнингу?— Лучше всего поддаются тюнингу бензиновые турбокомпрессоры, хуже — дизельные. Всё потому, что дизельная турбина спокойно пройдёт Stage 1—2, а третий просто отметается из-за наличия механизма изменяемой геометрии потока выхлопных газов. Он конструктивно ограничивает проходное сечение и место для расточки, — рассказывает мастер.
— С бензиновыми турбинами чуть проще. Конструктивно у них больше возможностей, если, конечно, мы говорим о «серьёзных» турбинах, а не о том агрегате, что стоит, например, на двигателе 1.4 TSI. У турбокомпрессоров, установленных на более объёмных моторах, процентов на 40 можно увеличить потенциал. Всё зависит от готовности клиента, ведь при любом ощутимом увеличении мощности нужны доработки в авто. Для начала — наполнить топливом смесь. А затем можно вернуться к возрастанию EGT. Когда мы оставляем холодную улитку в тех же размерах, но увеличиваем в ней колесо, большое количество воздуха начинает сжиматься, при выходе из улитки он расширяется и нагревается. Соответственно, нужно установить в машину более производительный интеркулер или применить иное решение, чтобы избежать детонации.
Про моторы
— Современные двигатели уже достаточно «надуты», потенциал мощности из них выжат практически весь. Хотя, например, любой (даже атмосферный) агрегат можно турбануть до 0,4—0,6 бара. Это не абсолютный показатель, в данном диапазоне просто не возрастают силы растяжения. С доработками реально добиться от 1,4 до 1,6 бара.
— У эксклюзивных моделей, таких как ваговские двигатели DAZA — это современный мотор 2.5 TFSi, потенциал хороший, но мы опять же сталкиваемся только с вопросом, куда отводить тепло. Двигатели BMW тоже неплохи, они держат наддув, но есть проблема — расположение турбин в развале блока. Здесь справиться с возрастанием EGT ещё сложнее. Всё тепло аккумулируется в развале, а дальше автомобиль просто начинает хлопать дросселем и говорит: «Я никуда ехать не хочу».
— У нас был интересный опыт тюнинга BMW для Литвы. В стандартные улитки установили колёса от 30/71 GTX — и машина поехала! Правда, как тепловоз. Со старта дистанцию в четверть мили преодолевала легко, но дальше разгоняться просто не могла. Пытались метанолом тушить EGT, пробовали охлаждать всеми возможными способами, но из-за нехватки проходного сечения вестгейта, когда авто выходит на полный спул, температура быстро возрастает и ЭБУ ограничивает мощность, чтобы не угробить мотор, — вспоминает специалист. — А вот старым проверенным японским двигателям (JZ или 4G63) всё нипочем! Есть примеры людей, которые занимаются этим испокон веков. Mad Max выжимает по 700—800 сил из двухлитрового мотора. Конечно, всегда существует вопрос: как долго это будет работать? Но ведь цели у всех разные. Наша задача как специалистов — сохранить клиенту ресурс двигателя. Иногда мы сталкиваемся с безумными идеями, и клиент всегда прав, хотя иногда стоит его отговорить, предложив альтернативу.
— Например, с Honda есть известная история. Все слышали о системе VTEC, разработанной для атмосферных моторов. Изменение фаз на высоких оборотах очень сильное, а когда мы туда устанавливаем турбину — создаётся «затычка» для выхода выхлопных газов. Такие двигатели очень чувствительны к высоким температурам, поэтому не стоит, как у нас любят, впихивать турбокомпрессор от трактора. А нужно прорабатывать именно турбинную часть выбранного компрессора, чтобы не создавать высокое давление.
Сколько тюнинг даст сил в момент разработки?
— Выходная мощность после тюнинга зависит от очень большого количества факторов. К примеру, турбина Garrett. У любого турбокомпрессора есть турбокарта, благодаря которой получается теоретически рассчитать результат на каких-то номинальных показателях. Есть даже калькуляторы в интернете! Но точные цифры предугадать невозможно. Всё выясняется опытным путём, — уверен мастер. — Допустим, из двух турбокомпрессоров BMW можно выжать 745 сил, поставив туда 30/71 GTX. И на динамометрическом стенде после свода метанолом на определённом количестве оборотов двигателя действительно будет 745 сил. Это только эмпирическим путём выяснится, ведь теории попросту нет для данного варианта, пока кто-то его не сделает и не опишет это. Ну кто додумается запихнуть 30/71 в малюсенькие штатные улитки?
— Для горячей части турбокомпрессора BMW компания Garrett и так выжала максимум. Размер турбинной части совершенно небольшой, чтобы авто быстрее «спулилось», но и достаточно солидный для того, чтобы турбокомпрессор работал на всём диапазоне оборотов. Всё поместилось в развале блока, без изменений заводской конструкции ничего не перегревается, авто отлично едет. На 7 500 оборотах начинает падать полка наддува, момент, соответственно, тоже падает. Но когда мы туда вместо штатных 60 мм устанавливаем 71 — на сантиметр больше, нужно задуматься над реализацией проекта. По-хорошему, мы понимаем, что необходимо заменить выпускные коллекторы, варить их иначе, чтобы вынести турбины из штатного места. Но это уже совершенно другая история! Мы не услышим: «А сколько будет сил?» Клиент понимает, как много будет трат и доработок, чтобы постепенно выйти на желаемую мощность.
— Если взять сухие цифры, при увеличении рабочего колеса 1 миллиметр даёт 200 миллибар, сугубо при номинале. Что дальше с этим давлением сделает двигатель, сколько запустить туда топлива — это больше к настройщикам, которые высчитают показатели, опираясь на ход поршня, его диаметр, площадь, степень сжатия… Там формула есть такая интересная, абсолютно простая!
Битурбо, или Секреты маркетинга
— Тритурбо, квадтурбо — это уже история о маркетинге. Существует прекрасный механизм изменения геометрии (VGT), который внедрён практически во все дизельные турбокомпрессоры. Он позволяет получить максимальный наддув на всём диапазоне оборотов без ступенчатости типа битурбо и далее. С бензиновыми турбокомпрессорами действительно заморочились только Porsche, потому что там работают сумасшедшие инженеры (в хорошем смысле этого слова), которые умудряются даже повесить противовес на турбокомпрессор для развесовки.
— Битурбо, так называемый ступенчатый наддув, используется только для того, чтобы не внедрять VGT. Получается, проще поставить одну маленькую турбину, которая будет работать на низких оборотах, а потом одну большую, включаемую уже на высоких. Турбина, как и любой компрессор, имеет ограниченный диапазон оборотов. Например, возьмём один турбокомпрессор на любом бензиновом двигателе с доработками, чтобы добиться оптимального функционирования ДВС. Максимальный наддув можем получить где-то в районе трёх-четырёх тысяч оборотов и до конца. Да, турбина начнёт раздуваться примерно с 2 500 об/мин, но это ещё не эффективная работа. При приближении к трём-четырём тысячам произойдёт выход на оптимальное действие, а после пяти-шести турбокомпрессор начнёт сдуваться, просто нагревать воздух и терять наддув.
— Чтобы этого избежать, можно внедрить битурбо. Тогда картинка немного изменится: до 3 000 оборотов работает маленькая турбинка, затем необходимо её обрезать, чтобы она крутилась вхолостую и запустилась большая. Три турбины, четыре турбины — принцип один и тот же: просто увеличение ступенчатостью.
— Где конструктивно можно вместить четыре турбины — хороший вопрос. Это большеобъёмные двигатели, V-образные. Для V8 ставить одну турбину нет смысла, плюс это сложно технически реализовать: придётся сводить два коллектора, например. Так что решение о количестве обусловлено и технически, правда, это сказывается также на значительном росте цены обслуживания автомобиля, только об этом никто не думает, когда слышит о четырёх турбинах. С другой стороны, те, кто может позволить себе авто с такими двигателями, вероятно, может их обслужить.
— Помню времена, когда, подойдя к BMW сзади, можно было понять, какой двигатель спрятан под капотом. Сегодня шильдик 535 говорит отнюдь не об этом. По сути, 3-литровый дизель один и тот же, просто вместо одной турбины ставят две. На последнем моторе (B-серия) турбокомпрессор срастили с коллектором, этот двигатель, кстати, поставили в Supra. Все агрегаты постепенно эволюционируют, мощность наращивается, а проблема одна — охлаждение. Для её решения появляются алюминиевые коллекторы с водяным охлаждением, что раньше казалось чем-то фантастическим, — рассказывает наш эксперт.
Для кого? Для чего?
— Самое важное в работе с турбокомпрессором — выполнить тюнинг правильно, так, чтобы это работало. Никому неинтересно получить агрегат, с которым машина не поедет. Часто наши клиенты не определяются с тем, чего хотят от автомобиля. Где-то увидели, прочитали, что можно взять и приварить к штатной турбине 1,9-литрового мотора улитку от турбины «3-литровой» Audi — и машина попрёт. По прямой — без сомнений! Но что ещё нужно сделать, чтобы она всегда так ехала? Как это работает, сколько придётся бороться с форсунками?
— В целом же тюнинг разделяется на гражданский и спортивный. Гражданский — это Stage 1, максимум — 2 (по работе с турбокомпрессором), «спорт» — это уже Stage 3 и далее. Редко можно кататься на спортивной машине по городу. На примере BMW, с которой мы недавно работали: едешь по шоссе, нужно опередить три автомобиля, а у тебя начинает схлопывать дроссель. Без сомнений, автомобиль очень бодро ускоряется с 100 км/ч с пробуксовкой, а толку? Это безопасно и интересно только на гоночной трассе.
Человек, начав единожды улучшать автомобиль, сталкивается с тем, что нужно дорабатывать его дальше и дальше. Тюнинг — это дорого, это про деньги. Многие клиенты часто звонят и говорят: «Вот хочу, чтобы тачка лучше ехала!» Спрашиваешь, делали ли что-то с автомобилем уже. Ответ: «Ничего». Может, стоит начать с чипа? Предлагаем попробовать и проверить, будет ли чип-тюнинга достаточно. Турбина — это когда прошивки не дают желаемого результата. Тут бывает незнание или непонимание. Иногда лучше разумно оценить свой автомобиль, не всегда стоит вкладывать большое количество денег в определённые модели. Может быть, следует купить более гибкую для тюнинга машину, с большим ресурсом мотора и хорошим запасом прочности в целом.
Турбина сама по себе мощности не придаёт. Турбокомпрессор даёт только возможность добавить воздуха, потому что не факт, что его количество возрастёт даже после тюнинга. Чтобы увеличить энергию выхлопных газов, нужно больше топлива. Многие этого просто не понимают. Кажется, начнём дуть — колесо будет больше, мощи больше! Например, BMW 3.0 дизель: с гибридной турбиной по датчикам машина видит, что двигатель на трёх тысячах оборотов и наддув 1,5 бара. Хорошо, время открыть «геометрию» и сбросить наддув. Смысл большого колеса моментально теряется, весь потенциал был выброшен в выхлопную трубу. Нужно ехать на настройку.
Загадочные шарики
— Турбокомпрессор на «шариках» — тема, которая ещё не раскрыта в полной мере. «Шарики» — это подшипник качения. Он адаптирован к работе при высоких температурах. Раньше турбины на шариковых подшипниках редко можно было встретить в гражданском автомобиле, но всё поменялось. Это связано с проблемой тепловыделения. «Шарики» более выносливы и менее капризны по отношению к маслу, чем гидродинамические элементы. Но есть один момент: если в турбокомпрессоре на гидродинамике можно быстрее почувствовать какую-то неисправность, то «шарики» чаще всего выходят из строя моментально, без предупреждений.
— В тюнинге «шарики» больше дают возможность инерции и быстрее раскручиваются. Поддержание наддува будет чуть дольше. Но спул снижается не настолько, чтобы оправдать риски. Такие турбокомпрессоры очень чувствительны к ударным нагрузкам, там не используются металлические подшипники, в основном применяют керамику — хрупкий материал. Это сделано не просто так: металл при нагревании имеет свойство расширяться. Все потребители тюнинговых авто любят пошуметь: попкорн, хлопки из выхлопной трубы. Но что такое этот хлопок? Это не сгоревшее в цилиндре топливо, которое вылетает в коллектор и ищет место, где взорваться. А за коллектором у нас турбокомпрессор. Взрыв происходит в турбинной части, топливо, так сказать, выполняет задуманную функцию, но вся нагрузка передаётся на колесо турбины, которое жёстко сидит на «шарике». Масляной подушки там нет, как следствие — подшипник разрушается. Это уже отчасти болезнь такого турбокомпрессора.
— Если не заниматься весельем, а использовать турбокомпрессор по назначению, то «шарики» служат чуть дольше, чем гидродинамика. Лучше держат нагрузки. Хотя ограниченный ресурс никто не отменял в обоих случаях.
— В спорте это востребовано, но турбокомпрессор становится просто расходником, как воздушный фильтр, только с ресурсом побольше. «Шарики» играют большую роль в тех видах состязаний, где доли секунды имеют огромное значение: кольцевых гонках, ралли, когда необходимо успеть переключить передачу и не потерять наддув, входя в поворот. Опытным путём установили, что в драге, например, нет разницы, как исполнены подшипники турбокомпрессора. Потому что автомобиль раздулся ещё до старта, турбина уже готова ехать. В простых авто особого смысла, кроме надёжности, нет.
Деньги
— Стартует тюнинг турбины от $500, а далее — до бесконечности. Всё зависит от конструктивных особенностей элемента. Допустим, приезжает уже знакомый нам агрегат PTE 5858, мы знаем, что можно реализовать, а что нет, длительных усилий не потребуется. А когда принесли ещё неизвестную в плане тюнинга турбину? Затрачиваются материалы и много часов труда, чтобы исполнить желание клиента. Всё, что уже делалось, — быстрее и дешевле.
— У нас случился проект с V12, когда мы были молоды и зелены. У двигателя V12 AMG Mercedes W211 изначально очень своеобразная конструкция турбокомпрессоров. Задача — поставить туда 30/76 GTX. Честно, казалось, что это просто сумасшествие. Мы потратили около 200 человеко-часов в процессе воплощения идеи в реальность. И это только время! Не считаем уже количество материалов, топливных затрат.
Или проект DAZA 2.5 TFSi Audi TT RS, где уже было ясно, что делать, в каком направлении двигаться. Он занял у нас 80 часов. Заметное сокращение? По этой причине нельзя даже приблизительно сказать, во сколько вам обойдётся тюнинг. Всё обсуждается индивидуально, прикидывается, намечается, только потом можно назвать какую-то цифру. Поэтому начинаем от $500, а дальше зависит от фантазии и пожеланий заказчика.
av.by благодарит компанию SMTurbo за помощь в написании материала
Читайте и подписывайтесь на наш канал Yandex.ZenКонструкция турбины | ТурбоМастер
Дата публикации: 2015-04-10
Содержание
- Компрессор
- Характеристики компрессора
- Область помпажа
- Линия насыщения
- Предельная частота вращения
- Турбина
- Рабочие характеристики
- Материалы турбин
- Турбины с двойным входом
- Отклик
- Керамические колеса турбин
- Водоохлаждаемые корпуса
- Система управления
- Байпасное регулирование на турбинной стороне
- Турбины с изменяемой геометрией
- Узел подшипников
- Опорные подшипники
- Упорный подшипник
- Слив масла
- Уплотнения
- Тепловая нагрузка на подшипники
- Тепловой экран и охлаждение разбрызгиванием масла
- Термическая развязка
- Водяное охлаждение
- Рециркуляционный клапан
Конструкция и основные функции турбокомпрессора (ТК) не претерпели принципиальных изменений с момента его изобретения швейцарским инженером Альфредом Бюхи, предложившим идею турбонаддува в 1905 году. Турбокомпрессор, как и следует из его названия, состоит из турбины и компрессора, соединенных общим валом. Турбина, приводимая в действие отработавшими газами (ОГ), передает энергию вращения на компрессор.
В автотехнике наиболее популярны центробежные компрессоры и радиально-осевые (центростремительные) турбины, которые и являются основой большинства современных ТК.
Компрессор
Входящий в состав турбокомпрессора центробежный компрессор состоит из трех основных компонентов: колеса компрессора, диффузора и корпуса. Вращающимся колесом поток воздуха всасывается в осевом направлении, разгоняется до большой скорости и затем вытесняется в радиальном направлении. Диффузор замедляет высокоскоростной поток воздуха практически без потерь, так что и его давление, и температура возрастают. Диффузор сформирован опорным диском компрессора и частью спирального корпуса (улитки). Последний, в свою очередь, собирает истекающий поток и еще больше замедляет его до выхода из компрессора.
Основные компоненты компрессора: крыльчатка (колесо компрессора), диффузор и спиралевидный корпус. Диффузор — узкий канал, сформированный опорным диском компрессора и частью корпуса.
Характеристики компрессора
Рабочие характеристики компрессора определяются картой режимов, которая отражает зависимость между степенью повышения давления и объемным или массовым расходом. Для удобства сравнения объемный и массовый расход компрессора соотносят со стандартными условиями на входе в компрессор. Рабочая область карты для центробежных компрессоров ограничивается зонами неустойчивых режимов (слева – линией помпажа, справа – линией насыщения), а также максимально допустимой частотой вращения. Компрессор для автомобильного применения должен устойчиво работать при изменении расхода воздуха в большом диапазоне. Поэтому он должен иметь карту режимов с широкой рабочей областью.
Область помпажа
Автомобильный турбокомпрессор — агрегат, состоящий из центробежного компрессора и радиально-осевой турбины, соединенных общим валом.Карта режимов слева ограничена линией помпажа. По сути, помпаж – это срыв потока воздуха на входе в компрессор. При слишком малом объемном расходе и слишком высокой степени повышения давления поток отрывается от входных плоскостей лопаток и нормальный процесс нагнетания нарушается. Поток воздуха через компрессор реверсируется до тех пор пока перепад давления не стабилизируется. Направление потока вновь становится нормальным, давление наддува восстанавливается и цикл повторяется. Эта нестабильность потока продолжается с фиксированной частотой. Возникающий из-за этого акустический шум известен как помпаж.
Линию помпажа смещают в область меньших объемных расходов путем применения лопаток с загнутыми назад кромками, так что рабочий диапазон расходов компрессора увеличивается. Обратный изгиб лопаток приводит к образованию длинных, постепенно расширяющихся каналов. Они замедляют скорость потока и производят меньше пограничных расслоений, чем в случае лопаток с радиальными кромками.
«Улитка» собирает высокоскоростной поток и замедляет его, что приводит к росту температуры и давления.
Ширина диффузора также оказывает позитивный эффект на расположение линии помпажа. В общем случае компрессоры с диффузорами узкой конфигурации имеют более стабильную карту режимов.
Линия насыщения
Максимальный объемный расход центробежного компрессора обычно ограничивается величиной сечения на входе. Когда скорость потока на входе в колесо достигает скорости звука, дальнейшее увеличение расхода становится невозможным. Линию насыщения можно определить по круто снижающимся кривым максимальной частоты вращения компрессора в правой части карты режимов. Входное сечение компрессора может быть увеличено, а линия насыщения сдвинута в область больших расходов путем смещения передней кромки каждой второй лопатки (так называемые сплиттерные лопатки).
Когда увеличивается входной диаметр компрессора, возрастает так называемое хаб отношение ( hub ratio) — отношение между входным диаметром и диаметром колеса. Это приводит к росту максимального расхода. Из-за требований к прочности деталей и по соображениям аэродинамики увеличение хаб отношения возможно примерно до 0,8. По той же причине такие большие хаб отношения позволяют получить только относительно низкие значения степени повышения давления, которые требуются в пассажирских автомобилях.
Утоньшение лопаток и уменьшение их количества увеличивает площадь поперечного сечения на входе в колесо, так что линия насыщения отодвигается в сторону больших объемных расходов воздуха. Минимальная толщина лопаток лимитируется технологией литья и прочностными требованиями. Однако когда количество лопаток сокращается, степень повышения давления также уменьшается.
Таким образом, компрессорные колеса турбокомпрессоров пассажирских автомобилей характеризуются высоким хаб отношением и уменьшенным количеством тонких лопаток с сильным обратным загибом. Компрессор — «холодная» часть ТК, функция которой — повысить давление, а, вместе с этим, и плотность воздуха, поступающего в двигатель.
Корпуса компрессоров для коммерческих дизелей, где требуются и высокая степень повышения давления, и широкая карта режимов, часто изготавливают с рециркуляционными каналами. По каналам часть всасываемого воздуха возвращается из компрессора в основной поток на входе в него. Благодаря возникающей рециркуляции течение стабилизируется и линия помпажа смещается в сторону меньших объемных расходов. Более того, тем же путем воздух можно подвести к колесу в зоне позади ограничивающего входного сечения, так что линия насыщения сдвигается в область больших расходов.
Предельная частота вращения
Частота вращения колеса компрессора ограничивается нагрузками, которые испытывают его компоненты. Максимальная частота вращения определяется допустимой скоростью кончиков лопаток и наружным диаметром колеса. Допустимая скорость кромок лопаток обычно составляет около 520 м/с. Если не принимаются никакие меры для снижения нагрузок, увеличение скорости оборачивается сокращением срока службы.
Турбина
Турбина турбокомпрессора (ТК) состоит из турбинного колеса и корпуса. Она преобразует энергию отработавших газов (ОГ) в механическую энергию для привода компрессора. Поток ОГ несет энергию в форме высокого давления и температуры. После прохождения через турбину энергия газов (давление и температура) уменьшается. Перепад давления и температуры газов между входом и выходом из турбины преобразуется в кинетическую энергию вращения турбинного колеса.
Существуют два основных вида турбин: с осевым и радиальным потоком. В случае колес диаметром до 160 мм используются только радиальные турбины. КПД маленьких радиальных турбин выше, а стоимость изготовления при больших объемах производства существенно ниже, чем осевых. Поэтому они обычно применяются в пассажирских и коммерческих дизелях, а также в индустриальных силовых агрегатах.
В улитке радиальных (центростремительных) турбин давление ОГ преобразуется в кинетическую энергию и они с постоянной скоростью направляются с периферии на турбинное колесо. Трансформация кинетической энергии в мощность на валу происходит в турбинном колесе. Оно спроектировано так, чтобы почти вся кинетическая энергия газа преобразовалась к моменту, когда он выходит из крыльчатки.
Рабочие характеристики
Устройство крыльчатки компрессора. Сплиттерные лопатки увеличивают входное сечение компрессора. Обратный изгиб лопаток на выходе из компрессорного колеса — способ борьбы с помпажем.Мощность турбины возрастает по мере роста перепада давления между ее входом и выходом, то есть, когда перед турбиной скапливается больше отработавших газов (ОГ). Это происходит в результате повышения оборотов двигателя или увеличения температуры газов вследствие их большей энергии.
Поведение турбинной характеристики определяется относительным сечением проточной части. Чем меньше относительное сечение, тем больше газов скапливается на входе в турбину (повышается давление перед турбиной). В результате увеличения перепада давления производительность турбины возрастает. Таким образом, с уменьшением относительного сечения давление наддува увеличивается.
Относительное сечение турбины можно легко варьировать путем замены ее корпуса. Большинство производителей турбокомпрессоров (ТК) для каждого типа турбины предлагает корпуса разных размеров. Это позволяет в широких пределах изменять давление наддува путем подбора нужного относительного сечения проточной части турбинного корпуса.
Помимо относительного сечения на массовый расход газов через турбину также оказывает влияние площадь отверстия на выходе из колеса. Механическая обработка литого турбинного колеса по контуру — трим (trim) — дает возможность регулировать площадь сечения а, следовательно, и давление наддува. Увеличение контура колеса выливается в большее проходное сечение для потока. В рамках одной серии ТК производители предлагают колеса турбин с разным тримом, которые изготовлены из одних литьевых заготовок.
В турбинах с изменяемой геометрией проходное сечение потока между каналом улитки и выходом из колеса варьируется. На входе в турбинное колесо оно изменяется с помощью подвижных управляемых лопаток или скользящего кольца, частично перекрывающего сечение.
На практике рабочие характеристики турбины ТК описываются картами, показывающими зависимость параметров потока ОГ от перепада давления на турбине. На карте турбины показаны кривые массового расхода и КПД турбины для разных частот вращения. Для упрощения карты зависимости расхода и эффективности могут быть представлены в виде усредненных кривых.
Материалы турбин
Поскольку при работе двигателя и после его останова турбина подвергается действию очень высоких температур, колесо и корпус турбины изготавливаются из материалов, обладающих высокой жаропрочностью. В общем случае крыльчатки турбин делают из сплавов на основе никеля, таких как Inconel 713 и GMR 235. Основные компоненты этих сплавов – никель и хром. В то время как GMR 235 работает в условиях температуры отработавших газов (ОГ) на входе в турбину до 850°С, Inconel 713 (73% никеля, 13% хрома) применяется при температурах свыше 1000°С.
Выбор материала для корпуса турбины также зависит от температуры. Сегодня серый чугун GGG40 со сферическим графитом (до 680°С) применяется реже. Для большинства дизельных агрегатов используется кремниево-молибденовый чугун GGG SiMo 5. 1 (до 760°С) или GGV SiMo 4.5 0.6 (до 850 °С). Реже для температур ОГ до 850 °С используется высоколегированный никель-хромовый чугун GGG NiCrSi 20 2 2 (Niresist D2).
В большинстве турбокомпрессоров для бензиновых двигателей с температурами ОГ до 970°С применяется сплав GGG NiCrSi 35 5 2 (Niresist D5). Для самых высоких температур до 1050 °С, что потребуется в бензиновых двигателях ближайшего будущего, используется жаростойкая литьевая аустенитная сталь.
Турбины с двойным входом
Давление истекающих из двигателя отработавших газов (ОГ) не постоянное — оно пульсирует в соответствии с чередованием тактов выпуска в разных цилиндрах. Импульсные системы наддува используют пульсации давления ОГ, позволяющие кратковременно увеличить перепад давления на турбине. За счет роста перепада давления увеличивается КПД турбины, улучшая ее работу до тех пор пока через нее не пойдет большой, эффективный поток газов. В результате более полного использования энергии ОГ улучшаются характеристики давления наддува и, соответственно, поведение кривой крутящего момента, особенно на низких оборотах двигателя.
Для предотвращения взаимного влияния цилиндров при разных тактах впуска-выпуска они делятся на две независимые группы. Каждая группа объединяется в свой выпускной коллектор, который транслирует ОГ непосредственно на вход в турбину. В этом случае турбина с двойным входом позволяет утилизировать ОГ из двух групп цилиндров отдельно. В двигателях пассажирских автомобилей чаще используются неразделенные коллекторы и турбины с «однозаходным» корпусом. Это позволяет сделать коллектор компактнее и расположить турбину ближе к головке блока. Поскольку здесь сечение и длина газоподводящих каналов меньше, преимущества импульсного наддува нивелируются.
И все же в отдельных случаях турбины с двойным входом применяются в бензиновых моторах пассажирских автомобилей. Их преимущество — хорошая характеристика крутящего момента при низком давлении ОГ. В то же время им свойственны и недостатки – высокая термическая нагрузка разделяющей перегородки и дорогое производство маленьких корпусов с интегрированным байпасом, особенно, если в качестве материала нужно использовать литьевую сталь из-за больших температур.
Отклик
Для двигателей пассажирских автомобилей жизненно важную роль играют инерционные характеристики турбокомпрессора (ТК). Замедленная реакция на изменение положения педали акселератора, которую также называют «турбояма», часто воспринимается как фактор, снижающий управляемость автомобиля. В последние годы этот негативный эффект компенсирован применением ТК меньшего размера. У них меньше сечение проточной части и ниже инерция ротора как результат применения колес меньшего диаметра. Таким образом, при увеличении частоты вращения турбокомпрессора приходится раскручивать ротор меньшей массы. Момент инерции турбинного колеса также может быть снижен путем удаления сегментов опорного диска между лопатками. В еще большей степени динамические характеристики ТК могут быть улучшены применением турбин с изменяемой геометрией проточной части.
Оптимальные условия для потока и низкие потери тепла достигаются в интегрированных системах наддува с отлитыми заодно выпускным коллектором и корпусом турбины, что оборачивается улучшенными характеристиками отклика. Прочие аргументы за применение таких систем – сокращение веса до 1 кг, а также увеличение свободного пространства между двигателем и пассажирской кабиной, что часто жизненно необходимо по соображениям безопасности.
Керамические колеса турбин
В сравнении с металлическими колесами керамические турбинные колеса существенно легче, что улучшает характеристики отклика (чувствительность) турбокомпрессора. Современные керамические материалы позволили разработать такие колеса, пригодные для массового производства. Однако керамические материалы очень хрупкие и могут быть легко разрушены при попадании посторонних частиц. Более того, лопатки таких турбин толще и поэтому их эффективность ниже, так что они редко используются в автотехнике.
Алюминид титана имеет такую же плотность как керамика. Этот материал сравнительно менее подвержен разрушению, а лопатки такие же тонкие как металлические. Его недостаток – низкая температурная стойкость (максимум 700°С).
Типовая карта режимов компрессора. Рабочая область карты режимов ограничена линиями помпажа, насыщения и предельно допустимой частоты вращения.
Водоохлаждаемые корпуса
При разработке турбокомпрессоров (ТК) также должны учитываться аспекты безопасности. Например, в судовых моторных отсеках следует избегать горячих поверхностей из-за опасности пожара. Поэтому корпуса турбин ТК для морского применения изготавливаются с водяным охлаждением или с покрытием изолирующими материалами.
Система управления
Тяговые характеристики современных турбодвигателей должны отвечать таким же высоким требованиям, как и характеристики атмосферных моторов с идентичными мощностными параметрами. Это означает, что полное давление наддува должно быть доступно, начиная с минимально возможных частот вращения двигателя. Это, в свою очередь, может быть достигнуто только путем управления турбокомпрессором на турбинной стороне.
Байпасное регулирование на турбинной стороне
Установка байпасного клапана в турбинной части турбокомпрессора (ТК) – самый простой способ контроля давления наддува. Геометрические параметры турбины выбирают таким образом, чтобы обеспечить характеристику крутящего момента на низких оборотах, необходимую для достижения заданных динамических показателей автомобиля. При такой конструкции ТК уже незадолго до достижения максимального крутящего момента на турбину начинает поступать избыточное количество отработавших газов. Таким образом, как только номинальное давление наддува достигнуто, избыток отработавших газов направляется по байпасному каналу в обход турбинного колеса. Клапан «вейстгейт», который открывает и закрывает байпас, обычно приводится в действие пневматической камерой с подпружиненной диафрагмой, реагирующей на давление наддува. Так по мере дальнейшего увеличения оборотов двигателя давление наддува остается на неизменном уровне.
В этом, очень экономичном, решении на диафрагму камеры управления, предварительно нагруженную спиральной пружиной, воздействует давление наддува. Как только давление наддува преодолеет силу предварительного сжатия пружины, шток через рычаг открывает тарелку байпасного клапана и ОГ начинают перетекать вокруг турбины в систему выпуска.
В современных бензиновых и дизельных двигателях все чаще применяются электронно управляемые системы контроля наддувочного давления. В сравнении с чисто пневматическим регулированием, которое действует только как ограничитель давления на полной нагрузке, гибкое управление позволяет устанавливать оптимальное давление наддува в режимах частичной нагрузки. Электронное регулирование работает в соответствии с различными параметрами, такими как температура наддувочного воздуха, качество топлива и параметры опережения впрыска (зажигания). Также становится возможным кратковременный «перенаддув» при интенсивном ускорении.
Механический привод байпасной заслонки действует так же как и в описанном выше случае. Вместо полного давления наддува на диафрагму камеры управления подается модулированное управляющее давление. Оно меньше полного давления наддува и вырабатывается так называемым пропорциональным клапаном. Этим достигается то, что на диафрагму воздействует комбинация давления наддува и давления на выходе из компрессора в изменяющейся пропорции. Пропорциональный клапан управляется электроникой двигателя и срабатывает с частотой от 10 до 15 Гц. В сравнение с обычной системой управления усилие предварительного сжатия пружины существенно ниже, что позволяет осуществлять регулирование также и на режимах частичной нагрузки, то есть, при меньшем давлении наддува.
В электронных системах управления турбокомпрессоров дизельных двигателей пневмокамеры регулируются вакуумом.
Турбины с изменяемой геометрией
Байпасные системы регулирования управляют мощностью турбины, направляя часть отработавших газов (ОГ) в обход нее. Таким образом, «дармовая» энергия газов используется не полностью. Турбины с изменяемой геометрией позволяют варьировать сечение проточной части турбины в зависимости от режима работы двигателя. Это дает возможность полностью утилизировать энергию ОГ, оптимизируя конфигурацию канала, по которому ОГ попадают на турбинное колесо, для данного режима двигателя. Как результат, эффективность турбокомпрессора (ТК) и, соответственно, двигателя выше тех, что удается достичь при байпасном регулировании.
Сегодня турбины с РСА в виде подвижных направляющих лопаток (VNT, VTG, VGT) – самое передовое решение для современных легковых дизельных автомобилей. В результате непрерывной адаптации проходного сечения турбинного канала к рабочему режиму двигателя сокращаются потребление топлива и вредные выбросы. Высокий крутящий момент уже на низких оборотах и адекватная стратегия управления обеспечивают существенное улучшение динамических характеристик.
Подвижные направляющие лопатки между корпусом улитки и турбинным колесом влияют на протекание процесса восстановления давления и, таким образом, на выходные характеристики турбины. Это позволяет варьировать поток газов через турбину в диапазоне 1:3 при хороших уровнях эффективности. На низких оборотах сечение проточной части турбины уменьшается путем закрытия направляющих лопаток. Давление наддува и, следовательно, крутящий момент двигателя возрастают как результат увеличения перепада давления на входе и выходе из турбины. С повышением оборотов двигателя управляемые лопатки постепенно открываются. Требуемое давление наддува достигается при низком перепаде давления на турбине — так достигается сокращение расхода топлива. При ускорении машины с низкой скорости (оборотов двигателя) управляемые лопатки закрываются для получения максимальной энергии от ОГ. По мере увеличения скорости лопатки открываются и адаптируются к соответствующему рабочему режиму.
В настоящее время управление лопатками преимущественно электронное, с помощью вакуумно-регулируемой камеры управления и пропорционального клапана. В будущем все чаще будут применяться электрические приводы с положительной обратной связью, позволяющие реализовать точное и чрезвычайно гибкое управление давлением наддува.
Температура ОГ современных высокоэффективных дизельных двигателей может достигать 830°С. Точная и надежная работа управляющих лопаток в потоке горячих газов предъявляет высокие требования к материалам и точности допусков в конструкции турбины. Независимо от типоразмера турбокомпрессора направляющие лопатки должны иметь минимальные зазоры для обеспечения надежной работы в течение всего срока службы автомобиля. С уменьшением размера ТК относительные потери потока через турбину возрастают и ее эффективность падает. Поэтому цель многих разработок – отодвинуть эти ограничения области применения технологии VTG как можно дальше в сторону ТК малых размеров.
Альтернативное решение – турбины с регулирующим механизмом в виде подвижного (скользящего) кольца (VST-variable sliding turbine). Простота конструкции и исполнение многих функций небольшим количеством компонентов – преимущества для маленьких турбин или там, где требуется работа в условиях высоких температур ОГ. Это особенно применимо в компактных дизельных двигателях с рабочим объемом менее 1,4 л. Преимущества – высокая эффективность, низкая цена и сокращение установочных размеров. Для бензиновых моторов с высокой температурой ОГ технология VST – надежная возможность управления давлением наддува путем изменения геометрии проточной части турбины.
Прочный механизм VST противостоит высоким температурам ОГ значительно лучше, чем VTG с направляющими лопатками. Байпас, который для бензиновых двигателей необходим даже в ТК с изменяемой геометрией из-за большого диапазона изменения расхода, интегрирован в механизм управления.
Корпус турбины аналогичен турбинам с двойной улиткой (с двухканальным направляющим аппаратом). Перегородка, разделяющая каналы, не выходит на впускной фланец, а начинается внутри улитки. На низких оборотах двигателя открыт только один канал. Второй канал, который закрыт скользящим кольцом, постепенно открывается по мере увеличения оборотов. Затем скользящее кольцо приоткрывает и байпасный канал, ведущий от входа в турбину по внешнему контуру скользящего кольца к выходу из турбины. Это дополнительно увеличивает расход газов через турбину. Для регулирования сечения проточной части и открытия байпасного канала требуется всего один управляющий механизм. Могут быть использованы как пневматический, так и электронный приводы.
Узел подшипников
Ротор турбокомпрессора (ТК) вращается с частотой до 300 000 мин -1. Срок службы ТК должен соответствовать ресурсу двигателя, который может составлять 1 000 000 км пробега для коммерческого автомобиля. Только специально разработанные для ТК подшипники скольжения могут соответствовать таким жестким требованиям при приемлемой стоимости.
Опорные подшипники
В подшипнике скольжения вал вращается практически без трения на масляной пленке внутри втулки подшипника.
Масло подается в турбокомпрессор (ТК) от системы смазки двигателя. Подшипниковый узел спроектирован так, что между неподвижным корпусом и вращающимся валом расположены «плавающие» бронзовые подшипниковые втулки. Они вращаются с частотой, вдвое меньшей частоты вращения вала. Это позволяет высокоскоростным подшипникам адаптироваться таким образом, что на любых режимах работы ТК нет прямого контакта «металл-металл» между валом и подшипниками.
Кроме функции смазки масляная пленка в зазорах подшипника играет роль демпфера, который способствует стабилизации вала и турбинного колеса. Гидродинамическая несущая способность пленки и демпфирующие характеристики подшипника оптимизируются величиной зазоров. Таким образом, толщина смазывающей пленки для внутренних зазоров выбирается исходя из нагрузки на подшипник, в то время как толщина внешних зазоров определяется с учетом демпфирования подшипника. Зазоры в подшипниках составляют несколько сотых долей миллиметра. Увеличение зазоров приведет к более мягкому демпфированию и, одновременно, к снижению несущей способности подшипника.
Так называемый патрон — специальный вид опорного подшипника скольжения. Вал вращается в неподвижной целиковой втулке, снаружи которой прокачивается масло. Внешний зазор выбирается исключительно из условия демпфирования подшипника, так как патрон не проворачивается. Вытекающая из этого меньшая ширина подшипника позволяет создать более компактный ТК.
Упорный подшипник
Ни один из рассмотренных типов опорных подшипников, ни свободно плавающие втулки, ни фиксированный плавающий патрон, не воспринимают нагрузки в осевом направлении. Поскольку газы воздействуют на компрессорное и турбинное колеса в осевом направлении с разной силой, ротор турбокомпрессора (ТК) испытывает осевую нагрузку. Она воспринимается упорным подшипником скольжения с конической плоскостью (рабочей поверхностью). Два маленьких диска, закрепленных на валу, служат контактными поверхностями. Упорный подшипник фиксируется в центральном корпусе подшипников. Маслоотражающая пластина предотвращает попадание масла в зону уплотнения вала.
Слив масла
Масло подается в турбокомпрессор (ТК) при давлении примерно 4 бар. Поскольку масло сливается из турбины при меньшем давлении (самотеком), диаметр трубки для слива значительно больше, чем маслоподающей трубки. Проток масла через корпус подшипников должен быть по возможности вертикальным, сверху вниз. Сливная трубка должна выходить в картер выше уровня масла. Любое препятствие на пути слива масла оборачивается увеличением противодавления в корпусе подшипников. В этом случае масло начинает просачиваться сквозь уплотнительные кольца в компрессор и турбину.
Уплотнения
Центральный корпус подшипников должен быть уплотнен от прорыва в него горячих отработавших газов из турбины и от утечек масла из корпуса. Для этого в канавки на валу ротора, со стороны компрессора и турбины установлены разрезные кольца, аналогичные поршневым. Кольца не вращаются, а неподвижно расклинены в центральном корпусе. Это бесконтактное уплотнение, один из видов лабиринтного уплотнения. Благодаря многочисленным резким изменениям направления движения потока оно затрудняет утечку масла и пропускает в картер лишь небольшое количество отработавших газов.
Тепловая нагрузка на подшипники
Учитывая небольшое расстояние между центральным корпусом и горячим корпусом турбины, тепло может проникать в центральный корпус и нагревать масло до температуры коксования. Тогда масляный кокс мог бы осаждаться в зазорах и на поверхностях, засорять масляные каналы и нарушать работу подшипников и уплотнений. Большое количество углеводородных отложений может вызвать дефицит смазки и граничное трение, приводящие к ускоренному износу системы подшипников.
Тепловой экран и охлаждение разбрызгиванием масла<
Тепловой экран, расположенный позади опорного диска турбинного колеса, предотвращает контакт горячих отработавших газов с центральным корпусом. В некоторых конструкциях при работе двигателя масло распыляется на вал ротора через маленькое распылительное отверстие в опоре подшипника с турбинной стороны, охлаждая вал и уменьшая риск коксования.
Наивысшие температуры в центральном корпусе достигаются вскоре после останова двигателя. Горячий турбинный корпус нагревает систему подшипников, которая больше не охлаждается моторным маслом.
Термическая развязка
В расчете на термическую развязку правой подшипниковой опоры передача тепла от корпуса турбины к системе подшипников сокращается даже после того как двигатель был заглушен. Для этого систему подшипников располагают ниже точки подачи масла, так же как силовой агрегат размещают под крылом самолета. Правая подшипниковая опора больше не контактирует с горячей стенкой центрального корпуса, значит, передача тепла к системе подшипников ограничивается.
Водяное охлаждение
Бензиновые двигатели, у которых температура отработавших газов на 200-300°С выше чем у дизелей, обычно оснащаются турбокомпрессорами с охлаждаемыми центральными корпусами. При работе двигателя центральный корпус интегрируется в его контур охлаждения. После выключения двигателя остаточное тепло снимается посредством малого кольца циркуляции, которое задействуется электрическим насосом с термостатом.
Рециркуляционный клапан
В бензиновых турбодвигателях дроссельная заслонка, которая управляет нагрузкой двигателя, располагается после компрессора, во впускном коллекторе. В момент внезапного сброса газа заслонка закрывается, а компрессор из-за своей инерционности продолжает нагнетать воздух в почти замкнутый объем. Вследствие этого начался бы помпаж компрессора. Частота вращения турбокомпрессора (ТК) быстро упала бы.
Начиная с определенного давления, открывается подпружиненный клапан и направляет воздух обратно на вход в компрессор, ограничивая рост давления и исключая помпаж. Частота вращения ТК остается высокой, и давление наддува появится, как только будет задействован акселератор.
Чем опасны неоригинальные турбокомпрессоры? — журнал За рулем
Аналоги и заменители на рынке автомобильных запчастей всегда были, есть и будут. В одних случаях они являются разумной альтернативой, а в других — необдуманной экономией, особенно когда дело касается ответственных узлов и агрегатов, например турбокомпрессоров.
Материалы по теме
Большие риски маленьких моторов: анатомия даунсайзинга
Турбокомпрессор — высокотехнологичный и ответственный узел. К сожалению, большинство сервисменов и рядовых автовладельцев этого по-прежнему не понимают и относятся к нему слишком пренебрежительно. В погоне за экономией люди готовы покупать китайские копии, которые в разы дешевле оригинальной детали. Такая политика еще может быть оправдана при осознанном подборе кузовных элементов или той же оптики, но никак не турбин.
Игроки на рынке заменителей
Как и в случае с другими запчастями, на рынке есть адекватные производители турбин-аналогов. Нельзя грести всех под одну гребенку, но важно понимать, что качественная копия не может стоить в разы меньше оригинала.
крыльчатка турбокомпрессораОбрыв лопатки турбинного колеса. Повреждение напоминает результат попадания постороннего предмета. Но на самом деле виноваты дефекты литья и дешевое сырье.
Обрыв лопатки турбинного колеса. Повреждение напоминает результат попадания постороннего предмета. Но на самом деле виноваты дефекты литья и дешевое сырье.
Сложная и технологичная конструкция турбокомпрессора подразумевает и особую производственную цепочку. Здесь важную роль играет сырье, качество литья и выходной контроль каждой готовой турбины. В отличие от многих других узлов, картридж турбокомпрессора (вал с крыльчатками в составе корпуса подшипников) требует обязательной балансировки, а турбина в сборе — настройки механизма регулировки давления наддува. Чтобы на выходе получить удешевление продукта в разы, приходится экономить чуть ли не на каждом пункте. То есть это будет суррогат, который, возможно, неработоспособен изначально.
Сквозная раковина корпуса подшипников турбины, через которую свободно вытекает масло. Такой дефект всплыл бы при балансировке, но ее, как видно, не проводили.
Сквозная раковина корпуса подшипников турбины, через которую свободно вытекает масло. Такой дефект всплыл бы при балансировке, но ее, как видно, не проводили.
Материалы по теме
Запчасти: где выгоднее покупать?
Среди производителей, делающих качественные копии, хорошо себя зарекомендовала, например, китайская компания Jrone. У нее есть вся необходимая технологическая база, чтобы делать продукт, максимально повторяющий оригинал. Кроме турбин в сборе она также производит и их комплектующие, которые активно используют на ремонтном рынке. На свои турбокомпрессоры компания дает полноценную годовую гарантию.
Для понимания, такая китайская копия турбины стоит на 20–30% меньше оригинальной. На эти цифры и следует ориентироваться при подборе аналогов любого производителя. Если турбина существенно дешевле, значит при ее производстве сильно экономили со всеми вытекающими.
Лишние телодвижения
Производители некачественных турбин экономят на всем: сырье; качество литья и обработки; балансировка картриджа и настройка механизма регулировки давления наддува. Каждый из этих пунктов находит свое отражение в результатах реальных экспертиз неисправных турбин.
крыльчатка турбокомпрессораОтрыв лопатки компрессорного колеса. Разрушение по корневому сечению, где достигаются наибольшие напряжения при вибрации лопаток. Виновато снова дешевое сырье или брак литья.
Отрыв лопатки компрессорного колеса. Разрушение по корневому сечению, где достигаются наибольшие напряжения при вибрации лопаток. Виновато снова дешевое сырье или брак литья.
Качество сырья играет крайне важную роль. К примеру, корпусные детали горячей части ТК делают из жаропрочного чугуна, легированного никелем, хромом или молибденом. Сплав турбинного колеса должен содержать около 70–80% дорогостоящего никеля. Компрессорные крыльчатки изготавливают из более дешевых алюминиевых сплавов, но и здесь есть поле для экономии. Суррогатное сырье приводит к фатальным разрушениям крыльчаток и дефектам корпусов турбин.
ремонт турбокомпрессораНекорректная механическая обработка диска компрессорного колеса. При балансировке излишки металла сняли не по технологии. Диск крыльчатки стал недопустимо тонким, и это привело к разрушению колеса.
Некорректная механическая обработка диска компрессорного колеса. При балансировке излишки металла сняли не по технологии. Диск крыльчатки стал недопустимо тонким, и это привело к разрушению колеса.
Обязательную балансировку картриджа турбокомпрессора проводят на дорогостоящем оборудовании, которое практически повторяет условия работы узла в составе двигателя. Ротор раскручивают вплоть до номинальных оборотов, а в корпус подшипников подводят горячее моторное масло под давлением. В ходе этой процедуры решают массу задач: правильность сборки картриджа; надежность газодинамических уплотнений вала; обкатка турбины; проверка герметичности соединений. Величина допустимого остаточного дисбаланса играет решающую роль. За пределами этой величины ускоряется износ подшипников и уплотнений, что заметно сокращает ресурс турбины.
ремонт турбокомпрессораПри балансировке картриджа турбокомпрессора любые утечки масла сразу же всплывут.
При балансировке картриджа турбокомпрессора любые утечки масла сразу же всплывут.
Вскрытие показало
Результаты экспертиз отказавших турбин красноречиво свидетельствуют о последствиях экономии при производстве. Наиболее часто встречающиеся дефекты подробно описаны на примерах нескольких реальных осмотров.
Вскрытие неоригинального турбокомпрессора Garrett
ремонт турбокомпрессораНеоригинальный турбокомпрессор Garrett модели GT1749S для дизельного двигателя Hyundai Porter 2,5 литра. Очень распространенная копия на рынке.
Неоригинальный турбокомпрессор Garrett модели GT1749S для дизельного двигателя Hyundai Porter 2,5 литра. Очень распространенная копия на рынке.
Ряд турбин имеют мокрые корпуса подшипников. В них сделана рубашка охлаждения, через которую прокачивается антифриз из системы охлаждения двигателя. Производители оригинальных турбин проверяют ее герметичность методом опрессовки. Дешевые копии такой проверке не подвергаются вовсе.
ремонт турбокомпрессораЭмульсия внутри корпуса подшипников. Антифриз из рубашки охлаждения попадал во внутреннюю полость картриджа и смешивался с маслом.
Эмульсия внутри корпуса подшипников. Антифриз из рубашки охлаждения попадал во внутреннюю полость картриджа и смешивался с маслом.
При первичном демонтаже корпусов копии турбины Garrett в компрессорной части обнаружили масло. Дальнейший разбор выявил смесь масла и антифриза в картридже.
ремонт турбокомпрессораРаковина в рубашке охлаждения — дефект литья.
Раковина в рубашке охлаждения — дефект литья.
Оказалось, что корпус подшипников имеет технологический брак литья — раковину, соединяющую рубашку охлаждения с внутренней полостью картриджа. В результате антифриз попадал и в систему смазки двигателя. Такой турбокомпрессор уже неработоспособен. Ремонт в этом случае влетит в копеечку, придется менять картридж в сборе. Хорошо еще, что турбина проработала недолго, иначе последствия разбавления моторного масла антифризом оказались бы куда более серьезными как для турбокомпрессора, так и для двигателя.
Распространенные дефекты при обработке и производстве деталей
Хватает и примеров экономии, казалось бы, на мелочах — на качестве изготовления и обработке деталей фиксации.
турбонаддувПлохо обработанные стопорные кольца проточили подшипники, словно резцом.
Плохо обработанные стопорные кольца проточили подшипники, словно резцом.
К примеру, экономия на производстве стопорных колец для подшипников турбины резко сокращает ресурс узла в целом. Банальные острые заусенцы по краям проделанных в них отверстий приводят к плачевным итогам: вместо того чтобы фиксировать подшипники, кольца протачивают их.
турбонаддувЕще один пример стопорного кольца с заусенцами на очередной турбине. Еще один пример стопорного кольца с заусенцами на очередной турбине. | турбонаддувРезультат непродолжительной проточки подшипников их стопорными кольцами. Результат непродолжительной проточки подшипников их стопорными кольцами. |
Неоригинальный турбокомпрессор Cummins/Holset
Продолжение темы про некачественную обработку деталей. На столе у экспертов — турбина с повышенным люфтом вала и повреждениями крыльчаток.
турбонаддув
С виду — оригинальная турбина Holset. На самом деле — некачественная копия, которую сложно вычислить по внешнему виду.
С виду — оригинальная турбина Holset. На самом деле — некачественная копия, которую сложно вычислить по внешнему виду.
Разбор турбины выявил присутствие частиц металла в масляных каналах, глубокие кольцевые канавки на шейках вала, износ поверхностей опорных подшипников и трещины на одном из них. Вдобавок обнаружено разрушение упорного подшипника и уплотнительных колец картриджа.
турбонаддувПовышенный люфт вала турбокомпрессора привел к тому, что крыльчатки соприкасались с корпусами улиток. Повышенный люфт вала турбокомпрессора привел к тому, что крыльчатки соприкасались с корпусами улиток. | турбонаддувНа внешней поверхности подшипника видны риски и вкрапления металлических частиц. На внешней поверхности подшипника видны риски и вкрапления металлических частиц. |
Такой сильный абразивный износ деталей подшипникового узла посторонними частицами металла вызвали всего лишь заусенцы на масляных каналах, которые нерадивый изготовитель поленился убрать.
турбонаддувРазрушение упорного подшипника из-за повышенной нагрузки. Разрушение упорного подшипника из-за повышенной нагрузки. | турбонаддувИсточник металлических частиц — заусенцы на фрезерованном пазе, которым заканчивается масляный канал. Источник металлических частиц — заусенцы на фрезерованном пазе, которым заканчивается масляный канал. |
Неоригинальный турбокомпрессор Garrett
турбонаддувНеоригинальный турбокомпрессор Garrett для дизельного мотора 1.6 HDI.
Неоригинальный турбокомпрессор Garrett для дизельного мотора 1.6 HDI.
Очень часто на экспертизу приходят турбины с неправильной настройкой механизма регулировки давления наддува. Теневые изготовители либо делают эту процедуру некорректно, либо вообще ее не производят. Обычно это приводит к появлению ошибок в блоке управления мотором по системе наддува и даже переходу двигателя в аварийный режим.
В случае турбин с регулируемым сопловым аппаратом (РСА) игнорирование его настройки особенно опасно как для самого турбокомпрессора, так и для двигателя.
турбонаддув
В крайнем положении лопатки регулируемого соплового аппарата (РСА) полностью перекрывают проточную часть турбины.
В крайнем положении лопатки регулируемого соплового аппарата (РСА) полностью перекрывают проточную часть турбины.
Вскрыв подобную турбину, эксперты обнаружили неправильную настройку камеры управления РСА. Лопатки системы были полностью сомкнуты, и отработавшие газы вообще не могли проходить дальше. В результате пуск двигателя был попросту невозможен.
Вдобавок на этой турбине обнаружились и другие распространенные проблемы дешевых копий. Между центральным корпусом турбины и улитками не было обязательных уплотнительных колец. Либо их забыли поставить, либо даже не думали этого делать.
Ну и классика жанра — слишком высокий дисбаланс вала турбины. Из-за него идет повышенный износ подшипников, и ресурс турбокомпрессора резко сокращается.
турбонаддувВо время проверки балансировки центрального корпуса турбины в него подается разогретое моторное масло под давлением. Во время проверки балансировки центрального корпуса турбины в него подается разогретое моторное масло под давлением. | турбонаддувПроверка балансировки выявила повышенный остаточный дисбаланс ротора. Проверка балансировки выявила повышенный остаточный дисбаланс ротора. С такими величинами турбина долго не проживет. |
***
Покупка откровенно дешевых аналогов оригинальных турбин на деле только увеличивает расходы владельца. Очень часто такие заменители неработоспособны изначально. Учитывая стоимость копии, а также ремонт для приведения ее в чувство, на выходе получаем сумму, которой с лихвой бы хватило на покупку и установку оригинального узла. Вместе с ним владелец получает гарантию от производителя с мировым именем и уверенность в качестве и длительном ресурсе продукта.
Благодарим за помощь в подготовке материала компанию «Турбомастер» (www.turbomaster.ru)
Суррогаты: чем опасны неоригинальные турбины
Аналоги и заменители на рынке автомобильных запчастей всегда были, есть и будут. В одних случаях они являются разумной альтернативой, а в других — необдуманной экономией, особенно когда дело касается ответственных узлов и агрегатов, например турбокомпрессоров.
Суррогаты: чем опасны неоригинальные турбины
Фото: «Турбомастер»
Турбина— Насколько сильно нагреваются внутренние части реактивного двигателя?
спросил
Изменено 2 года, 7 месяцев назад
Просмотрено 8к раз
$\begingroup$
Насколько сильно нагревается реактивный двигатель? Меня интересует температура деталей, а не выхлопа или сгорания. Если измеряли температуру двигателя после перелета через Тихий океан, какова температура неподвижных и подвижных частей? Блок двигателя автомобиля может нагреваться до 250 градусов по Фаренгейту (120°C). Я думаю о том, как изменить базовую архитектуру.
- двигатель
- турбина
- температура
$\endgroup$
1
$\begingroup$
Этот параметр называется Температура на входе в турбину (TIT)
Температура на входе в турбину (TIT) – это температура сгорания.
отработавшие газы камеры при их поступлении в турбоагрегат. Газ Температура измеряется несколькими термопарами, установленными в поток выхлопных газов и отображается на указателе кабины экипажа в любом градусов Фаренгейта или градусов Цельсия.
По сути, это температура на выходе из камеры сгорания, представляющая самую высокую температуру, с которой может столкнуться турбина.
Вот рисунок, показывающий, как у нас дела в последнее время. Таким образом, сейчас мы находимся на уровне около 1800 тыс.
Что касается температуры самой охлаждаемой детали, вот текущий статус материалов: мы находимся на отметке около 1350К и скоро можем приблизиться к 1400К.
$\endgroup$
7
$\begingroup$
Зависит от рассматриваемой части двигателя. «Горячая часть» газового ядра реактивного двигателя, состоящая из изобарной камеры сгорания, турбины высокого давления и турбины низкого давления, на сегодняшний день работает при самых высоких температурах. На современных высокопроизводительных авиационных газовых турбинах температура на входе в турбину высокого давления достигает почти 3600°F при работе на полной мощности. Температура выхлопных газов в реактивной трубе сразу за последней ступенью турбины низкого давления составляет около 1000°F. Температура воздуха, выходящего из секции компрессора высокого давления, будет около 500°F9.0005
Немного основ термодинамики быстро продемонстрирует, что чем горячее вы можете использовать газ в начале его расширения через секцию турбины двигателя, тем эффективнее будет двигатель. Это повышение температуры, конечно, ограничено свойствами металлов и композитов, используемых для изготовления этих деталей двигателя. Секции турбин реактивных двигателей обычно изготавливаются из новых суперсплавов никеля-кобальта и титана с использованием новых технологий литья монокристаллов для обеспечения максимальной прочности конструкции. Кроме того, они также используют отбираемый компрессором воздух в качестве пограничного слоя для предотвращения прямого контакта между стенками, лопатками статора и ротора и высокотемпературными газами.
$\endgroup$
2
$\begingroup$
Температура на выходе компрессора и температура на входе в турбину являются самыми горячими областями, соответственно спереди и сзади камеры сгорания. Тем не менее, TIT редко измеряется напрямую. В большинстве случаев измеряется межтурбинная температура (ITT — ARP, станция 4.5) и станция 5 (EGT — выход турбины низкого давления, задняя часть основного потока), а математические и термодинамические модели подтверждают, каким будет TIT. В кабине отображается EGT, а не TIT. Но если обратиться к приведенному выше графику, тренд реален, но на самом деле он не измеряется напрямую. Там слишком жарко.
$\endgroup$
Твой ответ
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.Производство горячих секций газотурбинных двигателей: сложная металлургия и опасные условия труда
Производство горячих секций газотурбинных двигателей представляет собой сложную отрасль, связанную с риском серьезных травм и соблюдением правил безопасности и передовой практики.
Общеизвестно, что современный мир освободили две технологии: автоматическая стиральная машина и реактивный двигатель. Когда лейтенант Королевских ВВС Фрэнк Уиттл получил английский патент на базовую конструкцию современного реактивного двигателя в 1919 г.30 (первый полет состоялся только в 1941 году), он, вероятно, не мог представить, какие изменения произойдут в материалах, сложности и технических характеристиках.
Современные коммерческие реактивные двигатели состоят из 25 000 деталей. Они достигают одиннадцати футов в диаметре и двенадцати футов в длину. Двигатели могут весить более 10 000 фунтов и развивать тягу в 100 000 фунтов. Сборка даже полностью испытанного и утвержденного двигателя может занять два года. Суперджамбо-джет может перевозить от 500 до 800 пассажиров в зависимости от конфигурации и имеет взлетную массу 1,2 миллиона фунтов.
В разделе I представлен общий обзор производственных и металлургических сложностей, связанных с изготовлением некоторых компонентов горячей секции. В разделе II будет рассмотрен уникальный аспект производства струйно-горячих секций. В частности, сложные и строгие стандарты, необходимые для предотвращения катастрофических авиационных происшествий в полете, также требуют самого дисциплинированного соблюдения передовых методов обеспечения безопасности, чтобы избежать катастрофических производственных травм, особенно ожогов, в условиях высокой температуры на рабочем месте. В разделе III кратко обсуждаются катастрофические ожоги, возникающие в результате несоблюдения строгих мер предосторожности.
Секция I: Горячая секция
В передней части двигателя вентилятор нагнетает воздух в первый отсек двигателя, компрессор, пространство примерно в 20 раз меньше, чем первая ступень компрессора. Когда воздух выходит из компрессора высокого давления и поступает в камеру сгорания, он смешивается с топливом и сгорает. Когда газ сгорает и расширяется, часть газа проходит через выхлоп, а часть перенаправляется на турбину двигателя (набор вентиляторов, вращающих лопатки компрессора). Турбина извлекает энергию из сверхгорячих газов для питания вала компрессора и выработки электроэнергии.
Поскольку турбина подвергается такому невероятному нагреву, лабиринты воздуховодов в лопастях турбины позволяют холодному воздуху проходить через них для охлаждения турбины. Благодаря механизму охлаждения воздушным потоком турбина может работать в газовых потоках, где температура выше температуры плавления сплава, из которого изготовлена турбина.
Титан, очищенный в соответствии с авиационными спецификациями в 1950-х годах, используется для изготовления наиболее ответственных компонентов «горячей секции», таких как камера сгорания и турбина. С твердостью титана трудно работать, но он устойчив к экстремальным температурам. Его часто сплавляют с другими металлами, такими как никель и алюминий, для обеспечения высокого соотношения прочности и веса.
Производство компонентов горячей секции
Приточный вентилятор. Вентилятор должен быть прочным, чтобы не сломаться, если в него попадут крупные птицы или мусор. Он изготовлен из титанового сплава. Каждая лопасть вентилятора состоит из двух оболочек, изготовленных путем формования расплавленного титана в горячем прессе. Каждая обшивка лопасти приварена к ответной части, полая полость в центре которой заполнена титановыми сотами.
Диск компрессора. Это твердый сердечник, напоминающий зубчатое колесо, к которому крепятся лопатки компрессора. Он не должен иметь даже незначительных дефектов, так как они могут привести к проскальзыванию или развитию трещин под огромными нагрузками при работе двигателя. Компрессорные диски, которые исторически подвергались механической обработке, теперь изготавливаются с помощью процесса, называемого порошковой металлургией, который заключается в заливке расплавленного металла на быстро вращающийся поворотный стол, который разбивает расплавленный металл на миллионы микроскопических капель, которые почти сразу же отбрасываются обратно из-за вращения стола. Когда они покидают поворотный стол, температура капель падает на 2120 градусов по Фаренгейту (1000 градусов по Цельсию) за полсекунды, в результате чего они затвердевают и образуют очень мелкий металлический порошок, который слишком быстро затвердевает, чтобы поглощать примеси. Порошок упаковывается в формующий корпус и вибрирует в вакууме для удаления воздуха. Затем корпус запечатывают и нагревают под давлением 25 000 фунтов на квадратный дюйм в диск.
Лопатки компрессора. Эти лезвия по-прежнему формируются традиционными методами литья. Сплав заливают в керамическую форму, нагревают в печи и охлаждают. Форма ломается, и лезвия обрабатываются до окончательной формы, часто с жесткими допусками порядка 7 микрон.
Камеры сгорания. Камеры сгорания смешивают воздух и топливо в небольших объемах в течение длительных периодов времени при невероятных температурах. Титан сплавляют (для повышения пластичности), а затем нагревают до жидкого состояния перед заливкой в несколько сложных сегментных форм. Сегменты свариваются между собой после охлаждения и удаления.
Диск турбины и лопатки. Диск турбины изготовлен из той же порошковой металлургии, что и диск компрессора. Однако лопатки турбины подвергаются еще большей нагрузке из-за интенсивного нагрева камеры сгорания. Копии лопастей формируются путем заливки воска в металлические формы. После затвердевания восковую форму удаляют и погружают в ванну с керамическим шламом, образуя керамическое покрытие. Каждая группа форм нагревается, чтобы затвердеть керамика и расплавить воск. Затем расплавленный металл заливается в полость, оставленную расплавленным воском.
Металлические зерна лезвий затем выравниваются параллельно лезвию за счет направленного затвердевания, что важно из-за напряжений в лезвии. Если зерна выровнены правильно, лезвие сломается гораздо реже. Процесс затвердевания происходит в печах с компьютерным управлением в соответствии с точными спецификациями. Параллельные линии крошечных отверстий формируются в дополнение к внутренним охлаждающим каналам либо с помощью небольшого лазерного луча, либо с помощью искровой эрозии, когда искры осторожно проедают отверстия в лезвии.
Лопасти турбин подвергаются воздействию температур около 2500 градусов по Фаренгейту (1370 по Цельсию). При таких температурах возможны ползучесть, коррозия и усталостные разрушения. Термические барьерные покрытия, такие как алюминидные покрытия, разработанные в 1970-х годах, облегчают охлаждение. Керамические покрытия разработанные в 1980-х годах, улучшили рабочие характеристики лопаток примерно на 200 градусов по Фаренгейту и почти удвоили их срок службы. — жаропрочный сплав, используемый в лопатках турбин. Алюминид титана, химическое соединение с превосходными механическими свойствами при повышенных температурах, может заменить суперсплавы на основе никеля в лопатках турбин. отлиты Precision Castparts Corp.
Выхлопная система. Внутренний канал и камеры дожигания отлиты из титана, а внешний канал и гондола изготовлены из кевлара, при этом все компоненты сварены в сборочный узел.
Раздел II. Дефекты как в компонентах горячей секции, так и в процедурах безопасности могут привести к катастрофическим травмам
Неисправность в горячей секции, приводящая, например, к перелому лопасти во время полета или к чрезмерной ползучести, может привести к неконтролируемому отказу двигателя, среди другие катастрофические происшествия в полете, поставившие под угрозу жизнь. Интересное следствие, уникальное для очень немногих производственных предприятий, соблюдение самых безопасных производственных процессов сведет к минимуму как дефекты продукции, так и травмы рабочих, в первую очередь серьезные ожоги.
Мало что приводит к более высоким приговорам, затратам на компенсацию работникам или расчеты, чем ожоги
В тех отраслях, где «серьезные большие ожоги» могут быть произвольно определены как ожоги на всю толщину, превышающие 20% или более общей площади поверхности тела. (TBSA), расположение ожогов и относительная доступность определенных типов трансплантатов могут быть определяющими для исхода и напрямую коррелировать с судебным риском, урегулированием споров и приговорами. Наиболее проблематичными являются ожоги 4 -й -й степени на руках или лице, которые невозможно полностью вылечить с помощью современных хирургических технологий или терапевтических методов лечения.
Классификация кожных трансплантатов
Существует два распространенных типа кожных трансплантатов. Трансплантат расщепленной толщины (STSG) или сетчатый трансплантат включает эпидермис и часть дермы. Мешер делает отверстия в трансплантате, позволяя ему расшириться примерно в 9 раз по сравнению с первоначальным размером.
В качестве альтернативы полнослойный кожный трансплантат или листовой трансплантат, который включает в себя отслаивание и срезание кожи с донорского участка, более рискован с точки зрения отторжения. Тем не менее, вопреки интуиции, этот метод оставляет шрам только на донорском участке, заживает быстрее и менее болезненный, чем расщепленная пластика. Этот тип трансплантации, листовая трансплантация, должен использоваться для кистей рук и лица/головы, где сокращение трансплантата должно быть сведено к минимуму, и поэтому его чрезвычайно трудно достичь при больших ожогах TBSA.
Средства правовой защиты
Хотя законы о компенсации работникам, как правило, запрещают судебные процессы со стороны работников против своих работодателей, в случаях, когда исключительное положение о средствах правовой защиты в виде компенсации работникам не применяется, в Соединенных Штатах нередко выносятся вердикты о сжигании или мировые соглашения исчисляются миллионами. или даже десятки миллионов долларов. Обязательные СИЗ и передовые методы обеспечения безопасности при работе в условиях сверхвысоких температур могут свести к минимуму травмы, хотя практическая реальность такова, что устранение таких травм остается желательной целью.
Теплообмен и течение на конце лопатки первой ступени газовой турбины, вырабатывающей электроэнергию. Часть 1. Экспериментальные результаты | Дж. Турбомаш.
Пропустить пункт назначения навигации
Технические документы
Рональд С. Банкер,
Джереми С. Бейли,
Али А. Амери
Информация об авторе и статье
Представлено Международным институтом газовых турбин и представлено на 44-м Международном конгрессе и выставке газовых турбин и авиационных двигателей, Индианаполис, Индиана, 7–10 июня 1999 г. Рукопись получена Международным институтом газовых турбин, февраль 1999 г. Документ № 99- ГТ-169. Председатель обзора: Д. К. Вислер.
Дж. Турбомаш . Апрель 2000 г., 122(2): 263-271 (9 страниц)
https://doi.org/10.1115/1.555443
Опубликовано в Интернете: 1 февраля 1999
История статьи
Получено:
1 февраля 1999 г.
- Просмотры
- Содержание артикула
- Рисунки и таблицы
- Видео
- Аудио
- Дополнительные данные
- Экспертная оценка
- Делиться
- MailTo
- Твиттер
Иконка Цитировать Цитировать
Разрешения
- Поиск по сайту
Citation
Банкер, Р. С., Бейли, Дж. К., и Амери, А. А. (1 февраля 1999 г.). «Теплообмен и поток на конце лопатки первой ступени газовой турбины для производства электроэнергии: часть 1 — экспериментальные результаты». КАК Я. Дж. Турбомаш . апрель 2000 г.; 122(2): 263–271. https://doi.org/10.1115/1.555443
Скачать файл цитаты:
- Рис (Зотеро)
- Менеджер ссылок
- EasyBib
- Подставки для книг
- Менделей
- Бумаги
- КонецПримечание
- РефВоркс
- Бибтекс
- Процит
- Медларс
Расширенный поиск
Совместное экспериментальное и расчетное исследование было выполнено для исследования детального распределения коэффициентов конвективной теплоотдачи на поверхности законцовки лопатки первой ступени для геометрии, типичной для турбин большой мощности (>100 МВт). Эта статья посвящена планированию и выполнению экспериментальной части исследования, которая представляет собой первое опубликованное исследование для получения почти полной информации о поверхности о коэффициентах теплопередачи в среде, которая создает соответствующее распределение давления вокруг законцовки лопасти аэродинамического профиля и модели кожуха. . Был проведен эксперимент с каскадом стационарных лопастей, состоящим из трех аэродинамических профилей, причем центральный аэродинамический профиль имел переменный зазор между концевыми лопатками. Аэродинамический профиль моделирует аэродинамическую головку лопатки турбины высокого давления с числом Маха на входе 0,30, числом Маха на выходе 0,75, степенью сжатия 1,45, числом Рейнольдса на выходе на основе осевой хорды 2,57×106 и общим числом Маха 110 град. Жидкокристаллический метод определения оттенка используется для получения подробного распределения коэффициента теплопередачи на поверхности кончика лезвия для плоских и гладких поверхностей наконечника с острыми и закругленными краями. Уровень интенсивности турбулентности на входе в каскад принимал значения либо 5, либо 9 баллов.процент. Каскад также моделирует углубление кожуха в поверхности бандажа перед лопастью. Приведены результаты экспериментов по измерению распределения давления на аэродинамическом профиле вблизи концевой щели, на поверхности законцовки лопатки и на противоположной поверхности бандажа. Распределения коэффициента теплопередачи поверхности наконечника показаны для геометрии наконечника с острыми краями и закругленными краями на каждом из уровней интенсивности турбулентности на входе. [S0889-504X(00)01902-4]
Раздел выпуска:
Технические документы
Ключевые слова:
газовые турбины, моделирование потока, теплопередача, конвекция, Число Маха, турбулентность
Темы:
Лопасти, Зазоры (Инженерные), Поток (Динамика), Теплопередача, Давление, Коэффициенты теплопередачи, аэродинамические поверхности, Каскады (гидродинамика), турбулентность, Газовые турбины
1.
Lakshminarayana
,
B.
,
1970
, «
Методы прогнозирования эффектов разрезания кончика в осевом потоке Turbomacominery
,
ASME J. Basic Eng Eng.
,
92
, стр.
467
–
482
.
2.
Стенд
,
ТК
,
Додж
,
P. R.
и
Hepworth
,
H. K.
,
1982
, «
Утечка ротора: часть I-Basic Medology
»,
Asme J. Eng. Мощность
,
104
, стр.
154
–
161
.
3.
Wadia
,
A. R.
, и
Стенд
,
T. C.
,
1982
, «
Утечка через наконечник ротора: Часть II — Оптимизация конструкции с помощью анализа вязкости и эксперимента
»,
ASME J. Eng. Мощность
,
104
, стр.
162
–
169
.
4.
Мур
,
Дж.
,
Мур
,
Дж. Г.
2
Генри 00005,
G. S.
и
Chaudhry
,
U.
,
1989
, «
Поток и тепловая передача в турбине. .
,
111
, стр.
301
–
309
.
5.
Sjolander
,
S. A.
и
Cao
,
D.
,
1995
, «
Измерения потока в идеализированном зазоре наконечника турбины
»,
ASME J. Turbomach.
,
117
, стр.
578
–
584
.
6.
Кайзер И. и Биндон Дж. П., 1997 г., «Влияние зазора наконечника на развитие потерь за ротором и последующим соплом», Документ ASME № 97-GT-53.
7.
Seban
,
R. A.
,
1965
, «
Теплопередача и поток в мелкой прямоугольной полости с дозвуковым турбулентным потоком воздуха
,
Int. J. Тепломассообмен.
,
8
, стр.
1353
–
1368
.
8.
Mayle, R.E., and Metzger, D.E., 1982, «Теплопередача на кончике лопатки турбины без кожуха», Проц. Седьмой межд. Конф. теплопередачи. , Hemisphere Pub., стр. 87–92.
9.
Metzger
,
D. E.
,
Bunker
,
R. S.
, and
Chyu
,
M. K.
,
1989
, “
Теплообмен полости на поперечной рифленой стенке в узком канале
”,
ASME J. Lubr. Технол.
,
111
, стр.
73
–
79
.
10.
Chyu
,
M. K.
,
Moon
,
H. K.
, and
Metzger
,
D. E.
,
1989
, “
Теплообмен в концевой области лопаток турбины с желобками
»,
ASME J. Теплообмен
,
111
, стр.
131
–
138
.
11.
Ян, Т. Т., и Диллер, Т. Е., 1995, «Теплопередача и поток для наконечника лопатки турбины с канавками в трансзвуковом каскаде», Документ ASME № 95-WA/HT-29.
12.
Metzger
,
D. E.
,
Dunn
,
M. G.
, and
Hah
,
C.
,
1991
, «
Теплопередача наконечника и кожуха турбины
»,
ASME J. Turbomach.
,
113
, стр.
502
–
507
.
13.
METZGER
,
D. E.
и
RED
,
K.
,
1989
, «
ОТДЕЛ ВЛИЯНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ TURBINE DALE LAKEGAGE на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проход на проходной Теплопередача вблизи кончиков лопастей: Часть I — Эффект стока на стороне нагнетания лопасти
»,
ASME J. Turbomach.
,
111
, стр.
284
–
292
.
14.
Rued
,
K.
, and
Metzger
,
D. E.
,
1989
, “
The Influence of Turbine Clearance Gap Leakage on Passage Velocity and Теплопередача вблизи кончиков лопаток: Часть II. Влияние исходного потока на стороны всасывания лопаток
»,
ASME J. Turbomach.
,
111
, стр.
293
–
300
.
15.
Kim
,
Y. W.
,
Abdel-Messeh
,
W.
,
Downs
,
I. F.
,
Soechting
,
Ф. О.
,
Штойбер
,
G. D.
и
Tanrikut
,
S.
,
1995
, «
Резюме охлажденного турбинного теплоизветка и эффективность
»,
ASME J. Turbomach.
,
117
, стр.
1
–
11
.
16.
Чью
,
M. K.
,
METZGER
,
D. E.
и
Hwan
,
C. L.
,
,
.
Дж. Термофиз.
,
1
, №
3
, с.
17.
Амери А. А. и Стейнторссон Э., 19 лет95, «Прогноз теплопередачи кончиков лопастей ротора без кожуха», документ ASME № 95-GT-142.
18.
Амери, А. А., и Стейнторссон, Э., 1996 г., «Анализ теплопередачи наконечника лопатки ротора газовой турбины и кожуха», Документ ASME № 96-GT-189.
19.
Ameri
,
A.
,
Rigby
,
D. L.
, and
Steinthorsson
,
E.
,
1998
, «
Влияние наконечника шумоглушителя на теплопередачу и эффективность ротора
»,
ASME J. Turbomach.
,
120
, стр.
753
–
759
.
20.
Ameri
,
A. A.
,
Steinthorsson
,
E.
и
Ригби
,
D.
,
,
D.
,
9,D. L.
,
,
D.
,
,
D.
,
,
D.
,
,
D. L.
,
,
.0002 1999
, «
Влияние зазора наконечника и углубления в корпусе на теплопередачу и эффективность ступеней в осевых турбинах
»,
ASME J. Turbomach.
,
121
, стр.
683
–
693
.
21.
Ameri
,
A. A.
и
Bunker
,
R. S.
,
2000
, «
,
2000
9,«0005Теплообмен и поток на конце лопатки первой ступени газовой турбины, вырабатывающей электроэнергию: Часть 2. Результаты моделирования
”,
ASME J. Turbomach.
,
122
, стр.
272
–
277
.
22.
Холлингсворт, Д. К., Боеман, А. Л., Смит, Э. Г., и Моффат, Р. Дж., 1989 г., «Измерение распределения температуры и коэффициента теплопередачи в сложном потоке с использованием жидкокристаллической термографии и обработки изображений в истинном цвете», Сборник статей по теплопередаче , ASME, стр. 35–42.
23.
Фарина, Д. Дж., и Моффат, Р. Дж., 1994, «Система для измерения температуры с использованием термохромных жидких кристаллов», отчет № HMT-48, отдел термонаук, Стэнфордский университет.
24.
Farina
,
D. J.
,
Hacker
,
J. M.
,
MOFFAT
,
R. J.
.0010, иEaton
,
J. K.
,
1994
, «
Иллюминантная инвариантная калибровка термохромных жидких кристаллов
,»
Exp. Терм. Науки о жидкости.
,
9
, стр.
1
–
9
.
25.
Клайн, С.Дж., и МакКлинток, Ф.А., 1953, «Описание неопределенностей в экспериментах с одним образцом», Машиностроение , Том. 75, январь, стр. 3–8.
26.
Boelter, L.M.K., Young, G., and Iversen, H.W., 1948, «Исследование авиационных обогревателей XXVII — распределение скорости теплопередачи во входной зоне трубы», NACA TN 1451.
27.
Kays, W.M., and Crawford, M.E., 1980, Convective Heat and Mass Transfer , 2-е изд., McGraw-Hill, p. 269.
В настоящее время у вас нет доступа к этому содержимому.
25,00 $
Покупка
Товар добавлен в корзину.
Проверить Продолжить просмотр Закрыть модальный режимГазотурбинная теплопередача: Десять оставшихся проблем пути горячего газа | Дж. Турбомаш.
Пропустить пункт назначения навигации
Обзор технологий
Рональд С. Банкер
Информация об авторе и статье
Дж. Турбомаш . Апрель 2007 г., 129(2): 193-201 (9 страниц)
https://doi.org/10.1115/1.2464142
Опубликовано в Интернете: 16 июля 2006 г.
История статьи
Получено:
12 июля 2006 г.
Пересмотрено:
16 июля 2006 г.
- Просмотры
- Содержание артикула
- Рисунки и таблицы
- Видео
- Аудио
- Дополнительные данные
- Экспертная оценка
- Делиться
- MailTo
- Твиттер
Иконка Цитировать Цитировать
Разрешения
- Поиск по сайту
Цитата
Бункер, Р. С. (16 июля 2006 г.). «Теплопередача газовой турбины: десять оставшихся проблем на пути горячего газа». КАК Я. Дж. Турбомаш . апрель 2007 г.; 129(2): 193–201. https://doi.org/10.1115/1.2464142
Скачать файл цитаты:
- Рис (Зотеро)
- Менеджер ссылок
- EasyBib
- Подставки для книг
- Менделей
- Бумаги
- КонецПримечание
- РефВоркс
- Бибтекс
- Процит
- Медларс
Расширенный поиск
Усовершенствование системы охлаждения турбины позволило конструкции двигателя превысить нормальные предельные значения температуры материала, но при этом возникли сложности, которые значительно усугубили тепловые проблемы. Конструкция охлаждаемых компонентов последовательно имеет тенденцию к более высоким тепловым нагрузкам, более высоким температурным градиентам сквозь стенки и более высоким температурным градиентам в плоскости. Настоящее обсуждение направлено на определение десяти основных тепловых проблем или возможностей, которые остаются сегодня для тракта горячего газа турбины (HGP). Эти тепловые проблемы широко известны в их самых общих формах, но некоторые из них, как правило, мало обсуждаются непосредственно применительно к газовым турбинам. К ним относятся равномерность внутреннего охлаждения, окончательное пленочное охлаждение, микроохлаждение, уменьшенный падающий тепловой поток, вторичные потоки в качестве первичного охлаждения, контурные газовые каналы, снижение тепловых напряжений, регулируемое охлаждение, системы камера сгорания-турбина с низким уровнем выбросов и регенеративное охлаждение. Эволюционные или революционные достижения, касающиеся этих вопросов, в конечном итоге потребуются в реализуемых инженерных формах для газовых турбин, чтобы прорваться на новый уровень производительности. В этом заключается вызов исследователям и проектировщикам. Цель этого резюме состоит в том, чтобы предоставить краткий обзор этих проблем и некоторых из последних направлений их решения в качестве начального руководства и стимула для дальнейших исследований.
Раздел выпуска:
Обзор технологий
Ключевые слова:
газовые турбины, термические напряжения, охлаждение
Темы:
Охлаждение, Турбины, Газовые турбины, Поток (Динамика), пленочное охлаждение, Теплопередача, Дизайн, Крылья
1.
Zhang
,
N.
,
Yang
,
W. J.
и
Lee
,
C. P.
, 1993, «
9002 Поточные сети с несколькими пересечениями”,
Exp. Теплообмен
0891-6152,
6
, стр.
243
–
257
.
2.
Gillespie
,
D.
,
Wang
,
Z.
,
Ирландия
,
P.
,
,
,
,02
, и
,
.
,
,
.
, 1996, «
Полноповерхностные локальные измерения коэффициента теплопередачи в модели цельнолитой геометрии охлаждения столкновением
»,
ASME J. Turbomach.
0889-504Х,
120
, стр.
92
–
99
.
3.
Bunker
,
R. S.
,
Bailey
,
J. C.
,
Lee
,
C. P.
, and
Stevens
,
C. W.
, 2004 г., «
Сетевое (сетчатое) охлаждение для аэродинамических профилей турбин
», IGTI Turbo Expo, Вена, документ ASME № GT2004-54260.
4.
Bunker
,
R. S.
, 2005, «
Обзор технологии охлаждения пленки в форме турбины
»,
127777777777777777777777777777777777777777777777777777779.
0022-1481.
, стр.
441
–
453
.
5.
Moser
,
S.
,
Ivanisin
,
M.
,
Woisetschlaeger
,
J.
и
Jericha
,
H.
, 2000, «
Новое разработка охлаждения лезвия
», IGTI Turbo Expo, Munich, Asme Paper № 2000- ГТ-242.
6.
SARGISON
,
J. E.
,
GUO
,
S. M.
,
,
M. L. G.
,
,
M. L. G.
,
,
M. L. G.
,
,
M. L. G.
,
,
M. L. G.
,
,
М.0005
,
G. D.
и
Rawlinson
,
A. J.
, 2001, «
Геометрия охлаждения пленки с сходящейся лотереи. », IGTI Turbo Expo, Новый Орлеан, документ № 2001-GT-0126.
7.
FRIC
,
T. F.
и
Campbell
,
R. P.
, 2002, «
Метод для улучшения эффективности охлаждения газового охлаждающего потока, который прокатится к аттестату. и сопутствующие товары
», патент США № 6,383,602.
8.
Бункер
,
RS
, 2002 г., «
Эффективность пленочного охлаждения за счет дискретных отверстий в поперечном поверхностном слоте
, бумага ASTIG-ME No. Expo», Амстердам -30178.9.
NASIR
,
H.
,
Acharya
,
S.
и
Ekkad
,
и
Ekkad
,
и
,
и
0002 S.
, 2001, «
Пленочное охлаждение из одного ряда цилиндрических угловых отверстий с треугольными выступами, имеющими разную ориентацию
», IGTI Turbo Expo, Новый Орлеан, документ ASME № 2001-GT-0124.
10.
Sweeney
,
P. C.
, и
Rhodes
,
J. P.
, 1999, «
. Инфракрасная техника для оценки Turbine Airfoil Defensing Devisets
1010101010101010 гг.0005
ASME J. Turbomach.
0889-504X,
122
, стр.
170
–
177
.
11.
Nakamata
,
C.
,
Okita
,
Y.
,
Matsuno
,
S.
,
Mimura
,
Ф.
,
Мацусита
,
М.
,
Yamana
,
T.
и
YOSHIDA
,
T.
, 2005, «
Spatial Arenge Deportence of Cooling производительность интегрированной Impipment and Pine Finsing Cooling Cooling Speication.
», IGTI Turbo Expo, Рено-Тахо, документ ASME № GT2005-68348.
12.
Хейл
,
К. А.
,
Плесняк
,
M. W.
и
Ramadhyani
,
S.
, 1999, «
Эффективность охлаждения пленки для охлаждения короткого пленки, накормыми узким пленом
»,
Asme J. Turbomach.
0889-504X,
122
, стр.
553
–
557
.
13.
Battisti
,
L.
, 2002, “
Управление пограничным слоем аэродинамических профилей
», патент США № 6,488,238.
14.
Wolf
,
J.
и
Moskowitz
,
S.
, 1983, «
Развитие транспирации турбины с воздушным циклом для высокой громкой газа
. Потоки
»,
ASME J. Eng. Мощность
0022-0825,
105
, стр.
821
–
825
.
15.
Novikov
,
A. S.
,
Meshkov
,
S. A.
и
Sabaeav
,
G. V.
, 1988, «
G. V.
, 1988,«
G. V.
, 1988, «
G. V.
, 1988,«
G. V.
, 1988, «
,
г. Конструкционные электронно-лучевые покрытия
»,
Электронно-лучевые и газотермические покрытия
,
Патон ИЭВ
,
Киев
90 90 90 0 0 с.0005–
96
.
16.
Bunker
,
R. S.
, 1997, «
Отдельные и комбинированные эффекты шероховатости поверхности и интенсивности турбулентности на теплопередачи Vane
», 1997 Международная конференция газовой турбины, Orlando, Asme Paper No 97-ГТ-135.
17.
Bons
,
J. P.
, 2002, “
St и Cf Увеличение для реальной шероховатости турбины с повышенной турбулентностью набегающего потока
»,
ASME J. Turbomach.
0889-504X,
124
, стр.
632
–
644
.
18.
Bunker
,
RS
, 2003 г., «
Влияние величины шероховатости термобарьерного покрытия на теплопередачу с и без учета потока», Вашингтонская механическая конференция,
5,
5 Документ ASME № IMECE2003-41073. 19.
Morant GmbH, брошюра по продукту Ceral 3450sc, Грассау, Германия.
20.
Stowell
,
W. R.
,
Nagaraj
,
B. A.
,
Lee
,
C. P.
,
Ackerman
,
J. F.
и
Израиль
,
R. S.
, 2002, «
Усовершенствованная система покрытия для аэродинамических профилей турбин»
», патент США № 6,394,755.
21.
HSING
,
Y. C.
,
Chyu
,
M. K.
и
Bunker
,
R.
, 1998, 1998, «
,
. S.
, 1998, 1998,
,
. Характеристики утечки через зазор на смещенной границе раздела компонентов с использованием термографической системы флуоресцентной визуализации с люминофором
», Конференция IGTI, Стокгольм, ASME Paper No. 98-ГТ-132.
22.
Piggush
,
J. D.
и
Simon
,
T. W.
, 2005, «
.
», IGTI Turbo Expo, Рино-Тахо, документ ASME № GT2005-68340.
23.
Cardwell
,
Н.Д.
,
Сундарам
,
N.
и
Thole
,
K. A.
, 2005, «
Влияние шероховатости и промежутка в середине промежутка на эндшт-пленке
», Igti Turbo, Reno-Tahoe, Документ ASME № GT2005-68900.
24.
Zhang
,
L. J.
и
JAISWAL
,
R. S.
, 2001, «
Turbine Nofz0005
»,
ASME J. Turbomach.
0889-504X,
123
, стр.
730
–
738
.
25.
Lethander
,
A. T.
,
Thole
,
K. A.
,
Zess
,
G.
, and
Wagner
,
J.
, 2003, «
Оптимизация соединения лопаток и торцевых стенок для снижения адиабатических температур стенок в проходе лопаток турбины
», IGTI Turbo Expo, Атланта, документ ASME № GT2003–38939.
26.
Rose
,
M. G.
,
Harvey
,
N. W.
,
Seaman
,
P.
,
Newman
,
D. A.
, и
McManus
,
D.
, 2001 г., «
Повышение эффективности турбины Trent 500 HP с использованием неосесимметричных торцевых стенок — часть II: экспериментальная проверка.0005
», IGTI Turbo Expo, Новый Орлеан, документ ASME № 2001-GT-0505.
27.
Maciejewski
,
P. K.
, и
Rivir
,
R. B.
, 1994, «
Эффекты поверхностных римблс и турбийс-лишенность в тепловой передаче на тепловой Cascade
», IGTI Turbo Expo, Гаага, документ ASME № 94-GT-245.
28.
Бункер
,
Р. С.
, 2001, «Аэродинамический профиль
с уменьшенной тепловой нагрузкой
», патент США № 6,183,197.
29.
Lafleur
,
R. S.
,
Whitten
,
T. S.
и
Araujo
,
J. A.
, 19999, 19999,
,
J. A. A.
, 19999, 19999,
,
. Уменьшение переноса с помощью Iceform Contouring
», IGTI Turbo Expo, Индианаполис, документ ASME № 99-GT-422.
30.
Sellers
,
R. R.
,
Soechting
,
F. O.
,
Huber
,
F. W.
, and
Auxier
,
T. A.
, 1998, «
Охлаждаемые лопатки для газотурбинного двигателя
», патент США № 5,720,431.
31.
Дейли
,
Г. М.
,
McCall
,
R. A.
и
Evans
,
P. A.
, 2000, «
COOLEDAPOIL для газового туребинного двигателя
», европейский патент. 432-А2.
32.
PIDCOCK
,
A.
,
Cooper
,
S. M.
и
Fry
,
P.
, 1995, «
010, P.
, 1995,«
010, P.
, 1995, «
,
P.
, 1995,«
,
P.0005
Съемная гильза камеры сгорания для камеры сгорания газотурбинного двигателя
», патент США № 5,435,139.
33.
Шериф
,
H. S.
, и
Zumbrunnen
,
D. A.
, 1994, «
Влияние пульсов проточных пульсов на эффект охлаждения на обрушивающий джут
011011011011020102 гг. R. S. A. A. W.ASME J. Теплообмен
0022-1481,
116
, стр.
886
–
895
.
34.
Bons
,
J. P.
,
Rivir
,
R. B.
,
MacArthur
,
C. D.
, and
Pestian
,
D. J.
, 1995, «
Влияние нестабильности на эффективность пленочного охлаждения
», 33-е совещание по аэрокосмическим наукам, Рино, AIAA Paper No. 95-0306.
35.
Kirk
,
D. R.
,
Guenette
,
G. R.
,
Lukachko
,
S. P.
, and
Waitz
,
I. A.
, 2002 г., «
Газотурбинный двигатель. Влияние на долговечность камер сгорания с высоким соотношением топлива и воздуха. Часть 2: Влияние пристеночной реакции на теплопередачу пленочного охлаждения
»,
ASME J. Eng. Газовые турбины Мощность
0742-4795,
125
, стр.
751
–
759
.
36.
Roquemore
,
W. M.
,
Shouse
,
D.
,
Burrus
,
D.
,
Johnson
,
A.
,
Купер
,
C.
,
Дункан
,
B.
,
Hsu
,
K. Y.
,
Katta
,
V. R.
,
Sturgess
,
G. J.
, and
Vihinen
,
I.
, 2001, «Концепция
вихревой камеры сгорания для газотурбинных двигателей
», 39-е совещание AIAA по аэрокосмическим наукам, Рено, документ ASME № 2001-0483.
37.
Публичные отчеты для Министерства энергетики США, контракт № DE-FC26-01NT41020.
38.
Bailey
,
J. C.
,
Intile
,
J.
,
Tolpadi
,
A.
,
Fric
,
Т.
,
Нирмалан
,
Н.В.
, и
Бункер
,
RS
, 2002, «
Экспериментальное и численное исследование теплообмена в футеровке камеры сгорания газовой турбины
»,
ASME J. Eng. Мощность газовых турбин
0742-4795,
125
, стр.
994
–
1002
.
39.
Farmer
,
R.
и
Fulton
,
K.
, 1995, «
Дизайн 60% Чистая эффективность в кадре 7∕9.H CCGT
, ”
Gas Turbine World
,
25
(
3
), стр.
12
—
20 0005
.
40.
McQuiggan
,
G.
и
Southall
,
L. R.
, 1998, «
Эволюционный подход к разработке новых Advanced Gas Turbines
,
” IGTI Turbo Expo, Стокгольм, ASME Paper No. 98-ГТ-223.
41.
Гробейнберри
,
G. A.
, и
Leonard
,
G. L.
, 1999, «
Система и метод обеспечения чистого фильтровального воздуха на горячую крылью на газонешке
и метод обеспечения чистого фильтру Турбинный двигатель
», патент США № US5
8.42.
Coffinberry
,
G. A.
, 1995, «
Система охлаждения газотурбинного двигателя
», патент США № US53
.
43.
Бункер
,
Р. С.
, 1997, «
Замкнутая турбина с воздушным охлаждением
9.С9010», Пат.44.
Zuo
,
Z. J.
,
Faghri
,
A.
и
Langston
,
L.
1101010101017, 1997, 1997,,
L. S.1101010101010, 1997, 1997,
,
L. S.1101010101010101017, 1997, 1997,
,
L.110, 1997, 1997, 1997,
,
L. 110, 1997, 1997,
. Охлаждение лопаток турбины с тепловой трубой
», Конгресс IGTI Turbo Expo, Орландо, документ ASME № 97-GT-443.
45.
Ling
,
J.
,
CAO
,
Y.
,
Rivir
,
. B.
, и
MACTARTHIRTH
.050101010 и,
.
, и
,
.
, и
.
C.D.
, 2004, «
Аналитические исследования вращающихся дисков с вращающимися тепловыми трубками и без них
»,
ASME J. Eng. Мощность газовых турбин
0742-4795,
126
, стр.
680
–
683
.
46.
Kerrebrock
,
J. L.
и
Stickler
,
D. B.
, 1998, «
Vaporization Охлаждение для газовых турбин. Turbo Expo, Стокгольм, документ ASME № 98-GT-177.
В настоящее время у вас нет доступа к этому содержимому.
$25,00
Покупка
Товар добавлен в корзину.
Проверить Продолжить просмотр Закрыть модальный режимНовый тепловой двигатель без движущихся частей так же эффективен, как паровая турбина
Новый тепловой двигатель без движущихся частей так же эффективен, как паровая турбина
Дженнифер Чу | Офис новостей Массачусетского технологического института 13 апреля 2022 г.
FacebookTwitterLinkedInGoogle PlusЭлектронная почта
Инженеры Массачусетского технологического института и Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) разработали тепловую машину без движущихся частей. Их новые демонстрации показывают, что он преобразует тепло в электричество с эффективностью более 40 процентов, что лучше, чем у традиционных паровых турбин.
Тепловая машина представляет собой термофотоэлектрический (TPV) элемент, похожий на фотоэлектрические элементы солнечной панели, который пассивно улавливает фотоны высокой энергии от раскаленного добела источника тепла и преобразует их в электричество. Дизайн команды может генерировать электричество из источника тепла с температурой от 1900 до 2400 градусов по Цельсию или примерно до 4300 градусов по Фаренгейту.
Термофотоэлектрический элемент (TPV) (размер 1 см x 1 см), установленный на радиаторе, предназначен для измерения эффективности элемента TPV. Для измерения КПД на ячейку воздействуют излучателем и проводятся одновременные измерения электрической мощности и теплового потока через устройство. Кредит изображения: Феличе Франкель Исследователи планируют включить элемент TPV в тепловую батарею сетевого масштаба. Система будет поглощать избыточную энергию из возобновляемых источников, таких как солнце, и хранить эту энергию в сильно изолированных банках горячего графита. Когда необходима энергия, например, в пасмурные дни, элементы TPV будут преобразовывать тепло в электричество и передавать энергию в электросеть.
С новой ячейкой TPV команда успешно продемонстрировала основные части системы в отдельных небольших экспериментах. Они работают над интеграцией частей, чтобы продемонстрировать полностью работающую систему. Оттуда они надеются масштабировать систему, чтобы заменить электростанции, работающие на ископаемом топливе, и создать полностью обезуглероженную энергосистему, полностью снабжаемую возобновляемой энергией.
«Термофотоэлектрические элементы стали последним важным шагом на пути к демонстрации того, что тепловые батареи являются жизнеспособной концепцией, — говорит Асегун Генри, профессор Роберта Н. Нойса по развитию карьеры на факультете машиностроения Массачусетского технологического института. «Это абсолютно важный шаг на пути к распространению возобновляемой энергии и переходу к полностью обезуглероженной сети».
Генри и его сотрудники опубликовали свои результаты сегодня в журнале Nature . Соавторами в Массачусетском технологическом институте являются Алина ЛаПотин, Кевин Шульте, Кайл Бузницкий, Колин Келсолл, Эндрю Роскопф и Эвелин Ванг, профессор инженерии Форда и глава факультета машиностроения, а также сотрудники NREL в Голдене, штат Колорадо.
Преодоление пробела
Более 90 процентов электроэнергии в мире вырабатывается из таких источников тепла, как уголь, природный газ, ядерная энергия и концентрированная солнечная энергия. В течение столетия паровые турбины были промышленным стандартом для преобразования таких источников тепла в электричество.
В среднем паровые турбины надежно преобразуют около 35 процентов тепла в электричество, при этом около 60 процентов представляют собой самый высокий КПД любого теплового двигателя на сегодняшний день. Но механизм зависит от движущихся частей, температура которых ограничена. Источники тепла с температурой выше 2000 градусов по Цельсию, такие как система тепловых батарей, предложенная Генри, были бы слишком горячими для турбин.
В последние годы ученые изучают твердотельные альтернативы — тепловые двигатели без движущихся частей, которые потенциально могут эффективно работать при более высоких температурах.
«Одним из преимуществ твердотельных преобразователей энергии является то, что они могут работать при более высоких температурах с меньшими затратами на техническое обслуживание, поскольку в них нет движущихся частей, — говорит Генри. «Они просто сидят и надежно генерируют электроэнергию».
Термофотоэлектрические элементы предложили один из путей исследования твердотельных тепловых двигателей. Подобно солнечным элементам, элементы TPV могут быть изготовлены из полупроводниковых материалов с определенной шириной запрещенной зоны — зазором между валентной зоной материала и его зоной проводимости. Если фотон с достаточно высокой энергией поглощается материалом, он может вытолкнуть электрон через запрещенную зону, где электрон затем может провести, и, таким образом, генерировать электричество — без движения роторов или лопастей.
На сегодняшний день эффективность большинства TPV-элементов достигла лишь около 20 процентов, а рекорд — 32 процента, поскольку они были изготовлены из материалов с относительно узкой запрещенной зоной, которые преобразуют низкотемпературные низкоэнергетические фотоны и, следовательно, преобразуют энергию менее эффективно.
Ловля света
В своей новой конструкции TPV Генри и его коллеги стремились улавливать фотоны с более высокой энергией из источника тепла с более высокой температурой, тем самым более эффективно преобразовывая энергию. Новая ячейка команды делает это с материалами с большей шириной запрещенной зоны и несколькими соединениями или слоями материала по сравнению с существующими конструкциями TPV.
Ячейка изготовлена из трех основных областей: сплава с высокой шириной запрещенной зоны, который находится поверх сплава с чуть меньшей шириной запрещенной зоны, под которым находится зеркальный слой золота. Первый слой захватывает фотоны с самой высокой энергией источника тепла и преобразует их в электричество, в то время как фотоны с более низкой энергией, проходящие через первый слой, захватываются вторым и преобразуются для добавления к генерируемому напряжению. Любые фотоны, которые проходят через этот второй слой, затем отражаются зеркалом обратно к источнику тепла, а не поглощаются в виде потерянного тепла.
Команда проверила эффективность ячейки, поместив ее над датчиком теплового потока — устройством, которое непосредственно измеряет тепло, поглощаемое ячейкой. Они подвергали клетку воздействию высокотемпературной лампы и концентрировали свет на ячейке. Затем они меняли интенсивность лампы или температуру и наблюдали, как энергоэффективность элемента — количество производимой им энергии по сравнению с поглощаемым им теплом — менялась в зависимости от температуры. В диапазоне от 1900 до 2400 градусов по Цельсию новый элемент TPV сохранял эффективность около 40 процентов.
«Мы можем добиться высокой эффективности в широком диапазоне температур, характерных для тепловых батарей», — говорит Генри.
Клетка в экспериментах размером около квадратного сантиметра. Генри предполагает, что для системы тепловых батарей масштаба сети ячейки TPV должны будут масштабироваться примерно до 10 000 квадратных футов (около четверти футбольного поля) и будут работать на складах с климат-контролем, чтобы получать энергию от огромных банков хранимых данных. солнечная энергия. Он указывает, что существует инфраструктура для производства крупномасштабных фотоэлектрических элементов, которые также могут быть адаптированы для производства TPV.
Это исследование было частично поддержано Министерством энергетики США.
турбина | Определение, типы и факты
ветряные турбины
Смотреть все СМИ
- Ключевые люди:
- Жан-Виктор Понселе
- Связанные темы:
- газотурбинный двигатель ветряная мельница мощность удельная скорость реактивная турбина импульсная турбина
Просмотреть весь связанный контент →
Резюме
Прочтите краткий обзор этой темы
турбина , любое из различных устройств, преобразующих энергию потока жидкости в механическую энергию. Преобразование обычно осуществляется путем пропускания жидкости через систему стационарных каналов или лопастей, которые чередуются с каналами, состоящими из реберных лопастей, прикрепленных к ротору. Организовав поток таким образом, что тангенциальная сила или крутящий момент воздействует на лопасти ротора, ротор вращается и совершается работа.
Турбины можно разделить на четыре основных типа в зависимости от используемых жидкостей: вода, пар, газ и ветер. Хотя одни и те же принципы применимы ко всем турбинам, их конкретные конструкции достаточно различаются, чтобы заслуживать отдельного описания.
Водяная турбина использует потенциальную энергию, возникающую в результате разницы высот между водохранилищем выше по течению и уровнем воды на выходе из турбины (отводящий канал), для преобразования этого так называемого напора в работу. Водяные турбины являются современными преемниками простых водяных колес, которым около 2000 лет. Сегодня гидротурбины в основном используются для производства электроэнергии.
Однако наибольшее количество электроэнергии вырабатывается паровыми турбинами, соединенными с электрическими генераторами. Турбины приводятся в движение паром, вырабатываемым либо в генераторе, работающем на ископаемом топливе, либо в атомном генераторе. Энергию, которую можно извлечь из пара, удобно выражать через изменение энтальпии на турбине. Энтальпия отражает как тепловую, так и механическую формы энергии в процессе течения и определяется как сумма внутренней тепловой энергии и произведения давления на объем. Доступное изменение энтальпии через паровую турбину увеличивается с температурой и давлением парогенератора и с пониженным давлением на выходе из турбины.
Викторина «Британника»
Энергия и ископаемое топливо
От ископаемого топлива и солнечной энергии до электрических чудес Томаса Эдисона и Николы Теслы — мир живет за счет энергии. Используйте свои природные ресурсы и проверьте свои знания об энергии в этой викторине.
Для газовых турбин энергия, извлекаемая из жидкости, также может быть выражена через изменение энтальпии, которое для газа почти пропорционально перепаду температуры на турбине. В газовых турбинах рабочим телом является воздух, смешанный с газообразными продуктами сгорания. Большинство газотурбинных двигателей включают как минимум компрессор, камеру сгорания и турбину. Обычно они монтируются как единое целое и работают как полный первичный двигатель в так называемом открытом цикле, когда воздух всасывается из атмосферы, а продукты сгорания, наконец, снова выбрасываются в атмосферу. Поскольку успешная работа зависит от интеграции всех компонентов, важно рассматривать все устройство, которое на самом деле является двигателем внутреннего сгорания, а не только турбину. По этой причине газовые турбины рассматриваются в статье как двигатели внутреннего сгорания.
Энергия ветра может извлекаться с помощью ветряной турбины для производства электроэнергии или для откачки воды из колодцев. Ветряные турбины являются преемниками ветряных мельниц, которые были важными источниками энергии с позднего средневековья до 19 века.
Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас
Fred Landis
Водяные турбины обычно делятся на две категории: (1) импульсные турбины, используемые для высокого напора воды и низкого расхода, и (2) реактивные турбины, обычно используемые для напора ниже 450 метров и умеренного или высокого скорости потока. Эти два класса включают в себя основные широко используемые типы, а именно импульсную турбину Пелтона и реактивные турбины типа Фрэнсиса, пропеллерные, Каплана и Дериаза. Турбины могут быть расположены как с горизонтальным, так и, чаще, с вертикальным валом. Для каждого типа возможны широкие конструктивные изменения для соответствия конкретным местным гидравлическим условиям. Сегодня большинство гидравлических турбин используются для выработки электроэнергии на гидроэлектростанциях.
Импульсные турбины
В импульсных турбинах потенциальная энергия или напор воды сначала преобразуется в кинетическую энергию путем выпуска воды через сопло правильной формы. Струя, выбрасываемая в воздух, направляется на изогнутые ковши, закрепленные на периферии рабочего колеса, для извлечения энергии воды и преобразования ее в полезную работу.
Современные импульсные турбины основаны на конструкции, запатентованной в 1889 году американским инженером Лестером Алленом Пелтоном. Свободная струя воды ударяется о лопатки турбины по касательной. Каждый ковш имеет высокий центральный гребень, так что поток разделяется так, что желоб остается с обеих сторон. Колеса пелтона подходят для высокого напора, обычно более 450 метров, при относительно низком расходе воды. Для максимальной эффективности скорость кончика литника должна равняться примерно половине скорости ударной струи. КПД (работа, производимая турбиной, деленная на кинетическую энергию свободной струи) может превышать 91 процент при работе с 60–80 процентами полной нагрузки.
Мощность данного колеса можно увеличить, используя более одного жиклера. Двухструйные устройства являются общими для горизонтальных валов. Иногда на один вал монтируются два отдельных бегунка, приводящих в движение один электрогенератор. Агрегаты с вертикальным валом могут иметь четыре или более отдельных форсунок.
Если электрическая нагрузка на турбину изменяется, ее выходная мощность должна быть быстро отрегулирована в соответствии с потребностями. Это требует изменения расхода воды, чтобы поддерживать постоянную скорость генератора. Скорость потока через каждую форсунку регулируется расположенным в центре копьем или иглой тщательной формы, которая скользит вперед или назад под управлением гидравлического серводвигателя.
Надлежащая конструкция иглы гарантирует, что скорость воды, выходящей из форсунки, остается практически неизменной независимо от отверстия, обеспечивая почти постоянную эффективность в большей части рабочего диапазона. Нецелесообразно резко уменьшать расход воды, чтобы соответствовать уменьшению нагрузки. Это может привести к разрушительному скачку давления (гидравлическому удару) в подающем трубопроводе или затворе. Таких всплесков можно избежать, добавив временное разливное сопло, которое открывается, когда основное сопло закрывается, или, что чаще, частично вставляя дефлекторную пластину между струей и колесом, отводя и рассеивая часть энергии, пока игла медленно закрывается.
Еще один тип импульсной турбины — турботурбина. Струя падает под косым углом на бегунок с одной стороны и продолжает движение по единственному пути, выходя с другой стороны бегуна. Этот тип турбины использовался в агрегатах среднего размера с умеренно высоким напором.
Реактивные турбины
В реактивной турбине силы, приводящие в движение ротор, достигаются реакцией ускоряющегося потока воды в рабочем колесе при падении давления. Принцип реакции можно наблюдать в ротационном дождевателе для газонов, где выходящая струя вращает ротор в противоположном направлении. Из-за большого разнообразия возможных конструкций рабочих колес реактивные турбины могут использоваться в гораздо большем диапазоне напоров и скоростей потока, чем импульсные турбины. Реакционные турбины обычно имеют спиральный входной корпус с регулирующими заслонками для регулирования расхода воды. На входе часть потенциальной энергии воды может быть преобразована в кинетическую энергию по мере ускорения потока. Энергия воды впоследствии извлекается в роторе.
Как отмечалось выше, широко используются четыре основных типа реактивных турбин: Каплана, Фрэнсиса, Дериаза и пропеллерного типа. В турбинах Каплана с неподвижными лопастями и турбинах Каплана с регулируемыми лопастями (названных в честь австрийского изобретателя Виктора Каплана) через машину проходит осевой поток. Турбины типа Фрэнсиса и Дериаза (в честь американского изобретателя британского происхождения Джеймса Б. Фрэнсиса и швейцарского инженера Пола Дериаза соответственно) используют «смешанный поток», когда вода входит радиально внутрь и выходит в осевом направлении. Рабочие лопатки на турбинах Фрэнсиса и винтовых турбинах состоят из неподвижных лопастей, тогда как в турбинах Каплана и Дериаза лопасти могут вращаться вокруг своей оси, которая находится под прямым углом к главному валу.