Для чего нужна турбина в дизельном двигателе: Как работает турбина на дизельном двигателе

Турбина дизельного двигателя: устройство и ремонт механизма

Дизельный двигатель – это поршневой двигатель внутреннего сгорания, который работает соответственно с принципом самовоспламенения распыленного топлива, что получается в результате воздействия нагретого воздуха при предварительном сжатии.

Достаточно широким является разнообразие топлива для дизельного двигателя. Таким образом, сюда включаются практически все фракции от нефтеперегонной продукции: от самого простого керосина, и до мазуты, а также ряда других продуктов естественного происхождения – рапсового масла, фритюрного жира, пальмового масла и т.д.

Дизельный двигатель уникален, так как может даже работать на обычной, не переработанной сырой нефти.

• 1. Ремонт турбин дизельных двигателей – изучаем устройство механизма
• 2. Ресурс турбины дизельного двигателя
• 3. Эксплуатация дизельного двигателя с турбиной

Дизельные двигатели имеют несколько конструкций камер сгорания.

В зависимости от этого существует и несколько типов дизельного двигателя:

1. Дизельный двигатель с неразделенной камерой. Данная камера сгорания выполнена в поршне. Само топливо впрыскивается непосредственно через надпоршневое пространство. Главной особенностью данного типа двигателя является минимальное потребление топлива.

Несущественным, но все же недостатком, является повышенная шумность данного двигателя, в сравнении с его собратом. Сейчас же ведутся также интенсивные работы во блага нововведений, чтобы вышеуказанный недостаток был устранен. Так, в некоторых системах дизельных двигателей было основано устройства предвпрыска топлива в камеру сгорания, что снижает жесткость работы всего агрегата.

2. Дизельный двигатель с разделенной камерой. В данном виде дизельного двигателя существует дополнительная камера, в которою, собственно, и впрыскивается топливо. Вихревая, предкамерная камера в большинстве дизельных двигателей имеет непосредственную связь с цилиндром через специальный канал так, чтобы воздух при его сжатии, когда попадал в оную камеры завихрялся более интенсивно.

Это, в свою очередь, способствует тому, что начинается процесс отменного перемешивания воздуха с впрыскиваемым топливом, в результате чего происходит более полное сгорание топлива.

Именно данная схема очень долгий период считалась оптимальной для большинства легких двигателей и в основном использовалась на легковом типе автомобилей. Тем не менее, вследствие того, что экономичность не самая лучшая и оставляет желать лучшего, в последнее десятилетие происходит активное вытеснение этаких двигателей теми двигателями, которые имеют нераздельную камеру и иную систему подачи топлива.

1. Ремонт турбин дизельных двигателей – изучаем устройство механизма

Турбина являет собою крыльчатку, которая была насажена на вал. Через этот вал компрессор приводится в свою эффективную работу.

Корпус его производится из жаропрочного сплава алюминия, а сам вал делают зачастую из стали среднелегированной. Именно эти детали практически не поддаются никакому ремонту и в том случае, если они выходят из строя, их необходимо заменять новыми.

Корпус самого турбонадува дизельного двигателя делается из чугуна. Весь процесс активной работы двигателя, по большей части, порождает износ постелей под подшипниками, а также гнезд уплотнительных колец. Сама улитка турбины отливается из чугуна, а уже за счет ее довольно не простой формы образуется определенный поток газов, который дает толчок к развитию и началу движения всего описанного агрегата.

Также, изготавливают алюминиевую отливку под улитку компрессора с небольшим местом для крыльчатки. В момент самого вращения через центральное отверстие компрессор затягивает воздух, после чего он сжимает его и нагнетает его в двигатель по кольцевому каналу.

Само устройство этого механизма не отличается особой сложностью. Тем не менее, для его изготовления нужна высокая точность литья, а также минимальные допуски при подборе деталей.

2. Ресурс турбины дизельного двигателя

Включение турбины дизельного двигателя происходит с самыми первыми его оборотами. Заканчивается же уже немного позже его первичной остановки. При непосредственном пуске мотора выхлопные газы сразу же попадают в турбинную улитку, а это, в свою очередь, приводит вал с крыльчатками в движение.

На самих холостых оборотах у выхлопных газов наблюдается маленькое давление, вследствие чего вращение турбины и ее скорость не влияет на весь объем воздух, который попадает непосредственно в двигатель.

Увеличение количества выхлопных газов сопутствуется ростом оборотов. Вследствие этого процесса обороты турбокомпрессора увеличиваются, а турбина начинает свою эксплуатацию в штатном режиме. В автомобильном «мифовом» мире существует теория, что ресурс турбины у дизельного двигателя очень невысок.

Миф этот нужно развеять, так как он не соответствует действительности. Сам ресурс турбины дизельного двигателя сравняется по долговечности ресурса мотора. Он немного меньше чем он, так как это вызвано его деятельностью и спецификой работы.

Зачастую ресурс турбокомпрессора, вследствие плохого эксплуатирования и несоблюдения всех правил и рекомендаций производителей, снижается. Сопутствуют этому следующие моменты:

1. Использование некачественной смазки.

2. Несвоевременная замена масла.

3. Резкий набор оборотов при холодном и непрогретом двигателе.

4. Остановка горячего двигателя, если он не выдерживается на холостом ходу.

5. Засор каналов масла. В результате этого перебои подачи смазки неизбежны.

Срок службы турбины никоим образов не является зависимым от уровня умения владения автомобилем водителя. Это миф. На практике же, эксплуатация турбины дизельного двигателя не имеет сложностей даже для новичков.

Для того, чтобы двигатель работал бесперебойно нужно соблюдать все те же правила, которые используются при использовании обычного мотора. Нужно лишь учитывать минимальные вышеуказанные нюансы.

3. Эксплуатация дизельного двигателя с турбиной

Нужна регулярная проверка состояния воздушного фильтра при эксплуатации дизельного двигателя и его турбины. Это нужно потому, что при загрязнении фильтра возникает большое давление на всасывании воздуха.

Это, в свою очередь, приводит к тому, что работоспособность и производительность компрессора снижается. Из-за того, что масло имеет высокую степень вязкости ощущается дефицит смазки при запуске холодного двигателя. Именно поэтому мотор с турбиной требует значительного прогрева перед началом полноценной работы.

Ниже указаны основные признаки при неисправностях турбин дизельного двигателя:

1. Двигатель не может набрать максимальные обороты, а также присутствует черный выхлоп. Это скорее всего вызвано из-за недостаточного поступления воздуха. Таким образом можно определить, что воздушный канал был загрязнен. Также, можно предположить, что выпускной коллектор разгерметизировался. Очень часто наблюдается утечка через слабые и неплотные соединения патрубков.

2. Также, о неисправности турбины может рассказывать синий цвет у выхлопного газа. Основной причиной этого может быть попадание масла в сам выхлопной коллектор. В данном случае нужно проверить целостность роторов, а также полное состояние всей сливной системы, которая идет от турбины непосредственно к двигателю.

Иногда в ней могут образовываться засоры и сужения.

3. Громкая работа двигателя также свидетельствует о неисправности его турбины. Для того, чтобы определить причины этого нужно очень тщательно проверить всю герметичность трубопроводов и легкость вращения оси у компрессора. Может быть такое, что были повреждены роторы, или деформированы, или чересчур потерты. В таком случае необходим демонтаж всего узла для полного осмотра и дальнейшего ремонта.

Турбина в дизельном моторе Cummins

Камспартс Запчасти Cummins, Perkins, Caterpillar

Санкт-Петербург

+7 (812) 915-56-41 8-800-100-82-41

[email protected]

0

Главная

База Знаний

Турбина в дизельном моторе Cummins

Большая мощность — одно из главных достоинств дизельных двигателей. Этот параметр складывается из множества различных факторов, одним из которых является функция турбонаддува, которая имеется во многих дизельных моторах фирмы Cummins.

---

Зачем нужна турбина в дизельном двигателе?

Турбокомпрессор или в просторечии турбина — прибор, повышающий давление во впускной камере мотора с помощью отработанных газов. Компрессор нагнетает воздух в камеру сгорания, увеличивая тем самым объем газа, получаемого при сгорании топлива. Это становится причиной повышения давления в камере, которое толкает поршень, и тем самым повышается мощность двигателя.

Саму турбину приводят в действие ее лопасти, на которые воздействуют выхлопные газы. Так как по законам физики сжатие воздуха приводит к его сильному нагреву, который потенциально опасен для двигателя, в комплекте с турбиной идет интеркулер. Это устройство предназначено для частичного охлаждения воздуха, нагнетаемого турбиной в силовую установку.

Использование турбонаддува, хотя и усложняет конструкцию двигателя, несет в себе существенные преимущества. Во-первых, значительно уменьшается расход топлива, поскольку вместо него сжигается воздух. Во-вторых, возрастает мощность при сохранении прежнего объема двигателя и относительно невысоких оборотов мотора.

---

Конструкция турбокомпрессоров Cummins

Турбины Cummins считаются очень надежными, что является заслугой, в том числе, и предельной простоты их внутреннего устройства. Внутри корпуса находится вал, посаженный на два подшипника. К валу прикреплены две турбины с лопастями, которые вращают рабочее или компрессорное колесо.

В корпусе предусмотрены две основные камеры — рабочая и компрессорная. И в той, и в другой расположено по одному турбинному колесу. При помощи нескольких труб рабочая камера сообщается с выпускным коллектором мотора, а компрессорная — со впускным.

Выхлопные газы, попадая в рабочую камеру, раскручивают рабочее колесо турбины до большой угловой скорости (некоторые турбины раскручиваются до 130 тыс. об/мин). Это колесо посредством вала вращает компрессорное колесо, а оно в свою очередь создает необходимое давление воздуха, который из нагнетающей камеры отправляется во впускной коллектор и далее в цилиндры.

Поскольку турбину вращают горячие выхлопные газы, вся она сильно нагревается и нагревает воздух, нагнетаемый в двигатель. И то, и другое нежелательно. Для решения данной проблемы турбину комплектуют еще и системой охлаждения, также известной как интеркулер.

Его ставят между турбиной и впускным коллектором. Принцип действия интеркулера такой же, как и у радиатора. В нем сжатый воздух перед отправкой в цилиндры охлаждается и становится более плотным.

Разумеется, это лишь общая схема работы турбины. На практике всё несколько сложнее, особенно, если учесть, что в двигателях «Камминз» всей этой конструкцией управляет сложная электроника.

---

Неисправности турбокомпрессора

Причины, по которым чаще всего ломается система турбонаддува, сводятся к двум основным моментам — либо засорение подшипников (или других элементов турбины), либо проникновение под корпус посторонних частиц. Практика показывается, что обычно подобные инциденты происходит из-за некачественного или сильно загрязненного моторного масла.

Таким образом, опосредованной первопричиной поломки турбины является нарушение оптимальных сроков технического обслуживания двигателя и автомобиля в целом и в частности несвоевременная замена масляных фильтров или применение некачественных фильтров и смазки.

Хотя в принципе турбина поддается ремонту, опытные автомобилисты советуют сразу заменить ее, поскольку однажды сломанная она начнет сбоить повторно. 

Все для ремонта двигателя

В наличии комплектующие для всех моторов Cummins, Caterpillar, Perkins. Представлены оригинальные и аналоговые запчасти. Подобрать необходимую деталь не составит труда.

Огромное количество фильтров

Предлагаются воздушные, топливные и масляные фильтры брендов Cummins, Fleetguard, Donaldson, Baldwin, Sakura. Изделия обладают прекрасной адсорбцией.

Качественные масла

В продаже оригинальные моторные масла компании Valvoline, дочернего подразделения Cummins Inc.

Турбокомпаунд

Турбокомпаунд

Ханну Яаскеляйнен, В. Адди Маевски

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите под номером , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Турбокомпаундирование — это использование силовой турбины для извлечения дополнительной энергии из выхлопных газов. Механический турбокомпаунд уже многие десятилетия коммерчески используется в дизельных двигателях различного назначения. В двигателях большой мощности наиболее важной конфигурацией является последовательное турбокомпаундирование, когда силовая турбина соединена последовательно с турбиной турбонагнетателя. Эта технология может обеспечить повышение эффективности на несколько процентов, но на эти преимущества может отрицательно повлиять система рециркуляции отработавших газов, которая отводит поток газа от силовой турбины. Параллельное турбокомпаундирование подходит, когда имеется энергия выхлопных газов, превышающая необходимую для турбонагнетателя, и в противном случае ее необходимо было бы обойти вокруг турбонагнетателя.

• Введение
• Механический турбокомпаунд
Серия
• Турбокомпаунд
• Перевернутый цикл Брайтона
• Параллельное турбокомпаундирование
• Передача мощности на двигатель

Введение

Турбокомпаунд — это использование силовой турбины для извлечения дополнительной энергии из выхлопных газов. Извлеченная энергия выхлопных газов может быть добавлена ​​к коленчатому валу двигателя или преобразована в электрическую энергию:

• Если выходной вал силовой турбины соединен с коленчатым валом двигателя через механическую связь, обычно зубчатую передачу, эта технология обычно упоминается как механический турбокомпаунд .
• Если силовая турбина соединена с генератором, эта технология называется электрическим турбокомпаундированием .

Механический турбокомпаунд уже многие десятилетия коммерчески используется в дизельных двигателях различного назначения. В Северной Америке 10 % новых тяжелых дорожных двигателей, проданных в 2011 и 2012 гг., имели турбокомпаунд, но к 2015 г. эта цифра снизилась до 2 % после того, как Daimler (Detroit Diesel) постепенно отказался от него в пользу асимметричного турбонаддува для своего двигателя DD15 в 2013 [3788] . По оценкам Агентства по охране окружающей среды США, проникновение снова достигнет 10% к 2027 году [3789] . Механический турбокомпаунд применялся к авиационным двигателям в 1950-х годах и наземным транспортным средствам, начиная с 1960-х годов. Более подробные исторические сведения о работе до 1990-х годов можно найти в литературе [3791] .

Электрический турбокомпаунд разрабатывался для дизельных двигателей большой мощности. Однако для того, чтобы оказать существенное влияние на КПД, потребуется относительно высокая электрическая нагрузка в диапазоне 50 кВт. Для дорожных транспортных средств такая нагрузка может быть реализована только с гибридной трансмиссией и, следовательно, должна сопровождаться другими важными технологическими изменениями. В электроэнергетике и некоторых морских приложениях, где легко доступна достаточно высокая электрическая нагрузка, электрическое турбокомпаундирование является коммерческой технологией 9.

Механический турбокомпаунд

В двигателях с турбонаддувом механическое турбокомпаундирование может быть реализовано в нескольких различных конфигурациях:

• Добавление силовой турбины последовательно с турбиной турбокомпрессора и после нее
• Добавление силовой турбины параллельно с турбиной турбокомпрессора
• В составе турбокомпрессора

В двигателях большой мощности наиболее важной конфигурацией является последовательное турбокомпаундирование, схематично изображенное на рис. 1.

Рисунок 1 . Схематическое изображение механического серийного турбокомпаундирования

На рис. 2 более подробно показаны турбокомпаундные системы двух разных серий. В системе Volvo используется силовая турбина с осевым потоком, в то время как в более старой системе Scania используется силовая турбина с радиальным потоком.

Рисунок 2 . Системы турбокомпаундирования серии, используемые в некоторых двигателях Euro III и Euro IV: Volvo D12 и Scania DT12.

(Источник: Volvo и Scania)

Для применений с расходом выхлопных газов, превышающим необходимый для удовлетворения потребностей турбонагнетателя, силовая турбина может быть установлена ​​параллельно с турбиной турбокомпрессора. На рис. 3 показана такая система, которая была внедрена в двигатели Sulzer RTA в начале 1980-х годов; Система Sulzer Efficiency Booster System (η-Booster) включала другой турбонагнетатель в дополнение к параллельно подключенной силовой турбине [3816] [2586] [3792] . В то время на рынок появлялись новые турбокомпрессоры с повышенной эффективностью; более высокая эффективность турбонагнетателя означала, что при некоторых режимах работы двигателя была доступна дополнительная энергия выхлопных газов, которую можно было использовать для других целей. Силовая турбина, установленная параллельно с турбиной турбонагнетателя, стала обычным явлением в больших четырехтактных среднеоборотных и двухтактных тихоходных двигателях. На рисунке 3 верхняя кривая показывает снижение BSFC двигателя Sulzer RTA, представленного в 1983 по сравнению с предыдущей версией. Нижняя кривая показывает дополнительное снижение BSFC, доступное в двигателе RTA 1983 года с системой повышения эффективности, состоящей из обновленного турбонагнетателя и силовой турбины. При включении силовой турбины выше примерно 40-50% мощности показано дополнительное снижение BSFC до 5 г/кВтч. При отключении силовой турбины при низкой нагрузке снижение BSFC все еще возможно из-за меньшей общей площади сопла турбины. Параллельное турбокомпаундирование также изучалось для использования в двигателях малой грузоподъемности 9.0042 [3793] [3794] [3795] [3796] [3797] .

Рисунок 3 . Параллельный турбокомпаунд в двигателях Sulzer RTA

Схема системы и уменьшение BSFC по сравнению с предыдущей версией двигателя. Система Sulzer η-Booster, представленная в начале 1980-х годов, состояла из обновленного турбонагнетателя и силовой турбины.

Прототип системы, в которой вал турбонагнетателя соединен с коленчатым валом через бесступенчатую трансмиссию (CVT), показан в другом месте. В принципе, это не только позволило бы передать избыточную мощность от турбины на коленчатый вал, но также позволило бы подавать мощность коленчатого вала на компрессор в условиях, когда энтальпия выхлопных газов слишком мала для создания достаточного давления наддува 9.0042 [2259] .

###

о конструкции газотурбинного двигателя и крутящем моменте

　

Газовая турбина является разновидностью внутреннего сгорания двигатель, который извлекает мощность непосредственно из сгоревшего горячего газа. Главный отличие от паровой турбины в том, что мощность напрямую вырабатывается из сгоревшего газа, а не из пара, кипящего сгоревшим газом.
Дизельные двигатели и бензиновые двигатели хорошо известны движущая сила, обычно используемая вокруг нас, и газотурбинные двигатели могут не знакомый нам. Но всем известный реактивный двигатель является своего рода газовой турбиной и большинство вертолетов и винтовых самолетов приводятся в движение газовой турбиной, за исключением для некоторых мелких типов. Другие транспортные средства, такие как Jetfoil, высокоскоростной корабль, большинство культов, таких как эсминцы и крейсеры, приводятся в движение газом. двигатель с турбиной. В производстве электроэнергии газовая турбина является основным источником энергии, особенно в аварийного назначения и крупной энергетической установки. Совсем недавно система когенерации для подачи тепла и электроэнергии распространяется в удобстве магазин, больница и газовая турбина становятся для нас все более и более привычными.

Как это работает

Газовая турбина требует очень точного производственный процесс, но его основной компонент прост.

 На приведенной выше схеме показаны три основных компонентов, компрессора, камеры сгорания и турбины. Компрессор обычно состоит из цилиндра в форме сердечника с множеством прикрепленных лопастей вентилятора. рядами Вращение этих лопастей вентилятора с высокой скоростью сжимает воздух и отправить его в камеру сгорания. В камере сгорания топливо впрыскивается в сжатый воздух и загорелся. Затем сгоревший горячий газ высокого давления поступает в секция турбины, вращает турбину и выхлопной газ выпущено в атмосферу. Компрессор и турбина соединены напрямую и поворачиваться как единое целое.
Большая часть энергии, вырабатываемой турбиной, используется для вращения компрессор и остаточная мощность могут использоваться для привода генератора или насоса. В реактивный двигатель, остаточная мощность используется в качестве тяги.
Поскольку эта газовая турбина имеет один вал в одном двигателе, она называется «одновальный газотурбинный двигатель». Этот тип газовой турбины не может вращаться на низкой скорости, потому что низкая скорость вращения компрессора не может производить сжатый воздух под высоким давлением, что приводит к возгоранию поломка и глохнет двигатель. Так одновальная газовая турбина обычно применяется для производства электроэнергии, где не требуется регулируемая скорость.

В следующей схеме турбина разделена на две часть, каждая из которых может вращаться независимо. Компрессор и левая турбина вращаются как единое целое, и правая турбина вращается свободно.

Следовательно, выходной вал может остановиться во время двигатель работает и может запускаться на нулевой скорости, может вращаться на любой скорости. Эта газовая турбина имеет два отдельных вала и поэтому называется «двухвальной». газовая турбина» или «газовая турбина со свободным валом». Даже если выход вал остановлен, газогенератор (компрессорно-турбинная установка) может вращаться при полная скорость, газ под высоким давлением непрерывно подается и создается крутящий момент. Этот тип газовой турбины имеет высокий крутящий момент при низком скорость и сравнительно высокий КПД на низкой скорости, поэтому он подходит для приводить в движение автомобили и поезда.

 

В этом разделе показано соотношение крутящий момент-скорость. особенность газовой турбины.

На следующей схеме синяя линия показывает соотношение между скоростью вращения и крутящим моментом двухвального газа турбина. Реальный двигатель имеет несколько больший крутящий момент на низких оборотах, но приближается к прямой линии. Кривая красного цвета показывает зависимость между обороты и мощность двигателя.
Вертикальная ось представляет собой крутящий момент или мощность в процентах, а горизонтальная ось это частота вращения двигателя в процентах. В точке (100 100) двигатель обеспечивает наилучшие производительность. На этом графике показано, что когда частота вращения двигателя снижается до 60 %, крутящий момент двигателя увеличивается на 140 %, а когда частота вращения двигателя снижается до 40%, крутящий момент двигателя увеличивается на 160%. Если вы автомобильный орех и заинтересованы в автомобильной технике, вы будете рваться к этому двигателю.

Поскольку мощность двигателя является произведением крутящего момента и скорость, мощность двигателя сравнительно поддерживается на низкой скорости. В Скорость двигателя 40%, мощность 60% поддерживается.
Этот символ выгоден для железнодорожных приложений, где большие тяговое усилие незаменимо при старте или малой скорости. Дизели и Ванкели, используемые в настоящее время в автомобилях, не имеют этого, и у них есть почти постоянный крутящий момент независимо от частоты вращения двигателя. Это означает, что когда двигатель скорость уменьшается, мощность двигателя уменьшается, как показано на следующей схеме.

Для этих двигателей требуется механическое или электрическое преобразователь крутящего момента для преодоления этого дефекта. Как упоминалось выше, два вал газовой турбины имеет функцию встроенного гидротрансформатора и даже Возможна одноступенчатая механическая трансмиссия с прямым приводом. На японском национальные железные дороги, Киха 391 прототип с турбинным двигателем был изготовлен и оснащен без крутящего момента. преобразователя, а в других округах у некоторых паровозов с турбиной не было гидротрансформатор или электрическая трансмиссия.

　Неисправность двухвальной газовой турбины что увеличение его компонента и веса. Одновальная газовая турбина прост, так как выходной вал соединен с высокоскоростным вращающимся компрессор, имеет большую инерцию вращения, что приводит к хорошему стабильность скорости вращения. Это очень эффективно в производство электроэнергии, где постоянная скорость важна для поддержания частота. Следующая схема иллюстрирует взаимосвязь между крутящим моментом и скорость одиночного вала. Он очень отличается от двух валов двигатель, и это кажется очень неуместным для вождения транспортных средств.

　

Прочие характеристики

Самая отличительная особенность газовых турбин от Поршневые двигатели внутреннего сгорания — это количество газа, которое необходимо обработаны в том же объеме двигателя. Газовая турбина может обрабатывать большое количество газа в небольшом двигателе, что приводит к очень высокой удельной мощности. Ты можешь представить 500 кг газотурбинный двигатель объемом 2 кубических метра обеспечивает мощность 5000 л.с. ? В дизеле двигатель, размер будет таким же, как у большого грузовика. Даже современный электродвигатель мощностью 300 кВт, используемый в Синкансэн весит около 300 кг.

Эта картинка показывает газотурбинный двигатель мощностью 25000 кВт. Вы можете угадать размер двигателя, сравнивая человека, стоящего рядом с ним. Двигатель мощность 25000кВт, а не 2500кВт, и это не максимум выход, это непрерывный номинальный выход. Это гораздо мощнее чем общий набор поездов Синкансэн серии 500, состоит из 16 движущиеся автомобили. Для достижения этой цели производительность с другими двигателями, он будет размером со здание. Реактивный двигатель, используемый в «Джамбо «Джет» такой же большой. Вы можете настаивать на том, что двигатель «Джамбо» намного больше, но поскольку турбовентиляторный двигатель имеет большой воздушный винт вокруг сердечник двигателя, сам сердечник двигателя очень мал. Следующей особенностью газовой турбины является то, что она может использовать в качестве топлива многие легковоспламеняющиеся газы и жидкости. За например, бензин, дизельное топливо, керосин, спирт, природный газ, водород. Регенеративные виды топлива, такие как спирт и метан в последнее время привлекают значительное внимание, и газовая турбина хорошо подходят им.

Следующей особенностью является то, что газовая турбина может создавать большой крутящий момент на низкой скорости. Как упоминалось выше, это важная функция для управления транспортными средствами, которая устраняет сложные передачи и увеличивает ускорение. Следующая схема иллюстрирует это преимущество. Это сравнение крутящего момента и выходной мощности танковый дизель с турбонаддувом и трехвальная газовая турбина демонстрируя высокий крутящий момент газовой турбины при преимуществе низкой скорости.

Недавно высокая эффективность и легкий вес доступна электрическая трансмиссия, и это преимущество исчезает далеко в системе привода автомобиля, но удобно там, где простота и легкий вес являются важным фактором.

Следующее, что газовая турбина не вибрирует и не так шумно. Газовая турбина в основном производит высокочастотный шум и легко снижается глушителем. С другой стороны, дизельный двигатель производит много низкочастотного шума с сильной вибрацией и делает его трудно уменьшить шум. Вы можете ощутить эту разницу, когда кататься на реактивном самолете. Реактивное крыло с турбинным приводом не подвержено вибрации и менее шумно, но дизельная лодка сильно шумит и вибрирует. Турбина реактивный двигатель с двигателем хорошо заглушен, производит шум около 90-100 дБ на недалеко от корабля. Учитывая уровень выходной мощности 8000 л.с., можно сказать, что это бесшумный автомобиль. С другой стороны, Испытательный вагон японской национальной железной дороги с турбинным двигателем и прямым приводом Kiha391, выпуска начала 70-х был намного шумнее, что и производило шум более 120 дБ при запуске на полной мощности.

Другой особенностью является то, что газовая турбина потребляет меньше смазочного масла, чем поршневой двигатель, и не требует большого система охлаждения.
Обычно поршневые двигатели плохо запускаются в холодную погоду, но газовая турбина в таком состоянии легко заводится и долго работает на холостом ходу разогревать.
Газовая турбина экологически более безопасна, чем другие внутренние двигатель внутреннего сгорания. Когда дизельный поезд отправляется на станции, станция будет заполнен ядовитым сине-белым или черным дымом, и вы можете быть трудно видеть и дышать. Представьте себе аэропорт, забитый дизельным топливом. приводятся в действие большие самолеты, и вокруг будет сильное загрязнение воздуха. аэропорт.

Что такое дефекты?

Самая серьезная проблема в том, что газовая турбина потребляет много топлива, особенно в малом двигателе. При работе в при частичной нагрузке КПД серьезно снижается. При полной нагрузке немного газа турбины могут быть более экономичными, чем некоторые высокоскоростные дизельные двигатели. но это не так при частичной нагрузке.
На следующем графике показана зависимость между интенсивностью нагрева и мощностью сила.

Когда выходная мощность снижается на 30%, тогда скорость нагрева почти удваивается.

На следующем графике показано изменение теплового КПД тепловоза и газотурбовоза класса 5000 л.с. Функция выходной мощности двигателя. Этот класс газовых турбин классифицируется поскольку средний размер и его эффективность частичной нагрузки относительно хороши, но еще хуже по сравнению с тепловозом особенно на малых Лошадиные силы.

И что еще хуже, газовая турбина потребляет больше топлива, чем другие поршневые двигатели на холостом ходу. Как упоминается выше, компрессор должен постоянно вращаться с высокой скоростью, чтобы обеспечить эффективное сжатым воздухом для поддержания работы двигателя на холостом ходу. 　Когда газовая турбина на холостом ходу турбина крутится на скорости 60% и более. Например, класс 1000 л.с. газовая турбина должна крутиться со скоростью свыше 10000 об/мин, а если двигатель заглушить на холостом ходу в течение одного часа он израсходует более 40 кг топлива, это количество быть в четыре раза и более, чем у дизеля.
Это не так серьезно для высокоскоростных железных дорог, где долгое время Крейсерская скорость на высокой скорости является обычным явлением, и требуется большая крейсерская мощность. Но в обычном железнодорожном приложении время выбега намного больше, чем питание время приводит к плохой экономии топлива. В плохих условиях расход топлива может быть вдвое больше, чем у дизель-поезда. В американском тяжелом режиме грузовой поезд, предполагается, что работа газовой турбины класса 5000 л.с. увеличит расход топлива на 25% по сравнению с дизельным двигателем.

Другой аспект высокого расхода топлива заключается в том, что низкоскоростная работа газовой турбины ухудшает эффективность использования топлива. Такое случается даже в двухвальной газовой турбине, несмотря на высокий крутящий момент на малых оборотах. Турбина разработана для обеспечения наилучшей производительности при определенных условиях. скорость. Это называется «расчетной точкой». Когда турбина вращение с этой скоростью, а затем осевая нагрузка увеличивается, вращение скорость будет уменьшаться и уравновешивать скорость из-за уменьшения скорости турбины увеличивает его крутящий момент. При этом количество потребляемого топлива не сдача. Это отличительная разница между турбиной и Поршневой двигатель. В поршневом двигателе одинаковое количество топлива расходуется при каждом взрыве и тогда расход топлива пропорционален скорость вращения двигателя. Но газовая турбина сплошная двигатель внутреннего сгорания и количество впрыскиваемого топлива не зависит от скорость двигателя. Если крутящий момент турбины удваивается на половине скорости, проблема, но поскольку КПД турбины ухудшается при частоте вращения за пределами расчетной точки, крутящий момент турбины увеличивается не вдвое, а примерно в 1,5 раз. Это означает, что на этой скорости происходит потеря 25%.

Высокая стоимость двигателя также имеет значение барьер для железнодорожных приложений. Массовое производство газовых микротурбин может иметь конкурентное преимущество перед другими поршневыми двигателями, но 5000 л.с. стоимость газовой турбины класса в три-четыре раза выше, чем у сопоставимого дизельный двигатель. Эта стоимость примерно равна полной стоимости тепловоз.

Высокая скорость вращения турбины требует сложная коробка передач с тяжелым редуктором. Двигатели среднего класса крутятся 10000 до 20000 об/мин и малый класс свыше 100000 об/мин. Но недавнее продвижение технология высокоскоростного генератора позволила генератору соединить непосредственно к валу турбины, что приводит к очень легкому весу генератора установлен.

Газовые турбины поглощают много воздуха и выматывать много. Следовательно, глушитель и воздушный фильтр занимают много места. и это может повлиять на пространство салона или грузовое пространство.

Газ турбинам требуется чистый воздух для поддержания эффективности использования топлива, потому что если компрессор лопатки загрязняются, КПД компрессора снижается и общее снижается эффективность. В самолетах, которые летают, такой проблемы нет. большая высота, но на суше или на море двигатели должны поглощать воздух, богатый частицами.

Производство газовых турбин сильный звук при запуске на полную мощность, когда выходной вал застопорился. Это характерное явление для двухвальной газовой турбины. когда поезд с прямым приводом отправляется на станции.

циклический профиль нагрузки типичной работы локомотива может быть вызов газовым турбинам. Газ турбины обычно используются на постоянной мощности. Но локомотив работает мощность изменяется динамически, от холостого хода до максимальной мощности.