Турбина как работает: Принцип работы турбины на бензиновом двигателе

Турбина двигателя с изменяемой геометрией (VNT)

Турбина с изменяемой геометрией

Содержание:

• Принцип работы турбины
• Преимущества турбины
• Регулировка турбины
• Чистка турбины
• Как и где отремонтировать

 

Турбокомпрессор используется для увеличения мощности двигателя, которая напрямую зависит от объема воздуха и топлива, подаваемого в цилиндр. Ведущими частями любого турбокомпрессора являются турбина и насос, которые соединены между собой жесткой осью. Турбина двигателя с изменяемой геометрией необходима для образования оптимальной мощности двигателя, имеет свойство изменять сечение турбинных колес в зависимости от общей нагрузки. Если двигатель работает на низких оборотах, то турбина может увеличить скорость отвода выхлопных газов. Это позволяет турбине вращаться быстрее, при этом количество топлива остается небольшим.

   

Как устроена турбина и как она работает

Турбина с измененной геометрией отличается от классических турбокомпрессоров тем, что имеет в своей конструкции кольцо и специальные лопасти с аэродинамической формой, которая способствует увеличению эффективности наддува. В автомобилях с двигателями небольшой мощности сечение регулируется посредством изменения ориентации этих лопастей. В двигателях большой мощности лопасти не вращаются, а покрываются специальным кожухом или перемещаются вдоль оси камеры.

Особенностью VNT турбины являются поворотные лопасти, механизм управления и вакуумный привод. Принцип работы основывается на регулировке потока отработавших газов, которые направляются на колесо турбины. Точная регулировка позволяет настроить проходное сечение для потока газов под режим работы двигателя. Если автомобиль двигается на небольшой скорости, то и турбина крутится медленнее, но при этом лепестки устанавливаются в такое положение, чтобы расстояние между ними было минимальным. Газу в малом объеме сложно преодолеть небольшое отверстие, поэтому он будет передвигаться с большей скоростью, за счет чего обороты турбины увеличиваются, увеличивая при этом давление наддува.

При помощи данных лопастей можно существенно увеличить скорость вращения турбины, не меняя объемы поступающих газов. На большой скорости компрессор раздвигает лопасти – это обеспечивает поддержание безопасного давления внутри системы и исключает перегревы. Принцип изменяемой геометрии позволяет не использовать перепускной клапан, так как весь объём выхлопных газов выходит через горячую часть крыльчатки. Изменение положения поворотных предотвращает избыточный наддув.

Преимущества турбины с изменяемой геометрией

• Автомобили с такими турбинами развивают большую скорость с самых низких оборотов.
• Существенно снижается объем необходимого топлива, а также количество вредных выбросов в атмосферу.
• Улучшается прохождение газов через турбину из-за отсутствия клапана Wastegate и уменьшения количества разнонаправленных потоков газа.
• Улучшается эластичность двигателя.

Возможные неисправности

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией представляет собой сложный механизм, поэтому он больше подвержен различным поломкам. Однако, такие турбины сталкиваются лишь с несколькими проблемами:

• Подклинивание лопастей в движении. Такая ситуация может сложиться из-за сильного износа трущихся пар и образовании нагара. Масляные, а также углеродистые отложения мешают плавному движению регулировочного кольца.
• Заклинивание лопаток в одном положении. Это может происходить по причине критического нагарообразования, когда силы вакуума не хватает для движения регулировочного кольца.
• Поломки вакуумного привода поворотных лопастей или клапана управления давлением.

Симптомами поломок считаются подергивание при разгонах, потеря мощности двигателя, увеличение расхода топлива, а также срабатывание индикатора на приборной панели Check Engine.

Как настроить и отрегулировать турбину

Правильная регулировка турбины с изменяемой геометрией крайне важна для эффективной работы, и для того, чтобы предотвратить быстрый износ деталей и снизить потребление топлива. Если отрегулировать турбину неправильно, то в дальнейшем это повлияет на работу всего автомобиля и удобство его управления.

Любой современный автовладелец немного разбирается в устройстве своего автомобиля и даже может устранить определенные небольшие поломки. Однако, чтобы сделать серьезный ремонт автомобиля, необходим специальный инструмент и оборудование, которого у обычного потребителя может и не быть.

Поэтому, если вы хотите, чтобы работа турбины была эффективной и качественной – обращайтесь за помощью к специалистам, которые правильно настроят механизм и расскажут, как лучше всего за ним ухаживать. Также, не стоит забывать о своевременных диагностиках и профилактике.

Как почистить турбину своими руками

Устройство турбины постоянно сталкивается с непрерывной нагрузкой, подвергается воздействиям продуктов горения масла и топлива, поэтому нуждается в регулярной чистке для профилактики различных поломок, которые могут быть с этим связаны. Зачастую, достаточно обработать турбину специальным средством и прогнать его через механизм для качественной очистки. Однако, иногда придется приложить побольше усилий для того, чтобы удалить все загрязнения с устройства. Также стоит помнить о том, что турбина не требует частой чистки, поэтому если она сильно загрязняется за короткое время, значит есть неполадки в ее работе или настройке.

Причинами сильных загрязнений могут выступать:

• Увеличение нормы давления газов.
• Износ лопастей турбины.
• Превышение необходимого срока эксплуатации поршневого отсека.
• Засора сапуна.
• Износ прокладок.

Именно поэтому каждый автовладелец должен понимать, что сделать качественную чистку самостоятельно возможно, но далеко не всегда результат таких действий положительно влияет на работу механизма, а в некоторых случаях может и вовсе ухудшать ситуацию.

Отсутствие надлежащего опыта, проверенных чистящих средств, специальных инструментов – все это может негативно сказаться на результате вашей чистки, поэтому лучше всего обращаться в специализированные центры, где такой работой занимаются профессионалы.

Как сделать ремонт турбины?

Ремонт турбин гораздо проще предупредить посредством регулярного обслуживания и диагностики, чем потом пытаться исправить ситуацию самостоятельно. Процесс осложняется еще и тем, что многие автовладельцы боятся высоких цен на профессиональные услуги, забывая о том, что самостоятельное проведение ремонта отнимает также немало денег и времени. К тому же, не все получается с первого раза, и затраты на самостоятельный ремонт могут быть достаточно внушительными.

Поэтому мы настоятельно рекомендуем автовладельцам без опыта, знаний, навыков, а, самое главное, необходимого оборудования, не пытаться ремонтировать сложное устройство турбины самостоятельно, поскольку это может привести к еще более серьезным поломкам, устранить которые не сможет даже опытный специалист. При первых признаках поломки обращайтесь в наш сервисный центр, где наши мастера помогут вам восстановить картридж турбокомпрессора, а также устранить другие неисправности быстро и качественно.

Как работает турбина — принцип работы

Для повышения мощности современных двигателей широко применяются турбины. Этот метод увеличения мощности без повышения объёма и степени сжатия называют наддувом. Сама турбина представляет собой воздушный компрессор, который увеличивает давление воздуха на входе в цилиндр, таким образом увеличивая его количество. Соответственно, увеличивают и количество подаваемого топлива.

Виды турбины наддува

По виду привода турбины бывают:
– Механическая – работает от механического привода;
– Электрические – работает от электромотора;
– Турбина, работающая на отработанных газах.

Классическая конструкция автомобильной турбины – две крыльчатки на одном валу. Первая раскручивается под действием движения выхлопных газов. Вторая, приводимая в действие первой, нагнетает воздух в цилиндр в такте впуска рабочей смеси. Принцип действия нагнетателя – использование энергии выхлопных газов для компрессии входящего воздуха.

Электрические турбины, скорее всего, более перспективны, так как не обладают многими недостатками классической конструкции. Но их применение пока ограничено конструктивными особенностями и стоимостью изготовления.

Интеркуллер

При сжатии воздуха его температура увеличивается. Кроме того, он частично нагревается за счёт нагрева самой турбины выхлопными газами. Для снижения температуры нагнетаемого воздуха применяется охлаждающий радиатор – интеркуллер. Его принцип работы прост – увеличение массы воздуха за счёт охлаждения.

Принцип работы классической турбины

Турбина с двумя крыльчатками, которая работает на отработанных газах, сегодня стала самой распространённой конструкцией наддувного двигателя.

Преимущества турбины на отработанных газах:
– Высокая эффективность за счёт использования энергии выхлопа;
– Взаимосвязь количества требуемого надува и количества выхлопных газов;
– Простота конструкции.

Основные недостатки такого типа конструкции:
– Недостаток мощности на малых оборотах;
– Избыток мощности на больших оборотах.

Существующие проблемы классической турбины с двумя крыльчатками решает механизм изменяемой геометрии. Он работает по принципу изменения рабочего пространства крыльчатки, раскручиваемой отработанными газами. В корпусе первичной крыльчатки расположены лопатки, положение которых изменяет кулачковый механизм в зависимости от оборотов двигателя. На малых оборотах весь поток направляется на лопатки крыльчатки, увеличивая скорость её вращения. На больших оборотах часть газов направляется мимо лопаток крыльчатки, снижая избыточную скорость вращения турбины. Изменяемая геометрия позволяет свести к минимуму «турбинную яму» — недостаточный прирост мощности на малых (менее 2 – 2,3 тыс. об/мин) оборотах двигателя, характерную для всех классических турбин. Кроме того, изменяемая геометрия делает турбину ещё более эффективной во всём диапазоне работы.

Обслуживание турбин

Работает турбина в довольно жёстких технических условиях. Самый сложный аспект в работе турбины связан с высокой температурой выхлопных газов и изменяющимся режимом работы. Первичная крыльчатка работает в зоне высоких температур и агрессивной среды. Вторичная (нагнетательная) крыльчатка работает в зоне сравнительно низких температур. Оба механизма работают на одном валу – это одна из главных конструктивных проблем, не позволяющая турбине работать долго без обслуживания.

Ремонт турбин, в основном, заключается в замене её внутренностей, балансировке и т.д. При значительном износе корпусных деталей требуется замена турбины на новую.

Как работает ветряк?

Ветряные турбины могут превращать энергию ветра в электричество, которое мы все используем для питания наших домов и предприятий. Они могут быть автономными, снабжая только один или очень небольшое количество домов или предприятий, или они могут быть сгруппированы, чтобы стать частью ветряной электростанции. Здесь мы объясняем, как они работают и почему они важны для будущего энергетики.

Что такое ветряк?

Ветряные турбины — современная версия ветряной мельницы. Проще говоря, они используют силу ветра для создания электричества.

Наиболее заметны большие ветряные турбины, но вы также можете купить маленькую ветряную турбину для индивидуального использования; например, для обеспечения электроэнергией каравана или лодки.
 

Что такое ветряная электростанция?

Ветряные электростанции представляют собой группы ветряных турбин. Впечатляет мысль о том, что электричество, которое питает так много в нашей жизни — от зарядки наших телефонов до возможности приготовить чашку кофе и, во все большей степени, для заправки наших автомобилей — могло начаться как простой порыв ветра. .
 

Как работают ветряные турбины?

Сначала давайте начнем с видимых частей ветряной электростанции, которые мы все привыкли видеть, — высоких белых или бледно-серых турбин. Каждая из этих турбин состоит из набора лопастей, коробки рядом с ними, называемой гондолой, и вала. Ветер — даже легкий бриз — заставляет лопасти вращаться, создавая кинетическую энергию. Лопасти, вращающиеся таким образом, также заставляют вращаться вал в гондоле, а генератор в гондоле преобразует эту кинетическую энергию в электрическую энергию.
 

Что дальше произойдет с электричеством, вырабатываемым ветряной турбиной?

Для подключения к национальной сети электроэнергия затем проходит через трансформатор на объекте, который повышает напряжение до напряжения, используемого национальной системой электроснабжения. Именно на этом этапе электричество обычно поступает в сеть передачи National Grid, готовое к передаче, чтобы в конечном итоге его можно было использовать в домах и на предприятиях. В качестве альтернативы ветряная электростанция или отдельная ветряная турбина могут генерировать электроэнергию, которая используется в частном порядке отдельными или небольшими домами или предприятиями.
 

Почему ветряные турбины обычно белого или бледно-серого цвета?

Ветряные турбины, как правило, бывают либо белыми, либо очень бледно-серыми — идея состоит в том, чтобы сделать их визуально ненавязчивыми. Ведется дискуссия о том, следует ли красить их в другие цвета, особенно в зеленый, в некоторых местах, чтобы помочь им лучше слиться с окружающей средой.
 

Насколько сильным должен быть ветер для работы ветряной турбины?

Ветряные турбины могут работать при любых скоростях ветра, от очень слабого до очень сильного. Они генерируют около 80% времени, но не всегда на полную мощность. При очень сильном ветре они отключаются, чтобы предотвратить повреждение.
 

Где расположены ветряные электростанции?

Ветряные электростанции, как правило, располагаются в самых ветреных местах, чтобы максимизировать энергию, которую они могут производить, поэтому вы, скорее всего, увидите их на склонах холмов или на побережье. Ветряные электростанции, расположенные в море, называются оффшорными ветряными электростанциями, а те, что на суше, — береговыми ветряными электростанциями.
 

Где был первый ветряк и первая ветряная электростанция?

Самая первая ветряная турбина, производившая электричество, была создана профессором Джеймсом Блитом в его доме отдыха в Шотландии в 1887 году. Она была 10-метровой высоты и имела парусное полотно.

Первая в мире ветряная электростанция открылась в Нью-Гемпшире в США в 1980 году.
 

Вредны ли ветряные электростанции для птиц?

Дело в том, что изменение климата представляет наибольшую долгосрочную угрозу для птиц и других диких животных. А возобновляемая энергия, ключевым компонентом которой являются ветряные турбины, необходима для сокращения парниковых газов .

Британская благотворительная организация Королевское общество защиты птиц ( RSPB ) признает эту более широкую картину, заявляя: «Переход на возобновляемые источники энергии сейчас, а не через 10 или 20 лет, необходим, если мы хотим стабилизировать парниковые газы в атмосфера на безопасном уровне».

Разработчики ветряных электростанций тесно сотрудничают с RSPB и местными экологическими группами в рамках процесса консультаций по размещению ветряных электростанций, чтобы продолжить рост наземной и морской ветровой энергии, уравновешивая любой потенциальный вред птицам из-за потери среды обитания, нарушения и столкновения. .

В отчете США сделан вывод о том, что влияние энергии ветра на популяции птиц относительно невелико по сравнению с падением птиц до кошек и столкновениями с высотными зданиями.

Какая часть электроэнергии Великобритании вырабатывается за счет ветра?

Узнайте, какая часть электроэнергии в Великобритании вырабатывается за счет ветра, с помощью приложения ESO National Grid для

Google Play или Apple iOS .
 

Объяснение дополнительной энергии

Энергия ветра на суше и на море: в чем разница?

Как работает солнечная энергия?

Как работают ветряные турбины? | Блог

Корпорация Ball удовлетворяет половину своих текущих энергетических потребностей США за счет энергии ветра.

 

Что такое энергия ветра?

Люди использовали силу ветра тысячи лет. Ветер двигал лодки по реке Нил, перекачивал воду и перемалывал зерно, поддерживал производство продуктов питания и многое другое. Сегодня кинетическая энергия и мощность естественных воздушных потоков, называемых ветром, широко используются для производства электроэнергии. Одна современная оффшорная ветряная турбина может генерировать более 8 мегаватт (МВт) энергии, что достаточно для чистого питания почти шести домов в течение года. Береговые ветряные электростанции вырабатывают сотни мегаватт, что делает энергию ветра одним из самых рентабельных, чистых и доступных источников энергии на планете.

Энергия ветра – самый дешевый крупномасштабный возобновляемый источник энергии, а также самый крупный источник возобновляемой энергии в США на сегодняшний день. В стране насчитывается около 60 000 ветряных турбин общей мощностью 105 583 мегаватт (МВт). Этого достаточно для электроснабжения более 32 миллионов домов!

График совокупной мощности ветра в США, данные предоставлены Американской ассоциацией ветроэнергетики (AWEA). .

Преимущества энергии ветра:

1.   Ветряные турбины обычно возмещают выбросы углерода, связанные с их развертыванием, менее чем за год, прежде чем обеспечить до 30 лет практически безуглеродного производства электроэнергии.
2. Энергия ветра помогает сократить выбросы углекислого газа — в 2018 году удалось избежать выбросов CO2 на 201 миллион метрических тонн.
3. Энергия ветра обеспечивает налоговые поступления сообществам, в которых реализуются проекты. Например, государственные и местные налоговые платежи от ветровых проектов в Техасе составили 237 миллионов долларов.
4. Ветроэнергетика способствует созданию рабочих мест, особенно во время строительства. В 2018 году в отрасли было создано 114 000 рабочих мест в США.
5. Энергия ветра обеспечивает стабильный дополнительный источник дохода: проекты ветроэнергетики ежегодно приносят более 1 миллиарда долларов государственным и местным органам власти, а также частным землевладельцам.

 

Как выглядит проект ветроэнергетики?

Ветроэнергетический проект или ферма относится к большому количеству ветряных турбин, которые построены близко друг к другу и функционируют так же, как электростанция, отправляя электроэнергию в сеть.

Фотография ветряных турбин в рамках проекта Frontier Windpower II в Оклахоме

Проект Frontier Windpower I в округе Кей, штат Оклахома, работает с 2016 года и расширяется за счет проекта Frontier Windpower II. После завершения строительства Frontier I и II будут генерировать в общей сложности 550 мегаватт энергии ветра — этого достаточно для питания 193 000 домов.

Как работают ветряные турбины?

Схема, показывающая компоненты стандартной ветровой турбины

Электроэнергия вырабатывается с помощью вращающихся ветряных турбин, использующих кинетическую энергию движущегося воздуха, которая преобразуется в электричество. Основная идея заключается в том, что ветряные турбины используют лопасти для сбора потенциальной и кинетической энергии ветра. Ветер вращает лопасти, которые раскручивают ротор, соединенный с генератором для выработки электроэнергии.

Большинство ветряных турбин состоят из четырех основных частей:

 

• Лопасти прикреплены к ступице, которая вращается вместе с лопастями. Лопасти и ступица вместе образуют ротор.
• В гондоле находится редуктор, генератор и электрические компоненты.\
• Башня удерживает лопасти ротора и генераторное оборудование высоко над землей.
• Фундамент удерживает турбину на земле.

 

Типы ветряных турбин:

Большие и малые турбины делятся на две основные категории в зависимости от ориентации ротора: турбины с горизонтальной осью и турбины с вертикальной осью.

Турбины с горизонтальной осью на сегодняшний день являются наиболее часто используемым типом ветряных турбин. Этот тип турбины приходит на ум при представлении энергии ветра, с лопастями, очень похожими на пропеллер самолета. Большинство этих турбин имеют три лопасти, и чем выше турбина и длиннее лопасть, тем больше электроэнергии вырабатывается.

Турбины с вертикальной осью больше похожи на взбивалку, чем на пропеллер самолета. Лопасти этих турбин прикреплены как вверху, так и внизу вертикального ротора. Поскольку турбины с вертикальной осью работают не так хорошо, как их горизонтальные аналоги, сегодня они встречаются гораздо реже.

Сколько электроэнергии вырабатывает турбина?

Это зависит. Размер турбины и скорость ветра, проходящего через лопасти ротора, определяют количество производимой электроэнергии.

За последнее десятилетие ветряные турбины стали выше, что позволило использовать более длинные лопасти и получить возможность использовать лучшие ветровые ресурсы, доступные на больших высотах.

Для сравнения: ветряная турбина мощностью около 1 мегаватта может производить достаточно чистой энергии примерно для 300 домов в год. Ветряные турбины, используемые на наземных ветряных электростанциях, обычно генерируют от 1 до почти 5 мегаватт. Скорость ветра обычно должна составлять примерно 9 миль в час или более, чтобы большинство ветряных турбин коммунального назначения начали производить электроэнергию.

Каждый тип ветряной турбины способен генерировать максимальную мощность в диапазоне скоростей ветра, часто между 30 и 55 милями в час. Однако, если ветер дует меньше, производство обычно уменьшается экспоненциально, а не останавливается полностью. Например, количество генерируемой энергии уменьшается в восемь раз, если скорость ветра падает вдвое.

Кто занимается обслуживанием ветряных турбин?

Высококвалифицированные ветротехники из Duke Energy Renewables поднимаются на сотни футов для обслуживания турбин

Что происходит, когда возникает неисправность в высокой ветряной турбине? Ветротехники, такие как Рене Лопес и его товарищи по команде Duke Energy Renewables, поднимаются на вершину, чтобы быстро и безопасно починить ее.

Рене говорит, что, неся около 45 фунтов оборудования и инструментов, опытным техникам может потребоваться 20 или более минут, чтобы добраться до гондолы, которая находится на высоте 300 футов в верхней части ветряной турбины.

Рене Лопес, техник по ветровым технологиям компании Duke Energy Renewables

Техники по ветроэнергетике отвечают за поиск и устранение неисправностей и ремонт электроники и механизмов, обеспечивающих вращение лопастей. Каждый технический специалист проходит как минимум двухлетнюю техническую программу для получения сертификата, а затем проходит более 50 часов обучения, прежде чем его назначают на должность в полевых условиях. Безопасность также является постоянным и ежедневным вниманием к работе, потому что подъем на гондолу турбины может быть опасным. В Duke Energy Renewables практикуется, документируется и анализируется строгий режим безопасности, чтобы гарантировать, что безопасность остается главным приоритетом.

При надлежащем обучении технические специалисты также могут использовать дроны, чтобы упростить и сделать более безопасным осмотр высотного оборудования. Дроны могут приближать оборудование, что облегчает обнаружение небольших дефектов, таких как трещины на ветряной турбине, и снижает необходимость для техников взбираться на турбины и спускаться по лопастям. Это может быть особенно полезно, когда дороги мокрые или непроходимые.

Стоит ли рассматривать решения для ветроэнергетики?

Ветроэнергетика остается одним из самых малых углеродных следов среди всех источников энергии. Он играет важную роль в будущем энергоснабжения нашей страны, поддерживая энергетический переход нашего мира и растущий спрос на устойчивые энергетические ресурсы.

Ветер также является одним из лучших способов для корпораций, университетов, городов, коммунальных служб и других организаций быстро перейти на безэмиссионную энергию в масштабе. Одно соглашение о покупке виртуальной энергии (VPPA) может обеспечить от десятков до сотен мегаватт чистой нулевой электроэнергии на срок от 10 до 25 лет. В большинстве соглашений также ставится отметка о дополнительности, что означает чистые новые источники экологически чистой энергии, замещающие потенциально старые источники энергии с более высоким уровнем выбросов.

Где лучше всего разместить проект ветроэнергетики?

Существует шесть основных соображений для проектов в области ветроэнергетики:

• Наличие ветра и желаемые местоположения
• Воздействие на окружающую среду
• Вклад сообщества и местные потребности в производстве возобновляемой энергии
• Благоприятная политика на уровне штата и на федеральном уровне
• Наличие земли
• Возможность подключения к электросети

Как и в случае с коммерческими солнечными фотоэлектрическими проектами, перед запуском ветроэнергетической установки необходимо получить разрешения.