Принцип работы турбины на бензиновом: Принцип работы турбины на бензиновом двигателе

Принцип работы турбины и устройство турбокомпрессора * ООО Декорт-турбосервис

20.11.2018

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

Что такое турбина в автомобиле?

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

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

Устройство турбокомпрессора

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

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

Как работает турбина на бензиновом двигателе?

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

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

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

Как работает турбина на дизельном двигателе

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

Один цикл работы турбины дизельного движка состоит из таких этапов:

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

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

как отремонтировать турбину дизельного или бензинового двигателя?

Мотор с турбонаддувом, некогда считавшийся атрибутом исключительно дорогих машин , сегодня уже никого не удивляет. Турбокомпрессоры все чаще устанавливают не только на дизельные, но и на бензиновые двигатели. Это и понятно: турбированный мотор мощнее и эффективнее обычного атмосферного. Однако ничего вечного нет, и в один не слишком прекрасный день турбокомпрессор может сломаться. По каким признакам понять, что это произошло, где отремонтировать турбину и как убедиться в том, что работу выполнили качественно, читайте в нашей статье.

На первый взгляд турбина может показаться простым устройством. Поток отработанных газов вращает крыльчатку, которая, в свою очередь, приводит в движение колесо компрессора, закрепленное на том же валу. Компрессор подает воздух под давлением в цилиндры двигателя. Увеличивается содержание кислорода в топливовоздушной смеси, соответственно сжигается больше горючего. При прежнем объеме камеры сгорания и том же количестве цилиндров мотор работает эффективнее. Его мощность возрастает на 20–30% по сравнению с атмосферным двигателем. Преимущество очевидно, и принцип работы понятен любому.

Но при этой кажущейся простоте двигатель с турбонаддувом устроен сложнее атмосферного, а значит, вероятность его поломки выше. И деталь, которая раньше всего выходит из строя, — это сама турбина. Хотя номинально ее ресурс соответствует сроку службы мотора, на практике это далеко не всегда так. Причем в бензиновых двигателях турбокомпрессор больше подвержен износу. Это связано с более высокой температурой отработанных газов.

На заметку
Кроме повышенной мощности, у турбированных двигателей есть еще одно немаловажное преимущество — экологичность. За счет принудительной подачи воздуха топливо в них сжигается эффективнее, образуется меньше вредных продуктов сгорания. В то же время есть и минусы: мотор с турбонаддувом более требователен к качеству масла и топлива, а также требует частой замены воздушного фильтра.

На продолжительность жизни турбины влияют уход за автомобилем и манера вождения. При преимущественно спокойной езде, использовании качественного масла определенных марок и хорошего топлива, регулярной замене воздушного фильтра средний ресурс турбокомпрессора в бензиновом моторе составит 150 000 км, в дизельном — в два раза больше [1] .

Но, как бы бережно вы ни обращались с автомобилем, рано или поздно придется отремонтировать турбину двигателя. Не всегда удается сразу понять, что этот момент наступил. Турбокомпрессор выходит из строя постепенно, и нужно внимательно следить за работой машины, чтобы заметить признаки неисправности.

Снижение мощности двигателя чаще всего указывает на то, что в камеру сгорания стало поступать меньше воздуха. Причины этой проблемы разнообразны: от засорения воздушного фильтра или канала подачи воздуха до утечки во впускной или выпускной системе. Утечка может возникнуть из-за трещин и других механических повреждений, из-за отсутствия герметичности соединений.

Синий дым при разгоне появляется вследствие того, что в цилиндры попадает масло. Значит, где-то происходит его утечка. Внимательный автовладелец при этом заметит, что расход масла увеличился. Причиной утечки может стать неисправность турбины.

Шум при работе турбокомпрессора свидетельствует о нарушении герметичности. Необходимо проверить целостность всех трубопроводов, прочность креплений, качество уплотнителей.

Один и тот же признак может быть проявлением различных неисправностей. Самая частая поломка — повреждение подшипников ротора из-за износа или, что более вероятно, из-за неправильной эксплуатации. Другие распространенные проблемы — коксование вала (ведет к перегреву и быстрому выходу из строя), разрушение лопастей турбины, механические дефекты, вызванные попаданием песка и других загрязнений, неисправность актуатора (вакуумного регулятора).

Нередко все эти причины оказываются не самостоятельными, а лишь сопутствующими. Чтобы найти настоящий источник поломки, необходимо провести тщательную диагностику.

Как проходит процесс

Ремонт турбин двигателей — задача не из простых. В большинстве обычных мастерских за эту работу просто не возьмутся, а в качестве решения проблемы посоветуют заменить турбокомпрессор. Причина — в отсутствии специализированного оборудования, которое необходимо для осуществления тонкой настройки турбины. Квалификация мастеров тоже зачастую оставляет желать лучшего.

Впрочем, еще хуже, если вам пообещают восстановить турбину в автосервисе, где нет ни современного оборудования для балансировки, ни оригинальных комплектующих. В этом случае желание сэкономить наверняка обернется еще бóльшими расходами. Весь ремонт, скорее всего, будет заключаться в замене картриджа — центральной части турбины. Обычно в «гаражных» мастерских применяют изделия китайского производства, которые выпускаются с многочисленными дефектами. Не говоря уже о том, что установка нового картриджа — даже идеально отбалансированного — отнюдь не гарантирует устранения проблемы, ведь причина неисправности, как мы выяснили, может скрываться в других частях турбины или даже находиться за пределами турбокомпрессора.

Некачественно отремонтированная турбина прослужит недолго и вскоре потребует замены. Но главная опасность в том, что эксплуатация неисправного турбокомпрессора может привести к поломке самого двигателя.

Так что выход один: искать должным образом оснащенный технический центр, где можно отремонтировать турбину, включая проведение комплексной диагностики, в соответствии со всеми правилами. К слову, такие сервисы есть пока только в столице и некоторых крупных городах. Иногда они оказывают услуги и для жителей регионов, организуя доставку транспортными компаниями.

Ремонт турбины дизельного двигателя в профессиональном техцентре проводят в несколько этапов.

• Турбокомпрессор демонтируют с автомобиля.
• Снимают «улитки» турбины и компрессора, разбирают картридж на составные элементы.
• Производят глубокую трехступенчатую очистку всех деталей турбокомпрессора. Сначала их помещают в моечную машину и промывают активным раствором. На этой стадии удаляются основные загрязнения. Затем проводят пескоструйную обработку крыльчатки турбины, компрессорного колеса, «холодной» и «горячей» «улиток» — при условии, что первичный осмотр этих деталей не выявил механических повреждений (в противном случае они подлежат замене). Наконец, в ультразвуковой ванне промывают патрубки, чтобы окончательно удалить остатки масла.
• Выполняют диагностику. Это самый сложный и ответственный этап ремонта. Специалист производит визуальный осмотр деталей: некоторые повреждения можно увидеть невооруженным глазом. Проверяют целостность вала, подшипников, оценивают степень их износа. С помощью специального оборудования определяют герметичность впускной и выпускной систем, интеркулера (охладителя воздуха), состояние электромагнитных клапанов.
• По результатам диагностики проводят дефектовку: составляют перечень деталей, которые подлежат замене. Заказывают необходимые комплектующие — подшипники, втулки, уплотнительные кольца и так далее.
• После замены деталей производят балансировку. Это многоступенчатый процесс. Сначала балансируют вал. Затем на него устанавливают колесо компрессора и снова выполняют балансировку. После этого на отдельном стенде балансируют картридж — центральную часть турбины.
• Собирают воедино все узлы турбокомпрессора.
• С помощью программатора настраивают актуатор, регулируют геометрию турбины.
• Устанавливают отремонтированный турбокомпрессор на автомобиль.

Ремонт бензиновых турбин проводится по той же технологии.

Если все перечисленные мероприятия были выполнены, можно уже почти не сомневаться, что ремонт сделали качественно. Для сравнения: в «гаражной» мастерской список этапов будет намного короче, ведь весь процесс ограничится разборкой, заменой картриджа и сборкой турбины. Так что перед ремонтом имеет смысл заранее поинтересоваться у мастеров, какие работы они планируют провести.

Помимо этого, серьезные технические центры обязательно предоставляют гарантию на свои услуги. Ее срок зависит от особенностей ремонта и составляет в среднем 6–12 месяцев.

Что учесть при ремонте турбины дизельного и бензинового двигателя

Поломки турбины не всегда возникают изолированно: им порой сопутствуют и другие неисправности. Это значит, что одного лишь ремонта турбокомпрессора может оказаться недостаточно. Чтобы гарантированно выявить и устранить все имеющиеся проблемы, требуется комплексная диагностика автомобиля и, возможно, смежные услуги. В связи с этим специалисты рекомендуют обращаться в техцентры, где проводятся все виды работ.

Смежные услуги при восстановлении турбин могут включать:

Удаление сажевого фильтра в дизельных двигателях. Эта деталь, как следует из названия, предназначена для того, чтобы уменьшить выбросы сажи, которая образуется из-за неполного сгорания топлива. Когда фильтр чист, проблем нет. Но по мере эксплуатации автомобиля он засоряется, и тогда возникают неприятности: увеличивается расход топлива, повышается температура, вследствие чего турбина перегревается и может выйти из строя. Прочистка и замена сажевого фильтра не помогают: результата хватает ненадолго. Единственно разумным решением остается удаление. Но просто вырезать «сажевик» — это не выход: необходимо именно программное отключение.

Удаление катализатора . Эта операция часто сопутствует ремонту турбины бензинового двигателя. У катализатора та же функция, что и у сажевого фильтра, — уменьшать вредные выбросы в атмосферу. Он тоже имеет ограниченный ресурс работы, со временем засоряется и становится источником проблем, в том числе с турбиной. Поэтому многие автовладельцы принимают решение удалить эту деталь. Одновременно требуется перепрограммирование датчиков кислорода (иначе они будут реагировать на отсутствие катализатора и выдавать ошибки). Такие манипуляции производятся в специализированной мастерской.

Глушение клапана ЕГР . Система рециркуляции выхлопных газов (EGR) тоже решает экологическую задачу — снижает выбросы оксидов азота. Но по мере исчерпания ресурса она начинает отрицательно влиять на работу двигателя. Менять ЕГР сложно и дорого, и иногда самым разумным решением становится отключение системы, точнее, главной ее детали — клапана. А поскольку в современных автомобилях они имеют электронное управление, механического изъятия недостаточно — нужно перепрограммирование контроллера. Своими руками такую операцию не выполнить.

Отремонтировать турбину намного дешевле, чем установить новую. Но это сложная работа, и на обычных СТО ее не выполняют. Замена картриджа чаще всего не решает проблемы: необходим капитальный ремонт с диагностикой, который проводится только в специально оснащенных техцентрах.

Как работают газотурбинные электростанции

Управление Управление ископаемой энергией и выбросами углерода

Изображение

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

• нагнетает его и подает в камеру сгорания со скоростью сотни миль в час.
• Система сгорания , обычно состоящая из кольца топливных форсунок, которые впрыскивают постоянный поток топлива в камеры сгорания, где оно смешивается с воздухом. Смесь сгорает при температуре более 2000 градусов по Фаренгейту. В результате сгорания образуется высокотемпературный поток газа под высоким давлением, который входит и расширяется через секцию турбины.
• Турбина представляет собой сложную систему чередующихся стационарных и вращающихся лопастей с аэродинамическим профилем. Когда горячий дымовой газ расширяется через турбину, он вращает вращающиеся лопасти. Вращающиеся лопасти выполняют двойную функцию: они приводят в действие компрессор, чтобы накачать больше сжатого воздуха в секцию сгорания, и вращают генератор для производства электроэнергии.

Наземные газовые турбины бывают двух типов: (1) двигатели с тяжелой рамой и (2) авиационные двигатели. Двигатели с тяжелой рамой характеризуются более низким коэффициентом давления (обычно ниже 20) и, как правило, имеют большие физические размеры. Степень сжатия – это отношение давления нагнетания компрессора к давлению воздуха на входе. Авиационные двигатели произошли от реактивных двигателей, как следует из названия, и работают при очень высокой степени сжатия (обычно более 30). Авиационные двигатели, как правило, очень компактны и полезны там, где требуется меньшая выходная мощность. Поскольку турбины с большой рамой имеют более высокую выходную мощность, они могут производить большее количество выбросов и должны быть спроектированы для достижения низкого уровня выбросов загрязняющих веществ, таких как NOx.

Одним из ключевых факторов эффективности отношения топлива к мощности турбины является температура, при которой она работает. Более высокие температуры обычно означают более высокую эффективность, что, в свою очередь, может привести к более экономичной работе. Газ, протекающий через турбину типичной электростанции, может иметь температуру до 2300 градусов по Фаренгейту, но некоторые из критических металлов в турбине могут выдерживать температуры только до 1500–1700 градусов по Фаренгейту. Следовательно, воздух из компрессора может использоваться для охлаждения. ключевые компоненты турбины, снижая предельную тепловую эффективность.

Одним из главных достижений программы Министерства энергетики США по созданию усовершенствованных турбин стало преодоление прежних ограничений по температуре турбины за счет сочетания инновационных технологий охлаждения и передовых материалов.

Усовершенствованные турбины, появившиеся в результате исследовательской программы Департамента, смогли повысить температуру на входе в турбину до 2600 градусов по Фаренгейту, что почти на 300 градусов выше, чем в предыдущих турбинах, и достичь эффективности до 60 процентов.

Другим способом повышения эффективности является установка рекуператора или парогенератора-утилизатора (HRSG) для извлечения энергии из выхлопных газов турбины. Рекуператор улавливает отработанное тепло в выхлопной системе турбины для предварительного нагрева нагнетаемого компрессором воздуха перед его подачей в камеру сгорания. Котел-утилизатор вырабатывает пар, улавливая тепло выхлопных газов турбины. Эти котлы также известны как парогенераторы-утилизаторы. Пар высокого давления из этих котлов можно использовать для выработки дополнительной электроэнергии с помощью паровых турбин, конфигурация которых называется комбинированным циклом.

Газовая турбина простого цикла может достигать эффективности преобразования энергии в диапазоне от 20 до 35 процентов. Благодаря более высоким температурам, достигнутым в программе турбин Министерства энергетики, будущие электростанции с комбинированным циклом, работающие на водороде и сингазе, вероятно, достигнут эффективности 60 процентов или более. Когда отработанное тепло улавливается из этих систем для отопления или промышленных целей, общая эффективность энергетического цикла может достигать 80 процентов.

 

Газовая турбина | Принцип работы, основные компоненты и типы:

Содержание

• 1 Что такое газовая турбина?
• 2 Принцип работы газовой турбины
• 3 Цикл газовой турбины
• 4 Типы газообразного турбинного двигателя
  • 4.1 1) Газовый двигатель турбоприза
  • 4.2 2) Турбоджетский двигатель
  • 4.3 3) Турбофан Двигатель
  • 4.4 4). Двигатель
  • 4,5  5) Турбовальный двигатель
  • 4,6 6) Авиационная газовая турбина
  • 4,7 7) Микротурбины
• 5 Эффективность газовой турбины
• 6 Компоненты газового турбинного двигателя
• 7 Преимущества и недостатки газовых турбин
  • 7. 0.1. 8 Применение газовой турбины
  • 9 Разница между газовой турбиной открытого цикла и газовой турбиной замкнутого цикла
  • 10 FAQ Раздел
    • 10.1 Кто изобрел газовую турбину?
    • 10.2 По какому циклу работает газовая турбина?
    • 10.3 Для чего используются газовые турбины?
    • 10.4 Какое топливо использует газовая турбина?
    • 10.5 Почему газовая турбина называется газовой турбиной?
    • 10.6 Какой тип компрессора используется в газотурбинной установке?
    • 10.7 Сколько времени требуется для запуска газовой турбины?
    • 10.8 Какие бывают газовые турбины?

  Газовая турбина является наиболее распространенным и известным типом турбины. 9Газовые турбины 0012 или газовые двигатели наиболее широко используются во всем мире для различных целей. В настоящее время эти турбины являются самыми широко используемыми технологиями производства электроэнергии. Эти типы турбин в основном используются для производства дешевой электроэнергии с использованием газа в качестве рабочего тела. В предыдущих статьях мы обсуждали паровые турбины, ветряные турбины и водяные турбины. Поэтому в этой статье мы в основном рассмотрим различные аспекты газовой турбины.

  Различные типы двигателей

  Пожалуйста, включите JavaScript

  Различные типы двигателей

  Что такое газовая турбина?

  Газовая турбина представляет собой тип двигателя внутреннего сгорания , который преобразует кинетическую энергию газа в энергию вращения (механическую энергию). Эта механическая энергия далее приводит в действие газогенератор , который преобразует эту механическую энергию в электричество .

  Он известен как « газовая турбина », потому что он использует 9Газ 0012 в качестве рабочего тела. По сути, эту турбину можно рассматривать как преобразователь энергии, который может преобразовывать запасенную в газе энергию в мощность вращения. Эта мощность вращения приводит в действие генератор, который вырабатывает электричество. После выработки электроэнергии эта электроэнергия доставляется различным предприятиям и домохозяйствам по кабелям.

  В 1791 Джон Барбер изобрел первый газотурбинный двигатель . В его конструкцию было включено большинство деталей новейших газовых турбин. Планировалось ездить на безлошадных автомобилях.

  Современные газовые турбины работают при значительно более высокой температуре по сравнению с паровыми турбинами. Максимальная эффективность газовой турбины до 60% .

  Принцип работы газовой турбины

  Газовая турбина работает на основе цикла Брайтона . Во время этого цикла топливовоздушная смесь сжимается, сгорает, проходит через газовую турбину и выбрасывается.

  В рабочем цикле газовой турбины , в качестве рабочего тела используется воздух . A gas turbine works in the following the stages:

  1. Suction Process
  2. Compression Process
  3. Combustion Process
  4. Turbine Section
  5. Electricity Generation

  1) Suction Процесс: –

  В первую очередь турбина засасывает воздух в камеру сжатия из атмосферы в турбину и направляет этот воздух в компрессор.

  2) Процесс сжатия: –

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

  3) Процесс сгорания: –

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

  4) Секция турбины: –

  По мере того, как отработанный газ поступает в секцию турбины, часть энергии этого газа преобразуется в механическую энергию, а часть энергии расходуется.

  Когда газообразные продукты сгорания расширяются через турбину, они вращают лопасти турбины. Вращающиеся лопасти имеют двойную функцию : они приводят в действие компрессор для всасывания большего количества воздуха для работы, а также приводят в действие газогенератор, соединенный с турбиной .

  5) Процесс производства электроэнергии: –

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

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

  Читайте также: Работа паровой турбины

  Цикл газовой турбины

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

  Рабочий цикл газовой турбины

  Сжатие (от А до В): –

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

  Сгорание (от B до C): –

  Когда сжатый воздух поступает в камеру сгорания ( линия B до C ), форсунка впрыскивает топливо, которое смешивается с воздухом. Воспламенитель воспламеняет эту воздушно-топливную смесь и увеличивает ее давление и температуру.

  Расширение (от C до D): –

  После прохождения процесса сгорания воздух поступает в секцию турбины ( линия C до D представляет этот процесс), где он расширяется.

  Когда воздух расширяется, он вращает лопасти турбины, которые дополнительно вращают вал турбины и компрессор. Некоторая мощность этого расширенного воздуха используется для привода компрессора, а оставшаяся мощность используется для привода сопряженного генератора. Генератор преобразует эту энергию в электричество.

  Типы газотурбинных двигателей

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

  • Турбовинтовой двигатель
  • Jet Engine
  • Turbojet
  • Турбон
  • Turboshaft
  • Аэродеривативная турбина
  • Микротурги
  1) Turboprop Gas Engine

  . Турбовинтовой двигатель имеет маршевое сопло, турбину, камеру сгорания, компрессор, впускной и редуктор.

  В этом газовом двигателе используется редуктор для привода воздушного винта самолета. Турбовинтовой двигатель используется в небольших самолетах, таких как Военный учебно-тренировочный самолет Embraer EMB312 Tucano и Cessna 208 General Aviation Caravan .

  Турбовинтовой двигатель также используется в крупногабаритных самолетах, таких как Airbus A400M Transport . Кроме того, он используется в средних пригородных самолетах, таких как Bombardier Dash 8 .

  Выхлопные газы приводят в действие силовую турбину, которая соединяется через вал, который далее приводит в движение редуктор. Для турбовинтовых двигателей требуется редуктор, потому что наилучшие характеристики воздушного винта достигаются при скоростях, намного меньших, чем рабочая скорость двигателя. Рис. Турбовинтовой двигатель

  Эти типы газовых турбин имеют исключительную эффективность на скорости 250–400 миль в час и высоте 18 000–30 000 футов .

  Самый низкий расход топлива для турбовинтовых турбин обычно достигается в диапазоне высот от 25 000 футов до тропопаузы. Эта турбина использует примерно от 80% до 85% вырабатываемой мощности для вращения гребного винта. Напротив, оставшаяся доступная энергия используется в качестве тяги для удаления выхлопных газов.

  Преимущества и недостатки турбовинтовых двигателей: –

  Преимущества	Недостатки
  Эти двигатели имеют небольшие размеры.	У них низкая крейсерская скорость.
  Легкие.	Пропеллер этого двигателя теряет эффективность на большей высоте.
  Турбовинтовые двигатели наиболее эффективны на коротких дистанциях.	Это не лучший вариант для долгого путешествия.
  Эти двигатели сжигают меньше топлива в час, чем реактивные двигатели.	Турбовинтовые двигатели производят больше шума, чем реактивные двигатели.

  Подробнее: Работа турбовинтового двигателя

  2) Турбореактивный двигатель

  Второй тип газовой турбины — реактивный двигатель. Это оптимизированная газовая турбина. Он вырабатывает энергию с помощью выхлопных газов или канального вентилятора 9.0013 связан с турбиной. Двигатели, которые генерируют энергию из прямых импульсов выхлопных газов, называются турбореактивными двигателями .

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

  Недостатком турбореактивного двигателя является высокий уровень шума и большой расход топлива. Эти типы двигателей имеют ограниченный диапазон и долговечность. В настоящее время они в основном используются в военной авиации. Турбореактивный

  Турбореактивный двигатель состоит из следующих четырех частей:

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

  Часть компрессора всасывает воздух, сжимает его и передает сжатый воздух в камеру сгорания с высокой скоростью. Камера сгорания имеет топливную форсунку и воспламенитель для воспламенения топливовоздушной смеси.

  Расширенный газ приводит в действие турбину. Эта турбина соединена с компрессором и двигателем через вал и обеспечивает работу двигателя.

  Преимущества и недостатки ТРД: –

  903 a простая конструкция.

  Преимущества	Недостатки
  Они потребляют большое количество топлива.
  Могут работать на высокой скорости.	Они производят высокий нос.
  Турбореактивные двигатели имеют небольшие размеры.	Низкая производительность при низкой скорости.
  Они имеют малый вес.	Эти газовые двигатели нельзя использовать для дальних поездок.

  Читать также: различные типы реактивных двигателей

  3) Турбовинный двигатель

  . Справочный сигнал . Обычно приглашенный вклад. . Слово «турбовентилятор» представляет собой комбинацию « турбина » и « вентилятор «: слово турбина представляет собой газовую турбину, которая получает механическую энергию от камеры сгорания, а вентилятор представляет собой канальный вентилятор, который получает механическую энергию от турбины для направления воздуха назад.

  В этом двигателе используется канальный вентилятор и выхлоп для обеспечения пульсации. Турбовентиляторные двигатели также наиболее широко используются в самолетах. Турбовентиляторный двигатель

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

  Газовый турбовентиляторный двигатель имеет низкий уровень шума и расход топлива по сравнению с другими реактивными двигателями. Он имеет два или более вала внутри двигателя.

  Преимущества и недостатки турбоюна: —

  6 9036.SERINE.

  Преимущества	Disadvantages
  Они имеют больший размер, чем турбореактивные двигатели.
  Низкий уровень шума.	Турбовентиляторные двигатели не справляются с внезапными колебаниями нагрузки.
  Лучше всего подходит для дальних поездок.	Для выработки энергии требуется канальный вентилятор.

  4) Реактивный двигатель Scale

  Реактивный двигатель Scale является пятым типом. Эти двигатели также называются микрореактивными . Имея это в виду, создатель новейшего микрореактивного двигателя Курт Шреклинг разработал первые в мире микротурбины (FD3/67).

  Эти двигатели могут генерировать 22 Н силы. Кроме того, это может быть сделано большинством специалистов с опытом работы в области машиностроения с использованием необходимых технических инструментов.

   

  5) Турбовальный двигатель

  Газовый двигатель , оптимизированный для выработки мощности на валу вместо реактивной тяги, называется турбовальным двигателем.

  Принцип работы турбовального двигателя очень похож на турбореактивный двигатель, но с дополнительным турбонаддувом для отвода тепловой энергии от выхлопных газов и преобразования ее в выходную мощность на валу. В 1949 , Французская компания Turbomeca построила первый турбовальный газотурбинный двигатель . Турбовальный газовый двигатель

  Главный вал двигателя оснащен компрессором и его турбиной, и оба в сочетании со сгоранием называются газогенератором . Отдельно вращающаяся силовая турбина используется для питания винтов вертолета. Вы можете повысить гибкость конструкции, вращая силовую турбину и газогенератор с соответствующими скоростями.

  Основное отличие ТРД от ТРД заключается в том, что в ТРД максимальная часть энергии, вырабатываемой расширяющимся газом, используется для питания турбины, а не для создания тяги.

  Эти газовые двигатели лучше всего подходят для применений, требующих легкого веса, небольшого размера, высокой надежности и постоянной высокой производительности. Большинство вертолетов имеют турбовальный двигатель. Турбовальный двигатель также используется в качестве вспомогательного двигателя для больших самолетов. Эти двигатели также используются на станциях сжижения природного газа.

  Преимущества и недостатки турбовального двигателя: –

  Преимущества	Недостатки
  Эти двигатели отличаются высокой надежностью.	Они производят сильный шум.
  Турбовентиляторные двигатели имеют неизменно высокие характеристики.	Эти газовые двигатели имеют высокую стоимость производства.
  Небольшие размеры.	Им нужна высокая мощность для первоначального запуска.

  6) Авиационная газовая турбина

  Во-первых, они часто конструируются на газотурбинных двигателях существующих самолетов. Промышленные газовые турбины более обширны, чем авиационные производные турбины.

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

  турбина, которая вырабатывает как электричество, так и тепло в небольших масштабах. Этот газотурбинный двигатель разработан на основе турбонагнетателей с поршневыми двигателями, небольшими реактивными двигателями или авиационными ВСУ. Их размер соответствует 25-500 кВт холодильник.

  КПД микротурбин составляет около 15% без теплообменника, тогда как этот КПД составляет от 20% до 30% с теплообменником. При объединении тепла и энергии комбинированный термоэлектрический КПД может достигать 85% .

  По сравнению с другими технологиями малой энергетики микротурбины имеют следующие преимущества:

  1. Низкая стоимость энергии
  2. Низкий уровень выбросов
  3. Легкий вес
  4. Высокая эффективность
  5. Компактный дизайн
  6. Малое количество подвижных частей
  7. Возможность использования отработанного топлива. В этих турбинах также можно использовать рекуперацию отработанного тепла для достижения эффективности более 80%.

  Ожидается, что микротурбины займут значительную часть рынка распределенной генерации из-за их низких затрат на техническое обслуживание и эксплуатацию, низких капитальных затрат, небольшого размера и автоматического электронного управления.

  Эти типы газовых турбин представляют собой эффективное и экологически чистое решение для рынков прямого привода, например компрессоров и кондиционеров.

  Читайте также: Работа и типы ветряных турбин

  Эффективность газовой турбины

  Рабочая температура (температура воспламенения) газовой турбины влияет на ее эффективность. Чем выше температура, тем выше КПД турбины. Однако температура на входе в турбину фиксируется с помощью теплового режима, который выдерживают лопатки турбины.

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

  Из-за мощности, необходимой для работы компрессора, КПД преобразования энергии однотактной газовой турбины составляет от 20% до 35% , и даже самая эффективная конструкция имеет КПД до 40%.

  Много тепла остается в выхлопных газах, температура которых на выходе из турбины достигает 600°C. Газотурбинная силовая установка с комбинированным циклом может достигать эффективности между от 55% до 60% путем рекуперации отработанного тепла в конфигурации с комбинированным циклом для создания более ценной работы.

  3, Комбинированный цикл (%), LHV 3, (%), LHV 3, (%), LHV 3 9013, .

  Газовая турбина тип	Выходная мощность (MW EL)	Эффективность, Комбинированный цикл (%), LHV
  Большой вес для тяжелых условий эксплуатации	200–500	54–60	37-40
  Small scale heavy duty	70-200	53-55	35-37
  Aeroderivative	30-60	51-54	39 Газовая турбина состоит из следующих основных частей:0016 Редуктор Выхлоп 1) Компрессор: – Компрессор включает в себя основные газовые турбины. Во-первых, компрессор всасывает воздух в турбину. После этого он сжимает воздух и увеличивает давление этого воздуха в соответствии с требованиями турбины. Наконец, компрессор подает воздух в камеру сгорания со скоростью сотни миль в час. Читайте также: Различные типы компрессоров 2) Вал: – Вращающийся вал позволяет компрессору постоянно всасывать воздух и повышать давление воздуха для регулирования непрерывного горения. Он имеет несколько лопастей турбины. Вал вращается вместе с вращением лопаток турбины. Избыточная мощность вала используется для запуска генератора для выработки электроэнергии. 3) Камера сгорания: — Состоит из ряда форсунок, которые подают постоянный поток топлива в систему сгорания и смешивают его с воздухом камеры сгорания. Смесь горит при температуре выше 2000 градусов по Фаренгейту . Камера сгорания также включает в себя основные компоненты газовой турбины. Он создает поток газа высокого и высокого давления, который поступает в турбину и частично расширяется. 4) Секция турбины :- Состоит из сложного набора неподвижных и вращающихся лопаток. Когда горячие дымовые газы расширяются через турбину, вращающиеся лопасти вращаются. Вращающиеся ножи выполняют две функции: Во-первых, это позволяет компрессору подавать больше сжатого воздуха в зону горения. Вращает генератор для выработки электроэнергии. 5) Редуктор:- Редуктор турбины передает крутящий момент на приводимое оборудование. 6) Выхлоп:- Эта деталь обеспечивает низкий уровень выбросов из секции турбины. Преимущества и недостатки газовых турбин Преимущества и недостатки газовых турбин приведены ниже: Преимущества газовой турбины Эти турбины легко транспортировать и быстро запускать. Глобальная поддержка и услуги. Низкие затраты и низкий расход смазочных материалов. Можно использовать различные виды топлива. Из-за избытка воздуха он полностью сжигает воздух, а пламя на холодной поверхности не « гасит », что приводит к очень низким выбросам токсичных CO и HC. Высокая доступность. Высокая надежность. Низкая стоимость эксплуатации. Используйте другие чистые возобновляемые виды топлива. Газовые турбины имеют высокую удельную мощность. Выделяет малотоксичные газы. Низкие затраты на строительство. Комплексный блок модуля производительности. Недостатки газовой турбины Требует высоких затрат на техническое обслуживание . Нижняя мощность: коэффициент веса. Использование экзотических материалов может увеличить стоимость основного двигателя. КПД газовых турбин ниже, чем у поршневого двигателя на холостом ходу. Более длительное время запуска, чем у поршневого двигателя. Характерные жалобы трудно контролировать. Применение газовой турбины Эти турбины используются для привода самолетов. Используется в поездах. Эти турбины используются для привода кораблей. Газотурбинный двигатель также используется для привода электрических генераторов. Используются для питания насосов. Газовая турбина используется в различных областях применения газовых компрессоров. .	Нет необходимости в фильтрации воздуха.
  Газовая турбина открытого цикла имеет низкий тепловой КПД.	Газовая турбина замкнутого цикла имеет больший тепловой КПД, чем газовая турбина открытого цикла.
  Газовые турбины с открытым циклом производят меньше энергии.	Газовые турбины замкнутого цикла производят более высокую мощность при той же потребляемой мощности, что и газовые турбины открытого цикла.
  В этой турбине жидкость заменяется непрерывно.	В этой турбине снова и снова циркулирует одно и то же рабочее тело.
  В качестве рабочей среды может использовать только воздух.	Может использовать некоторые другие жидкости, такие как гелий, в качестве рабочей жидкости.
  Низкая стоимость обслуживания.	Высокая стоимость обслуживания.
  Лопасти этой турбины имеют короткий срок службы.	Лопасти этой турбины имеют более длительный срок службы.
  Требуется меньшая масса установки на кВт.	Требуется больше монтажной массы на кВт.
  Открытый цикл имеет меньший вес, чем газовая турбина замкнутого цикла.	Он очень тяжелый.

  Часто задаваемые вопросы Раздел

  Кто изобрел газовую турбину?

  В 1791 первый газотурбинный двигатель был изобретен Джоном Барбером .

  Газовая турбина работает по какому циклу?

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

  Для чего используются газовые турбины?

  Газовые турбины используются для привода:

  • Поездов
  • Резервуары
  • Насосы
  • Промышленное оборудование
  • Корабли
  • Газовые компрессоры

  Какое топливо использует газовая турбина?

  Газовая турбина использует такие виды топлива, как испарившееся топливо нефть газ уголь с низким содержанием БТЕ газ , технологический газ и природный газ. Но 90% газовых турбин в мире используют сжиженный природный газ или природный газ в качестве рабочего топлива.

  Почему газовая турбина называется газовой турбиной?

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

  Какой тип компрессора используется в газотурбинной установке?

  Многоступенчатый осевой компрессор, используемый в газотурбинной установке для твердых частиц.

  Сколько времени требуется для запуска газовой турбины?

  Газовая турбина двигателя внутреннего сгорания может запуститься менее чем за 5 минут до достижения полной нагрузки, в то время как запуск газовой турбины с комбинированным циклом может занять 30 минут или более.

  Какие существуют типы газовых турбин?

  Стоимость газовых турбин очень низкая по сравнению с другими типами турбин. Благодаря этому данные турбины получили наибольшее распространение во всем мире. Эти турбины имеют высокую удельную мощность.