Принцип работы турбины в дизельном двигателе: Принцип работы турбины на дизельном двигателе

Содержание

Принцип работы турбины на дизельном двигателе

Воплощение идеи по использованию выхлопных газов с целью разгона ротора позволила увеличить мощность дизельного мотора примерно на 30%. Мотор, на который установлен турбонаддув, называется турбодизелем.

Содержание:

Устройство турбины дизельного двигателя
Как работает турбина дизельного мотора
Принцип работы турбонаддува
Минусы использования турбокомпрессора
Правила эксплуатации турбомотора
Как работает турбина видео

Устройство турбины дизельного двигателя

Турбокомпрессор выполняет задачу по нагнетанию воздуха под давлением в цилиндры мотора: чем больше будет воздуха, тем больше топлива силовой агрегат сможет сжечь, что, в свою очередь, приведет к увеличению мощности двигателя без увеличения объема имеющихся цилиндров.

Чтобы выполнять возложенные функции с необходимой эффективностью, турбонаддув имеет особую конструкция, состоящую из двух элементов:

турбины;
компрессора.

Главная функция компрессора заключается в усилении поступления воздуха в топливную систему. Составные части компрессора находятся в алюминиевом корпусе. Внутри него располагается ротор, закрепленный на оси турбины. Вращаясь, ротор вбирает воздух: большая скорость вращения приводит к большему количеству попавшего внутрь воздуха. Для набора скорости существует турбина.

Турбина состоит из корпуса с ротором внутри. Поскольку все элементы устройства взаимодействуют с газами высокой температуры, они изготавливаются из специальных материалов, невосприимчивых к такому воздействию.

Как работает турбина на дизельном двигателе

Ротор и ось, на которой он закреплен, вращаются в разных направлениях. Частота вращения довольно велика, поэтому элементы плотно прижимаются друг к другу.

Принцип работы турбины на дизельном двигателе следующий:

компрессор обеспечивает поступление воздуха из окружающей среды, который смешивается с дизельным топливом и затем направляется в цилиндры;

топливно-воздушная смесь загорается, начинают двигаться поршни. По ходу этого процесса образуются газы, поступающие в выпускной коллектор;
скорость движения газов, оказавшихся в корпусе, значительно возрастает. Вступая во взаимодействие с ротором, они приводят его во вращающееся положение;
вращение передается компрессорному ротору (за это отвечает вал), который снова втягивает новую порцию воздуха.

Таким образом, принцип работы основывается на взаимосвязи: чем сильнее вращается ротор, тем больше поступает воздуха, но при этом ротор увеличивает скорость вращения, если количество воздуха возрастает.

Как работает турбонаддув

Чтобы разобраться в работе турбонаддува, для начала следует уяснить понятия турбоподхвата и турбоямы.

Турбоподхват – ситуация, когда набравший скорость ротор увеличивает поступление воздуха в цилиндры, следствием чего становится повышение мощности двигателя.

Турбояма – момент небольшой задержки, наблюдаемый в работе турбины при увеличении количества поступившего горючего, что достигается нажатием на педаль газа. Задержка вызвана временем, которое нужно ротору для его разгона газами.

Турбонаддув увеличивает давление отработанных газов за счет более интенсивной работы двигателя. В то же самое время повышается и давление наддува: этот процесс требует контроля и регулировки, поскольку при достижении высоких значений велика вероятность поломки. Функции регулировки давления возложены на клапан, контролем предельно возможных значений занимаются мембрана и пружина с определенными значениями жесткости (когда достигается максимально допустимая величина, мембрана открывает клапан).

Работа турбины дизельного двигателя также требует контроля давления:

компрессор через клапан, дабы снизить давление, сбрасывает лишний забранный воздух;
когда давление поступившего воздуха достигает максимально допустимой величины, клапан выпускает газы, и ротор вращается с требуемой скоростью, а компрессор всегда забирает только нужное количество воздуха.

Минусы использования турбокомпрессора

Казалось бы, установка турбодизеля влечет за собой сплошные преимущества, но это не так. У устройства есть определенные недостатки:

возрастает расход топлива, что особенно ощущается при неправильной регулировке системы;
температура в процессе сжатия повышается, что может привести к детонации. Чтобы избежать такой неприятности, необходим монтаж регуляторов, охладителей и ряда других элементов.

Турбированный мотор: правила эксплуатации

Чтобы дизельная турбина работала с максимальным КПД и как можно дольше не выходила из строя, нужно придерживаться определенных правил в процессе эксплуатации автомобиля:

придерживаться графика замены масла, что позволит не допустить засорения маслопровода абразивами;
использовать качественное моторное масло, соответствующее по характеристикам в паспорте двигателя;
не трогаться сразу после включения мотора – движок должен быть прогрет;
сразу после прекращения движения не выключать двигатель, дав ему хотя бы 10 секунд поработать на холостых оборотах.

Как работает турбина: видео

Принцип работы турбины на дизельном двигателе — Турбобаланс

Дизельный двигатель, относящийся к категории двигателей внутреннего сгорания, был изобретён в феврале месяце 1893года в Германии инженером Рудольфом Дизелем.

С момента изобретения двигатель постоянно усовершенствовался, менялись виды топлива, способы его подачи, баланс топливной смеси и т.д.

Собранные по классической схеме двигатели, используют принцип превышения атмосферного давления над давлением, создающимся в цилиндре в момент движения поршня к нижней мёртвой точке. Однако за счёт незначительного времени затраченного на выполнения этого действия и небольшого перечного сечения воздухоподводящего канала поступающего воздуха недостаточно для полного сгорания топливной смеси.

Позже на родине Рудольфа Дизеля нашли способ решения данной проблемы. Воздух в цилиндры должен подаваться под избыточным давлением! Это основной принцип работы турбины на дизельном двигателе

Для этой цели было разработано специальное устройство, совмещающее в себе свойства вентилятора и компрессора. Это устройство приводилось в движение непосредственно от коленчатого вала двигателя, что снижало коэффициент полезного действия всей конструкции в целом.

Следующим усовершенствованием системы подачи воздуха стала установка в качестве привода для компрессораспециальной турбины, которая приводилась во вращение за счёт использования энергии потока использованных отработанных газов.

Однако при работе двигателя на малых оборотах, воздуха подаваемого в цилиндры компрессором было недостаточно для полноценной работы дизеля. Вскоре и этот вопрос был решён путём установки двух турбин различного диаметра и приводимых во вращение выхлопными газами, забираемыми из разных частей выпускного тракта. Турбина меньшего диаметра разгонялась быстрее и обеспечивала работу двигателя на малых оборотах, а большая турбина работала при больших оборотах двигателя, что качественно изменило принципы работы турбины на дизельном двигателе. Так же для уменьшения турбоямы использовались механизмы изменяемой геометрии.

Работает турбокомпрессор следующим образом:

— Выхлопные газы, отводимые от выпускного коллектора дизеля, направляются в приемный патрубок турбокомпрессора.

— Проходят по каналу корпуса турбины, который постепенно уменьшается в сечении, а газы увеличивают скорость и воздействуя на ротор заставляют вращаться турбину. Число оборотов турбины зависит от многих факторов: конфигурации канала, его формы, сечения и т.д. Турбина вращается со скоростью около150000 об/сек, её размеры подбираются в зависимости от типа двигателя.

— Наружный воздух, проходя через фильтрующий элемент, очищается от пыли и других посторонних примесей и в сжатом состоянии попадает во впускной коллектор дизеля.

После этого происходит закрытие впускного канала, дополнительное сжатие топливной смеси и её воспламенение. В завершении рабочего цикла открывается выпускной коллектор.

Поскольку уходящие выхлопные газы имеют температуру около 800° — 900° С, турбокомпрессор имеет систему охлаждения, радиатором которой является корпус подшипника. При работе турбокомпрессора, за счёт сжатия и увеличения внутренней силы трения воздух, нагнетаемый в цилиндры дизеля подогревается до температуры около 170°С. Во время охлаждения воздух «сгущается», то есть увеличивается, его плотность и соответственно взрастает, объём подаваемого воздуха. Подача в двигатель охлаждённого воздуха положительно влияет на повышение мощности дизеля, что в свою очередь снижает потребление топлива, уменьшает отрицательное воздействие на окружающую среду.

Турбокомпрессорные двигатели имеют перед обычными двигателями определённые преимущества:

При одних и тех же энергозатратах расход топлива меньше, поскольку часть энергии выхлопных газов, раскручивая турбокомпрессор, подавая большее количество воздуха в цилиндры двигателя, увеличивает его мощность.
Двигатели с турбокомпрессорами имеют меньший наружный объём и соответственно меньшие потери нагрева.
За счёт относительно небольшого веса на 1Л.С. мощности снижается расход металла на сам двигатель и конструкцию, на которой он установлен.
Также меньше объём отсека, в который может быть установлен турбодвигатель.
За счёт малого числа оборотов при номинальной мощности турбодвигатели обладают лучшими нагрузочными характеристиками.
В условиях разряженного воздуха, за счёт высокого давления развиваемого турбокомпрессором и низкого внешнего давления турбодвигатель имеет огромные преимущества в сравнении с обычным двигателем, поскольку мощность его практически не теряется.
турбодвигатель за счёт малых размеров имеет меньшую звукоизлучающую поверхность, а турбокомпрессор работает как дополнительный глушитель.

Имеет турбонаддув и свои недостатки – это заметная задержка набора мощности при резком нажатии на педаль акселератора. Такое случается в связи с тем, что отсутствует механическая связь коленчатого вала и турбины Мощность начинает расти, когда турбина раскрутится выхлопными газами. Хотя подобное явление в той или иной степени наблюдается у любого двигателя.

Основное применение дизельные двигатели с турбонаддувом нашли на автомобилях большой грузоподъёмности, работающих с полной нагрузкой.

Принципы работы газотурбинных двигателей — 624 слов

Газотурбинные двигатели

Газотурбинные двигатели имеют широкое применение, наиболее распространены автомобильные двигатели. Они работают по простому принципу сжатия воздушно-топливной смеси под высоким давлением, а не ее воспламенения. Создаваемая взрывная сила действует как тяга и используется для создания механических движений поршней двигателя, которые вращают колеса. Тот же принцип используется в самолетах, но основное отличие заключается в том, что тяга используется для поворота лопастей пропеллера, толкающего самолет вперед. Его другие применения в генераторах и некоторых водяных насосах. (Тригер, стр. 36)

Как это работает

Когда вы поворачиваете ключ зажигания в автомобиле, сразу же начинает вращаться электродвигатель, работающий от автомобильного аккумулятора. Этот мотор имеет вентиляторы и начинает всасывать воздух из атмосферы, проталкивая его в камеры двигателя. Этот воздух с большой скоростью проходит через лопасти вентиляторов и попадает в камеру сжатия, которая имеет меньший объем, чем окружающая атмосфера. Уменьшение объема по закону Бойля увеличивает давление воздуха. (Давление обратно пропорционально объему, в котором оно содержится). Включение зажигания также приводит к тому, что бензин в баке начинает двигаться к камере сгорания в двигателе.

Топливо проходит через узкое сопло, прежде чем смешивается с воздухом. Внезапное уменьшение объема бензина при прохождении через сопло приводит к тому, что он «превращается в почти паровую фазу в результате процесса, называемого распылением» (Керреброк, стр. 124). Теперь топливо в паровой фазе начинает смешиваться со сжатым воздухом, и режим воспламенения топлива зависит от используемого типа. Для дизельных двигателей они работают по принципу воспламенения от сжатия, при котором само давление топливно-воздушной смеси в камере сгорания вызывает самовоспламенение паров дизельного топлива, тем самым инициируя фазу сгорания. Для бензиновых двигателей распыление бензина в форсунках создает «топливно-воздушную смесь (дымовые газы), и почти сразу же свечи зажигания выбрасывают искру, которая воспламеняет бензин и знаменует собой начало процесса сгорания». (Kerrebrock, стр. 125) Стоит отметить, что весь процесс от поворота ключа зажигания до сгорания топливовоздушной смеси занимает считанные секунды.

Воспламенение топливовоздушной смеси — взрывной процесс, при котором выделяется много энергии. Эта мощность преобразуется в механическую силу поршнями, прикрепленными к камере сгорания. Поршни совершают движение вверх-вниз и работают друг напротив друга, так что когда одна пара поршней четырехпоршневого двигателя поднимается, другая пара опускается. Суммарная комбинация сил поршня вызывает цилиндрическое движение коленчатого вала, который в случае автомобиля приводит во вращение маховик, который, в свою очередь, вращает колеса автомобиля. В самолете вращающийся коленчатый вал используется для вращения пропеллера, который создает необходимую для полета тягу. Более высокая выходная мощность двигателя достигается за счет сжатия большего количества воздуха в камере сгорания и запуска чего-то вроде цепной реакции в уже существующем процессе сгорания. Переключение передач изменяет степень вращения колес и, в некотором роде, количество мощности, передаваемой поршням и коленчатому валу на колеса. Высокая передача вызывает дефицит крутящего момента, который вращает колеса, и эта дополнительная мощность потребляется двигателем. Более низкая передача и происходит обратное, при этом происходит обратное и поршни расслабляются, так как на колесах достаточно крутящего момента. (Керреброк, стр. 126).

Процитированные работы

Treager Irwin, Aircraft Gas Turbine Technology, Career Education, 3 ^rd Edition, pp 36-39
Kerrebrock Jack L, Aircraft Engines and Gas Turbines, MIT press, 2 ^nd Edition 123-126

Это эссе о принципах работы газотурбинных двигателей было написано и представлено вашим коллегой ученик. Вы можете использовать его для исследовательских и справочных целей, чтобы написать свою собственную статью; однако ты должны цитировать его соответственно.

Запрос на удаление

Если вы являетесь владельцем авторских прав на эту статью и больше не хотите, чтобы ваша работа публиковалась на IvyPanda.

Запросить удаление

Нужен пользовательский Образец эссе , написанный с нуля
профессиональный специально для вас?

801 сертифицированный писатель онлайн

ПОЛУЧИТЬ ПИСЬМЕННУЮ ПОМОЩЬ

Cite This paper

Выберите стиль ссылки:

Ссылка

IvyPanda. (2022, 7 марта). Принципы работы газотурбинных двигателей. https://ivypanda.com/essays/gas-turbine-engines-principles-of-work/

Ссылка

IvyPanda. (2022, 7 марта). Принципы работы газотурбинных двигателей. Получено с https://ivypanda.com/essays/gas-turbine-engines-principles-of-work/

Процитировано

«Принципы работы газотурбинных двигателей». IvyPanda , 7 марта 2022 г., ivypanda.com/essays/gas-turbine-engines-principles-of-work/.

1. АйвиПанда . «Принципы работы газотурбинных двигателей». 7 марта 2022 г. https://ivypanda.com/essays/gas-turbine-engines-principles-of-work/.

Библиография

IvyPanda . «Принципы работы газотурбинных двигателей». 7 марта 2022 г. https://ivypanda.com/essays/gas-turbine-engines-principles-of-work/.

Ссылки

IvyPanda . 2022. «Принципы работы газотурбинных двигателей». 7 марта 2022 г. https://ivypanda.com/essays/gas-turbine-engines-principles-of-work/.

Ссылки

IvyPanda . (2022) «Принципы работы газотурбинных двигателей». 7 марта.

Работает на CiteTotal, простой генератор цитирования эссе

Узнать цену вашей бумаги

Принцип работы турбокомпрессоров

Хотя когда-то турбокомпрессоры использовались только в спортивных автомобилях, сегодня мы ежедневно встречаем их во всех видах транспортных средств – как дизельных, так и бензиновых.

Boost — один из самых простых способов увеличить мощность двигателя. Он состоит из воздуха, нагнетаемого в цилиндры. Турбокомпрессор является наиболее популярным типом такого рода устройств. Чаще всего он сочетается с дизельным двигателем.

Сгорание топлива в двигателе — механизм

Чтобы ближе познакомиться с принципом сгорания топлива стоит взять в качестве примера четырехтактные двигатели, которые на сегодняшний день наиболее часто используются. Их рабочий цикл состоит из четырех тактов. Первый – подсос – возникает при вытягивании поршня и подсосе воздуха (в дизеле) или при смешении (на бензине). Затем происходит сжатие, затем расширение. Так происходит воспламенение смеси топлива и воздуха. Последним этапом является удаление выхлопных газов.

Благодаря простоте этого принципа можно увеличить мощность двигателя, используя различные приемы.

Один из них — увеличение кубатуры.

Этот механизм работает таким образом, что чем больше увеличивается камера сгорания, тем больше топлива можно сжечь. Для этого необходимо увеличить объем каждого отдельного цилиндра или увеличить их количество. Двигатель большего веса и размера позволяет немного увеличить мощность, если не брать в расчет расход топлива и выбросы.

Другой метод для увеличения скорости вращения.

Это означает, что в единицу времени делается больше гребков. К сожалению, это очень ограниченный метод, и он имеет некоторые недостатки. На самом деле это может вызвать увеличение трения и, следовательно, постепенное снижение КПД двигателя.

В двигателях с турбонаддувом воздух, используемый при сгорании, сжимается до того, как он попадет в камеру сгорания, в отличие от вышеописанных случаев, когда газы выходят из двигателя естественным путем, а воздух — необходимо для обеспечения — всасывается впускным клапаном непосредственно в цилиндр. Повышенное давление позволяет попадать в камеру сгорания большему количеству воздуха, хотя и подсасывается к тому же объему цилиндра. В результате мы имеем больше топлива для сжигания, а значит и более мощный двигатель, несмотря на ту же скорость вращения и кубатуру. При сжатии воздух достигает температуры примерно до 180 градусов по Цельсию. Затем, охлаждаясь в интеркулере, он уплотняется, еще больше повышая мощность двигателя.

Одним из методов, положительно влияющих на мощность двигателя, является снижение температуры воздуха. Это способствует снижению расхода топлива и выхлопных газов, а значит — вредных оксидов азота за счет получения более низкой температуры воздуха на входе и воспламенения. Механические и турбонаддувные наддувы отличаются друг от друга.

Механический наддув : для сжатия воздуха, необходимого для сгорания, используется компрессор с приводом от двигателя. Однако для работы ему нужна энергия, потеря которой влияет на относительно небольшой прирост мощности. Возможно добиться увеличения емкости в среднем на 10-15%, а ее величина зависит, например, от на габариты двигателя. Такое решение, механический нагнетатель — по сравнению с двигателем без наддува такой мощности — влияет на увеличение расхода топлива.