Схема работы турбины дизельного двигателя: Как работает турбина на дизельном двигателе

Содержание

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.

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.

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.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Принцип работы дизельного двигателя

Автор admin На чтение 6 мин. Просмотров 2. 3k.

Дизельный двигатель – двигатель внутреннего сгорания, изобретенный Рудольфом Дизелем в 1897 году. Устройство дизельного двигателя тех лет позволяло использовать в качестве топлива нефть, рапсовое масло, и твердые виды горючих веществ. Например, каменноугольную пыль.

Принцип работы дизельного двигателя современности не изменился. Однако моторы стали более технологичными и требовательными к качеству топлива. Сегодня в дизелях используется только высококачественное ДТ.

Моторы дизельного типа отличаются топливной экономичностью и хорошей тягой при низких оборотах коленвала, поэтому получили широкое распространение на грузовых автомобилях, кораблях и поездах.

С момента решения проблемы высоких скоростей (старые дизели при частом использовании на высоких скоростях быстро выходили из строя) рассматриваемые моторы стали часто устанавливаться на легковые авто. Дизели, предназначенные для скоростной езды, получили систему турбонаддува.

Принцип работы двигателя Дизеля

Принцип действия мотора дизельного типа отличается от бензиновых моторов. Здесь отсутствуют свечи зажигания, а топливо подается в цилиндры отдельно от воздуха.

Цикл работы такого силового агрегата можно представить в следующем виде:

  • в камеру сгорания дизеля подается порция воздуха;
  • поршень поднимается, сжимая воздух;
  • от сжатия воздух нагревается до температуры около 800˚C;
  • в цилиндр впрыскивается топливо;
  • ДТ воспламеняется, что приводит к опусканию поршня и выполнению рабочего хода;
  • продукты горения удаляются с помощью продувки через выпускные окна.

От того, как работает дизельный двигатель, зависит его экономичность. В исправном агрегате используется бедная смесь, что позволяет сэкономить количество топлива в баке.

Как устроен дизельный двигатель

Основным отличием конструкции дизеля от бензиновых моторов является наличие топливного насоса высокого давления, дизельных форсунок и отсутствие свечей зажигания.

Общее устройство этих двух разновидностей силового агрегата не различается. И в том, и в другом имеются коленчатый вал, шатуны, поршни. При этом у дизельного мотора все элементы усилены, так как нагрузки на них более высокие.

На заметку: некоторые движки дизельного типа имеют свечи накаливания, которые ошибочно принимаются автолюбителями за аналог свечей зажигания. На самом деле, это не так. Свечи накаливания используются для нагрева воздуха в цилиндрах в мороз.

При этом дизель легче заводится. Свечи зажигания в бензиновых моторах применяются для воспламенения топливовоздушной смеси в процессе работы двигателя.

Систему впрыска на дизелях делают прямой, когда топливо поступает непосредственно в камеру, или непрямой, когда воспламенение происходит в предкамере (вихревая камера, фор-камера). Это небольшая полость над камерой сгорания, с одним или несколькими отверстиями, через которые туда поступает воздух.

Такая система способствует лучшему смесеобразованию, равномерному нарастанию давления в цилиндрах. Зачастую именно в вихревых камерах применяются калильные свечи, призванные облегчить холодный пуск. При повороте замка зажигания, автоматически запускается процесс нагрева свечей.

Плюсы и минусы дизельного мотора

Как и любой другой тип силового агрегата, дизельный мотор имеет положительные и отрицательные черты. К «плюсам» современного дизеля относят:

  • экономичность;
  • хорошую тягу в широком диапазоне оборотов;
  • больший, чем у бензинового аналога, ресурс;
  • меньшее количество вредных выбросов.

Дизель не лишен и недостатков:

  • моторы, не оснащенные свечами накаливания, плохо заводятся в мороз;
  • дизель дороже и сложнее в обслуживании;
  • высокие требования к качеству и своевременности обслуживания;
  • высокие требования к качеству расходных материалов;
  • большая, чем у бензиновых движков, шумность работы.

Дизельный двигатель с турбонаддувом

Принцип работы турбины на дизельном двигателе практически не отличается от такового на бензиновых моторах. Суть заключается в нагнетании в цилиндры дополнительного воздуха, что закономерно увеличивает количество поступающего топлива. За счет этого отмечается серьезный прирост мощности мотора.

Устройство турбины дизельного двигателя также не имеет существенных отличий от бензинового аналога. Устройство состоит из двух крыльчаток, жестко связанных между собой, и корпуса, внешне напоминающего улитку. На корпусе турбокомпрессоров имеется 2 входных и 2 выходных отверстия. Одна часть механизма встраивается в выпускной коллектор, вторая во впускной.

Схема работы проста: газы, выходящие из работающего мотора, раскручивают первую крыльчатку, которая вращает вторую. Вторая крыльчатка, вмонтированная во впускной коллектор, нагнетает атмосферный воздух в цилиндры. Увеличение подачи воздуха приводит к увеличению подачи топлива и росту мощности. Это позволяет мотору быстрее набирать скорость даже на низких оборотах.

Турбояма

В процессе работы турбина может совершать до 200 тысяч оборотов в минуту. Раскрутить ее до необходимой скорости вращения моментально невозможно. Это приводит к появлению т.н. турбоямы, когда с момента нажатия на педаль газа до начала интенсивного разгона проходит некоторое время (1-2 секунды).

Проблема решается доработкой турбинного механизма и установкой нескольких крыльчаток разного размера. При этом маленькие крыльчатки раскручиваются моментально, после чего их догоняют элементы большого размера. Такой подход позволяет практически полностью ликвидировать турбояму.

Также производятся турбины с изменяемой геометрией, VNT (Variable Nozzle Turbine), призванные решать те же проблемы. В настоящий момент существует большое количество модификаций подобного типа турбин. Коррекция геометрии успешно справляется и с обратной ситуацией, когда оборотов и воздуха становится слишком много и необходимо притормозить обороты крыльчатки.

Интеркуллер

Было замечено, что если при смесеобразовании используется холодный воздух, КПД двигателя увеличивается до 20%. Это открытие привело к появлению интеркуллера – дополнительного элемента турбин, повышающего эффективность работы.

После всасывания воздуха он проходит через радиатор, и в охлажденном состоянии попадает во впускной коллектор. Мы уже публиковали статью, в которой можно подробно ознакомиться со схемой работы интеркуллера.

За турбиной современного автомобиля необходимо должным образом ухаживать. Механизм крайне чувствителен к качеству моторного масла и перегреву. Поэтому смазочный материал рекомендуется менять не реже, чем через 5-7 тысяч километров пробега.

Кроме того, после остановки машины следует оставлять ДВС включенным на 1-2 минуты. Это позволяет турбине остыть (при резком прекращении циркуляции масла она перегревается). К сожалению, даже при грамотной эксплуатации ресурс компрессора редко превышает 150 тысяч километров.

На заметку: оптимальным решением проблемы перегрева турбины на дизельных моторах является установка турботаймера. Устройство оставляет двигатель запущенным на протяжении необходимого времени после выключения зажигания. После окончания необходимого периода электроника сама выключает силовой агрегат.

Строение и принцип действия дизельного двигателя делают его незаменимым агрегатом на тяжелом транспорте, которому необходима хорошая тяга «на низах». Современные дизели с равным успехом работают и в легковых автомобилях, главное требование к которым: приемистость и время набора скорости.

Сложный уход за дизелем компенсируется долговечностью, экономичностью и надежностью в любых ситуациях.

Мне нравится2Не нравится
Что еще стоит почитать

Устройство и принцип работы турбины

Турбина (турбокомпрессор) стала определяющим агрегатом в деле увеличения мощности моторов.

Что такое турбина и для чего она нужна?

Турбина — устройство в автомобиле, которое направлено на увеличение давления во впускном коллекторе автомобиля для того, чтобы обеспечить большее поступление воздуха, а значит и кислорода, в камеру сгорания.
Главное назначение турбины –  с ее помощью можно значительно увеличить мощность автомобиля. При увеличении давления во впускном коллекторе на 1 атмосферу в камеру сгорания попадет в два раза больше кислорода, а значит от небольшого турбового двигателя можно ожидать мощности как от атмосферника с объемом в два раза больше — грубая теоретическая арифметика не лишенная смысла…

Принцип работы турбокомпрессора

Принцип работы турбины несложен: горячие выхлопные газы через выпускной коллектор поступают в горячую часть турбины, проходят через крыльчатку горячей части приводя ее и вал на который она крепится в движение. На этом же вале закреплена крыльчатка самого компрессора в холодной части турбины, эта крыльчатка при вращении создает давление во впускном тракте и впускном коллекторе, что обеспечивает большее поступление воздуха в камеру сгорания.

Устройство турбины

 

Турбина состоит из двух улиток — улитки компрессора, через которую всасывается воздух и нагнетается во впускной коллектор, и улитки горячей части, через которую проходят выхлопные газы вращая колесо турбины и выходят в выхлопной тракт. Из крыльчатки компрессора и крыльчатки горячей части. Из шарикоподшипникового картриджа. Из корпуса, который соединяет обе улитки, держит подшипники, так же в корпусе находится охлаждающий контур.

В процессе работы турбина подвергается очень большим термодинамическим нагрузкам. В горячую часть турбины попадают выхлопные газы очень большой температуры 800-9000 °С, поэтому корпус турбины изготавливают из чугуна особого состава и особого способа отливки.

Частота вращения вала турбины достигает 200 000 об/мин и более, поэтому изготовление деталей требует большой точности, подгонки и балансировки. Помимо этого в турбине высокие требования к используемым смазочным материалам. В некоторых турбинах система смазки служит так е системой охлаждения подшипниковой части турбины.

Система охлаждения турбин

Система охлаждения турбин двигателя служит для улучшения теплоотдачи частей и механизмов турбокомпрессора.
Существует два  самых распространенных способа охлаждения деталей турбокомпрессора — охлаждение маслом, которое используется для смазки подшипников и комплексное охлаждение маслом и антифризом из общей системы охлаждения автомобилем.

Оба способа имеют ряд преимуществ и недостатков.
Охлаждение маслом.
Преимущества:

  • Более простая конструкция
  • Меньшая стоимость изготовления самой турбины

Недостатки:

  • Меньшая эффективность охлаждения по сравнению с комплексной системой
  • Более требовательна к качеству масла и к его более частой смене
  • Более требовательна к контролю за температурным режимом масла

Изначально, большинство серийных двигателей с турбонаддувом оснащались тубинами с масляным охлаждением. При прохождении через шарикоподшипниковую часть масло сильно нагревалось. Тогда, когда температура выходила за пределы нормального рабочего температурного диапазона, масло начинало закипать, коксоваться забивая каналы и ограничивая доступ смазки и охлаждения к подшипникам. Это приводило к быстрому износу, заклиниванию  и дорогостоящему ремонту. Причин у неполадки могло быть несколько — некачественной масло или не рекомендованное для данного типа двигателей, превышение рекомендованы сроков замены масла, неисправности в системе смазки двигателя и пр.

Комплексное охлаждение маслом и антифризом
Преимущества:

  • Большая эффективность охлаждения

Недостатки:

  • Более сложная конструкция самого турбокомпрессора, как следствие большая стоимость

При охлаждении турбины маслом и антифризом повышается эффективность и такие проблемы, как закипание и коксование масла, практически не встречаются. Но данная систем охлаждения имеет более сложную конструкцию т.к. имеет раздельные масляный контур и контур охлаждающей жидкости. Масло как и прежде служит для смазки подшипников и для охлаждения, а антифриз, который используется из общей системы охлаждения двигателя, не дает перегреться и закипеть маслу. Как следствие увеличивается стоимость самой конструкции.

При работе турбины воздух под действием компрессора сжимается и, как следствие, очень сильно греется, что приводит к нежелательным последствиям т.к. чем выше температура воздуха, тем меньшее количество кислорода в нем содержится — тем меньше эффективность наддува. С этим явлением призван бороться интеркулер — промежуточный охладитель воздуха.

Нагрев воздуха не единственная проблема, с которой пытаются справиться конструкторы при проектировании турбодвигателя. Насущной проблемой является инерционность турбины (лаг турбины, турбояма) — задержка в реакции мотора на открытие дроссельной заслонки. Турбина  выходит на пик своих возможностей при определенных оборотах двигателя, отсюда и появилось мнение, что турбина включается при определенных оборотах. Турбина в большинстве случаев, работает всегда, а значение оборотов при которых ее эффективность максимальная у каждого двигателя и у каждой турбины разные. В погоне за решением этой проблемы появились системы их двух турбин (твин-турбо, twin-turbo, би-турбо, biturbo), твин-скрол (twin-scroll) турбины, турбины с изменяемой геометрией сопла и изменяемым углом наклона крыльчатки (VGT),  изменяются материалы частей чтобы повысить прочность и увеличить вес (керамические лопатки крыльчатки) и пр.

Twin-turbo (твин-турбо) — система при которой используются две одинаковые турбины. Задача данной системы повысить объем или давление поступающего воздуха. Используется когда необходима максимальная мощность на высоких оборотах, например в драг-рейсинге. Такая система реализована на легендарном японском автомобиле Nissan Skyline Gt-R с двигателем rb26-dett.

Такая же система, но с маленькими одинаковыми турбинами позволяет добиться прироста мощности при небольших оборотах и держать наддув постоянным до красной зоны.

Biturbo (би-турбо) — систем а с двумя разными турбинами, которые соединены последовательно. Система устроена таким образом, что при низких оборотах работает маленькая турбина, обеспечивая хороший отклик на малых оборотах, при определенных условиях «включается» большая турбина и обеспечивает наддув при высоких оборотах. Это позволяет автомобилю уменьшить лаг двигателя и получить хороший прирост производительности во всем диапазоне работы двигателя.

Такая систем турбонаддува используется в автомобилях BMW biturbo.

Турбина с изменяемой геометрией (VGT) — система при которой лопатки крыльчатки в горячей части могут изменять угол наклона к потоку выхлопных газов.

При малых оборотах двигателя пропускное сечение прохода выхлопных газов становится более узкое и  «выхлоп» проходит с большей скоростью и большей отдачей энергии. Когда обороты двигателя увеличиваются проходное сечение становится шире и и уменьшается сопротивление движению выхлопных газов, но при этом достаточно энергии для создания необходимого давления компрессором. Чаще систему VGT используют на дизельных двигателях т.к. там меньше тепловые нагрузки, меньшая скорость вращения ротора турбины.

Twin-scroll ( двойная улитка) — система состоит из двойного контура движения выхлопных газов энергия которых вращает один ротор с крыльчаткой и компрессором. При этом существует два типа реализации когда выхлопные газы идут по обоим контурам сразу, при этом система работает как twin-turbo в одном корпусе — выхлопные газы делятся на два потока каждый из которых идут в свой контур горячей части раскручивая ротор турбины. Второй тип реализации работает на подобии системы biturbo — горячая часть имеет два контура с разной геометрией, при низких оборотах выхлопные газы направляются по меньшему контуру, который увеличивает скорость и энергию прохождения за счет небольшого диаметра, при повышении оборотов двигателя выхлопные газы двигаются по контуру диаметр которого больше — тем самым сохраняется рабочее давление в системе впуска и не создается запора на пути выхлопных газов. Это все регулируется клапанами, которые переключают поток из одного контура в другой.

Устройство турбины дизельного двигателя


Автомобильные двигатели с турбиной у нас не слишком популярны. Ходит мнение, что они слишком сложны и капризны в работе, слишком требовательны к качеству топлива и слишком дороги в ремонте. Ничего подобного. Сейчас мы сами в этом убедимся и рассмотрим конструкцию простейшего турбодизеля, который устанавливается уже даже на самые бюджетные модели автомобилей.

Содержание:

  1. Для чего турбина дизелю
  2. Как устроен турбонаддув
  3. Конструкция турбины
  4. Ресурс, регулировка и диагностика турбины

Для чего турбина дизелю

Конечно, как и любой другой автомобильный мотор, двигатель с турбиной может тоже иногда ломаться. Но как показывает практика, делает он это не чаще, чем атмосферный мотор при условии правильной эксплуатации и своевременного обслуживания. Для того чтобы самостоятельно определить неисправность турбины, необходимо в общих чертах знать устройство турбины дизельного двигателя.

Принцип её работы, как и устройство, не слишком сложны. Наддув предназначен для того, чтобы искусственным путём повысить наполняемость камеры сгорания рабочей смесью солярки и воздуха. В результате, при том же объёме камеры сгорания и при том же расходе топлива, мощность двигателя на порядок возрастает. Конструктивно турбонагнетатель выглядит так.

Как устроен турбонаддув

Турбокомпрессор представляет собой воздушный насос, который приводится в движение отработанными выхлопными газами. Он представляет собой две крыльчатки, которые расположены на одной оси и помещённые в корпус. Поток выхлопных газов на высокой скорости проходят через ведущую турбину и заставляют её вращаться, а она в свою очередь, вращает всасывающую турбину с такой же скоростью.

Ось турбокомпрессора может вращаться с частотой до 140 000 оборотов в минуту, а это значит, что лопасти крыльчатки могут развивать огромную скорость, сравнимую со скоростью звука. Компрессор всасывает отфильтрованный воздух, сжимает его и под давлением подаёт во впускной коллектор. Чем больше сжатого воздуха за единицу времени поступит в коллектор, тем больше будет прирост мощности.

Конструкция турбины

Корпус турбины имеет непростую геометрию. Воздух попадает к нагнетателю через спиралевидный канал с постепенно сужающимся диаметром, что в свою очередь также влияет на повышение рабочего давления турбины. В зависимости от предназначения мотора, конструкция корпуса наддува (улитки) может быть различной. У грузовых автомобилей поток выхлопных газов должен быть разделен во избежание разрушительного резонанса, а в случае разделения потока газов, резонанс используется для более эффективной работы турбины.

Ротор турбины и ось изготовлены из разных материалов, поскольку работают в разных условиях. Процесс изготовления наддува выглядит следующим образом — ось и ротор раскручиваются в противоположном направлении до высокой скорости и во время вращения ротор насаживается на ось. Таким образом получают прочную неразъемную спайку. В конструкции оси есть ещё одна хитрость. В месте усадки ротора она полая, что позволяет затруднить передачу тепла от ротора к оси и улучшить охлаждение сопряжённых элементов. После точной финишной обработки ось балансируется и устанавливается в корпус.

Турбина имеет сложную систему смазки и такую же сложную систему динамических уплотнителей, что и диктует высокую цену турбины в сборе. Они называются динамическими, потому что работают, используя принцип разницы давления в разных частях турбины:

  1. Ось турбины непостоянного диаметра и эти вызывается разница давления, которая препятствует проникновению масла в турбину.

  2. С обеих сторон оси уплотнители установлены в пазах, кроме того, они служат преградой для передачи избыточного тепла на корпус наддува..

  3. Внутренняя геометрия корпуса оси также создаёт препятствие проникновению масла в ротор.

  4. Из корпуса наддува масло вытесняется в полость оси, откуда иго избыток поступает по маслопроводу в систему смазки двигателя.

Ресурс, регулировка и диагностика турбины

Даже поверхностное изучение системы смазки и конструкции турбины уже говорит о том, что это очень требовательный механизм как к качеству масла, так и к правилам эксплуатации. Эти правила просты и понятны, а ресурс турбонаддува может быть не меньше, чем ресурс дизельного двигателя, при условии соблюдения этих условий:

  • использовать только сертифицированное масло и вовремя проводить его замену;

  • не нагружать непрогретый двигатель;

  • перед остановкой мотора необходимо некоторое время дать ему поработать на холостых оборотах;

  • следить за чистотой системы смазки, поскольку засорение маслопровода турбины может существенно сократить её ресурс.

О неисправности наддува могут говорить несколько симптомов, но самый вопиющий из них — невозможность развить полную мощность двигателя и густой чёрный выхлоп. Это говорит о том, что либо засорился воздушный фильтр, либо впускной коллектор потерял герметичность. В случае попадания масла в коллектор через турбину отчётливо виден сизый дым из выхлопной трубы. В этом случае может потребоваться ремонт и чистка наддува.

Таким образом, если соблюдать все правила ухода и эксплуатации наддува, его ресурс может быть вполне сопоставим с ресурсом дизельного мотора. Пусть проблемы с турбиной обойдут ваш мотор стороной и удачных всем дорог!

Читайте также:


Принцип работы турбонаддува — бензин и дизель

Турбонаддув – устройство, призванное увеличить мощность двигателя внутреннего сгорания. Оно стало настоящим прорывом в моторостроении ХХ века, но широкое распространение приобрело значительно позже. Автором данного изобретения является Альфред Бьюхи.

Принцип работы и устройство турбонаддува.

Принцип работы турбонаддува при всей его значимости в приросте мощности двигателя весьма прост: на одном валу закреплены крыльчатки двух улиток-турбин, задача одной части посредством потока отработанных газов раскручиваться и приводить в действие вторую часть, которая работает нагнетателем воздуха в двигатель. Именно в увеличении объема воздуха, посылаемого в камеру сгорания, и кроется секрет увеличения мощности движка.

Но, как уже отмечалось выше, при всей своей логической простоте устройство набирало значимость довольно долго – более полувека. Причины:

  • требовательность к точности изготовления,
  • необходимость в жаропрочных качественных материалах,
  • отсутствие в массовом производстве высокооктанового топлива.

Последнее к слову ограничивало применение турбонаддува только на бензиновых двигателях.

Благо, наука не стоит на месте и с годами появлялись более качественные материалы, позволившие турбонаддуву начать проникать сперва в мир автогонок, где он позволял без увеличения веса двигателя увеличивать его мощность и достигать командам высоких позиций в финальных таблицах, а после и на потребительский рынок.

Теперь немного подробнее о том, как работает турбонаддув на бензиновых и дизельных двигателях, а точнее – об особенностях его работы, ведь принцип действия у них практически идентичен.

Особенности работы турбонаддува дизельного двигателя.

Дизель с турбонаддувом сегодня можно встретить гораздо чаще, чем его собрата – бензиновый агрегат. Так происходит потому, что применение турбины в дизеле позволяет решить его главную проблему – низкую эффективность на высоких оборотах – раз и навсегда.

Также аргументом в пользу использования турбины в дизельных ДВС можно назвать невысокую стоимость подобного внедрения за счет меньшей температуры выхлопных газов и более низких оборотов, которые, в сравнении все с тем же бензиновым мотором, требуют применения менее качественных материалов. Отсюда такая популярность турбонаддува у производителей дизельных авто и владельцев последних. В то же время массовость применения данного устройства в дизелях позволяет развиваться самому надуву в принципе, делая его все доступнее для бензиновых транспортных средств.

Особенности работы турбонаддува бензинового двигателя.

Если речь идет об использовании турбонаддува на бензиновых двигателях, то она в первую очередь касается высоконагруженных моторов, комплектующих спорткары и некоторые люксовые автомобили.

Такое классовое различие кроется в том, что прирост мощности в бензиновом двигателе требует больших капиталовложений, как в саму турбину двигателя, так и в обслуживание авто: на дорогое высокооктановое топливо и его количество (турбонаддув всегда ведет к увеличенному расходу), которые не всегда оправданы.

Дело в том, что в турбированном бензиновом ДВС прирост мощности достигается при высоких оборотах, при этом, таков принцип работы турбонаддува, сама мощность возрастает весьма стремительно, что для обычного среднестатистического водителя бензинового автомобиля не всегда необходимо, скорее, даже наоборот… а переплачивать за то, что вся эта мощность никогда не будет использоваться, не имеет смысла.

Видео.

Рекомендую прочитать:

Установка турбины на двигатель дизельный, бензиновый, принцип работы турбонаддува, эксплуатация

Автопромышленность развивается семимильными шагами, и для современных автовладельцев знания о различных новых автомобильных технологиях оказываются весьма полезными. Двигатели с турбинами, роботизированные коробки передач и вариаторы, системы защиты автомобиля, навигация и многое другое — становятся новой реальностью.

В блоке полезной информации контакты ресурса https://sinkai.ru/brand/cummins/, где можно найти все необходимые запчасти для двигателя CUMMINS. Гильзы двигателя, коленвалы, блоки цилиндров, масляные насосы, турбины, шатуны и вообще все что необходимо для ремонта мотора.

А в данной статье поговорим о том, что дает установка турбины на бензиновый и дизельный двигатель, каковы отзывы и неисправности, особенности эксплуатации и ремонта турбин, разберем плюсы и минусы, принципы работы турбонаддува.

Действительно, едва ли можно встретить человека, которой ни разу в своей жизни не заметил бы машину, по крайней мере внешне ничем не отличающуюся от обычных, с небольшим шильдиком «turbo». И только посвященному в возможности турбонаддува известно, сколько интересного и захватывающего скрыто под этой скромной надписью.

Принцип работы турбонаддува

Немного физики. Перед автомобильными конструкторами стоит извечная проблема повышения мощности двигателя. Еще со школьной скамьи мы помним, что мощность мотора находится в прямой зависимости от объема сжигаемого за рабочий цикл топлива. Иначе говоря, чем больше горючего сжигается, тем большую мощность получают. Но не все так просто на пути увеличения количества лошадиных сил под капотом – как правило, здесь конструкторов-мотористов поджидает немало проблем.

Как известно, процесс горения топлива проходит в присутствии кислорода, поэтому
в цилиндрах фактически сгорает не топливо, а смешанные в определенном соотношении топливо и воздух. Особенности процесса топливного горения зависят, например, от состава горючего или режима работы мотора, и некоторых других факторов. К примеру, в случае бензиновых двигателей топливо и воздух находятся в соотношении один к 14–15, то есть воздуха требуется довольно много. Увеличить подачу топлива – не проблема, чего не скажешь о столь значительном увеличения подачи воздуха.
В основе работы обычного ДВС лежит разница между давлением непосредственно в цилиндрах и атмосферным столбом, благодаря чему необходимый воздух попадает в двигатель самостоятельно. В этом случае получается прямая зависимость между объемом цилиндра и кислородом, который попадает в него на каждом цикле. По этому пути пошли американцы – выпущенные ими огромные двигатели имеют умопомрачительный расход горючего.

Как загнать в цилиндр больше воздуха? Первый способ увеличить в определенном объеме количество воздуха придумал немецкий инженер-конструктор Готлиб Вильгельм Даймлер. Это та самая светлая голова, чье имя стало частью названия знаменитой автомобильной марки Daimler Benz AG. 1885 год был ознаменован рождением нового мотора, который при своем незначительном весе и небольших размерах обеспечивал большую мощность. Воздух в него закачивался посредством специального нагнетателя, представляющего собой вентилятор (компрессор). Получив вращение напрямую от вала двигателя, он загонял сжатый воздух в цилиндры.
В начале XX века швейцарскому инженеру-изобретателю Альфреду Бюхи удалось пойти еще дальше. Под его руководством в производственной фирме Sulzer Brothers проходили работы по разработке дизельных двигателей. С одной стороны ему категорически не нравились большие и тяжелые, к тому же маломощные моторы, с другой – не хотелось использовать и идею вращения приводного компрессора за счет энергии движка. Это и привело к поискам нового решения нагнетания воздуха. Так, в 1905 году впервые в мире было запатентовано новое устройство нагнетания, основанное на использовании энергии выхлопных газов в качестве движителя.

Идея турбонаддува – проста, как, впрочем, и все гениальное. Аналогично работе ветра по вращению крыльев мельницы, колесо с лопатками здесь крутят отработавшие газы. Ротор турбины, как называют маленькое колесо с большим количеством лопаток, и колесо компрессора посажены на один вал. Полученную конструкцию, турбонагнетатель или турбокомпрессор (лат. turbo – вихрь, compressio – сжатие) можно условно разделить на:

  • ротор – вращается под действием выхлопных газов
  • и компрессор – будучи соединенным с ротором, он выступает в роли вентилятора, нагнетающего дополнительный воздух в цилиндры.

Воздух, попадающий в цилиндры турбомотора, часто нуждается в дополнительном охлаждении. В этом случае, загнав туда больше кислорода, можно будет повысить его давление, поскольку уже в цилиндре ДВС сжать холодный воздух гораздо легче, чем горячий. При прохождении через турбину воздух за счет сжатия и разогретых выхлопными газами деталей турбонаддува нагревается. Его охлаждают с помощью промежуточного охладителя, интеркулера. Это радиатор, который установлен по ходу движения воздуха межу компрессором и цилиндрами мотора. При прохождении через интеркулер воздух отдает тепло атмосфере и охлаждается. А уже холодный, более плотный воздух можно загонять в цилиндр в большем объеме.
Получается определенная цепочка – большее количество выхлопных газов, попавших в турбину, заставляет ее быстрее вращаться, а больший объем дополнительного воздуха, поступающего в цилиндры, повышает мощность.
Решение это – довольно эффективное, поскольку по сравнению, допустим, с приводным нагнетателем требуется значительно меньше затрат энергии двигателя (порядка 1,5%) на самообслуживание наддува. Это легко объясняется тем, что источником энергии ротора турбины является не замедление выхлопных газов, а их охлаждение – выхлопные газы после турбины идут так же быстро, но они более холодные.
Более того, на сжатие воздуха затрачивается даровая энергия, что способствует повышению КПД двигателя. К тому же, возможность получить большую мощность с рабочего объема поменьше приводит к меньшим потерям на трении, меньшей массе мотора (следственно и машины в целом).

Плюсы и минусы турбонаддува

Таким образом, автомобиль с турбонаддувом оказался значительно экономичнее своих атмосферных собратьев равной мощности. Тем не менее, оптимальным такое решение не назовешь по нескольким причинам. Начнем, к примеру, со скорости вращения турбины, которая может достигать порядка 200 тысяч оборот/мин или температуры раскаленных газов, достигающей, трудно даже представить, 1000°C. Очевидно, что создание и установка турбонаддува, способного в течение длительного времени выдерживать столь сильные нагрузки — это довольно дорого и непросто.
Именно поэтому установка турбины на двигатель первоначально получила достаточно широкое распространение исключительно в годы Второй мировой войны, причем только в авиации. В последующем, в 50-е годы ХХ века, турбонаддув стали использовать в тракторах американской компании Caterpillar и первых турбодизелях для грузовиков компании Cummins. И только в 1962 году они появились на серийных легковых автомобилях, причем почти одновременно на Chevrolet Corvair Monza (Шевроле Корвэйр Монца) и Oldsmobile Jetfire (Олдсмобиле Джетфайер).

Однако сложность конструкции и ее дороговизна оказались не единственными недостатками турбонаддува. Насколько эффективно будет проходить эксплуатация двигателя с турбиной во многом определяется оборотами движка. Действительно, на малых оборотах и, соответственно, небольшом объеме выхлопных газов ротор раскручивается слабо, и компрессор, в свою очередь, почти не задувает дополнительный воздух в цилиндры. Порой даже до 3000 оборот/мин мотор вообще не тянет, и «выстреливает» только где-то после четырёх-пяти тысяч. Подобная ситуация называется турбоямой.
Еще один момент — сложный и дорогой ремонт турбины в случае возникновения неисправностей турбированного двигателя, поскольку обслуживание таких агрегатов остается прерогативой сертифицированных станций фирменного техосблуживания.

Эксплуатация двигателя с турбиной

Поскольку для большей турбины необходимо больше времени на раскрутку, то турбоямы, как правило, грозят в первую очередь моторам, имеющим очень высокую удельную мощность и турбины высокого давления. Что же касается турбин с низким давлением, то у них провалов тяги, можно сказать, нет, однако мощность они способны поднять не очень сильно.
От турбоямы удается почти избавиться при использовании схемы с последовательным наддувом, суть которой в следующем: на малых оборотах мотора работает малоинерционный небольшой турбокомпрессор, который на низах увеличивает тягу, а на высоких оборотах по мере роста давления на выпуске включается второй, побольше.
В прошлом веке этот принцип был использован на суперкаре Порше 959. Сегодня же эта схема используется, к примеру, на турбодизелях фирм Land Rover и BMW. В бензиновых двигателях с турбинами Volkswagen в качестве маленького турбокомпрессора выступает приводной нагнетатель.
В случае рядных двигателей чаще используют одиночный турбокомпрессор типа twin-scroll с двойным рабочим аппаратом. Каждую из «улиток» наполняют выхлопные газы от различных групп цилиндров, но они обе подают газы при этом на одну турбину, достаточно эффективно раскручивая ее и на малых оборотах, и на больших.
Но чаще всего можно встретить пару одинаковых турбокомпрессоров, обслуживающих параллельно различные группы цилиндров. Типичной схемой для V-образных турбомоторов является следующая: каждому блоку – свой нагнетатель, хотя и не без исключений. Например, двигатель V8 от Motorsport Gmbh (дочерняя компания BMW AG), который впервые был использован на автомобилях BMW серии X5 M и X6 M, имеет перекрестный выпускной коллектор, позволяющий получать компрессору twin-scroll выхлопные газы из работающих в противофазе цилиндров различных блоков.

Эффективность двигателя с турбиной

Еще один вариант повышения эффективности работы турбокомпрессора с охватом всего диапазона оборотов – это изменение геометрии рабочей части. Специальные лопатки, поворачиваясь внутри «улитки», в зависимости от оборотов, варьируют форму сопла. В итоге получается «супертурбина», которая хорошо работает при любых оборотах. Хотя идея эта – не из новых, но реализовать ее удалось не так уж давно. Установка подобных турбин началась с дизельных двигателей, а из бензиновых первым примерил турбину с изменяемой геометрией Porsche 911 Turbo.

В последнее время популярность турбомоторов резко возросла, поскольку помимо форсирования силовых агрегатов они повышают экономичность и чистоту выхлопа. Это особенно важно для дизельных двигателей. Сегодня редко какой дизель обходится без приставки «турбо», а по отзывам, если поставить турбину на бензиновый двигатель обычного автомобиля, это превратит его в настоящую «зажигалку». Да и просто заурядные, но современные седаны, универсалы и хэтчбеки скрывают под капотом бензиновые и дизельные двигатели, оснащаемые турбинами, позволяющими уменьшить количество цилиндров, рабочий объем мотора, а соответственно не только массу, но и расход постоянно увеличивающегося в цене топлива.

Газотурбинный двигатель | Британника

Полная статья

Газотурбинный двигатель , любой двигатель внутреннего сгорания, использующий газ в качестве рабочего тела, используемого для вращения турбины. Термин также обычно используется для описания полного двигателя внутреннего сгорания, состоящего, по меньшей мере, из компрессора, камеры сгорания и турбины.

Общие характеристики

Полезная работа или тяга может быть получена от газотурбинного двигателя.Он может приводить в действие генератор, насос или воздушный винт или, в случае чисто реактивного авиационного двигателя, развивать тягу, ускоряя поток выхлопных газов турбины через сопло. Такой двигатель, который при той же мощности намного меньше и легче поршневого двигателя внутреннего сгорания, может производить большую мощность. Возвратно-поступательные двигатели зависят от движения поршня вверх и вниз, которое затем должно быть преобразовано во вращательное движение с помощью механизма коленчатого вала, тогда как газовая турбина передает мощность вращающегося вала напрямую.Хотя концептуально газотурбинный двигатель представляет собой простое устройство, компоненты эффективного агрегата должны быть тщательно спроектированы и изготовлены из дорогостоящих материалов из-за высоких температур и напряжений, возникающих во время работы. Таким образом, установки газотурбинных двигателей обычно ограничиваются крупными установками, где они становятся рентабельными.

Циклы газотурбинного двигателя

Большинство газовых турбин работают в открытом цикле, в котором воздух забирается из атмосферы, сжимается в центробежном или осевом компрессоре, а затем подается в камеру сгорания.Здесь топливо добавляется и сжигается при практически постоянном давлении с частью воздуха. Дополнительный сжатый воздух, который обходится вокруг секции горения и затем смешивается с очень горячими газами сгорания, необходим для поддержания температуры на выходе из камеры сгорания (фактически, на входе в турбину) на достаточно низком уровне, чтобы турбина могла работать непрерывно. Если установка должна производить мощность на валу, продукты сгорания (в основном воздух) расширяются в турбине до атмосферного давления. Большая часть мощности турбины требуется для работы компрессора; только остальная часть доступна для обеспечения работы вала генератора, насоса или другого устройства.В реактивном двигателе турбина предназначена для обеспечения мощности, достаточной для привода компрессора и вспомогательных устройств. Затем поток газа выходит из турбины с промежуточным давлением (выше местного атмосферного давления) и проходит через сопло для создания тяги.

В первую очередь рассматривается идеализированный газотурбинный двигатель, работающий без потерь по этому простому циклу Брайтона. Если, например, воздух поступает в компрессор при 15 ° C и атмосферном давлении и сжимается до одного мегапаскаль, он затем поглощает тепло от топлива при постоянном давлении до тех пор, пока температура не достигнет 1100 ° C, прежде чем расширится через турбину обратно до атмосферного. давление.Этот идеализированный блок потребует выходной мощности турбины 1,68 киловатт на каждый киловатт полезной мощности с 0,68 киловатт, потребляемым для привода компрессора. Тепловой КПД установки (чистая произведенная работа, разделенная на энергию, добавленную через топливо) составит 48 процентов.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Фактическая производительность при простом разомкнутом цикле

Если для агрегата, работающего в пределах одного и того же давления и температуры, компрессор и турбина имеют КПД только 80 процентов ( i.Например, : работа идеального компрессора равна 0,8 фактической работы, в то время как фактическая мощность турбины в 0,8 раза больше идеальной мощности), ситуация кардинально меняется, даже если все остальные компоненты остаются идеальными. На каждый киловатт производимой полезной мощности турбина теперь должна производить 2,71 киловатт, а работа компрессора становится 1,71 киловатт. Тепловой КПД снижается до 25,9 процента. Это демонстрирует важность высокоэффективных компрессоров и турбин. Исторически сложность разработки эффективных компрессоров, даже более эффективных, чем эффективных турбин, задерживала разработку газотурбинного двигателя.Современные агрегаты могут иметь КПД компрессора 86–88 процентов и КПД турбины 88–90 процентов при проектных условиях.

КПД и выходную мощность можно увеличить за счет повышения температуры на входе в турбину. Однако все материалы теряют прочность при очень высоких температурах, а поскольку лопатки турбины движутся с высокой скоростью и подвергаются серьезным центробежным напряжениям, температура на входе в турбину выше 1100 ° C требует специального охлаждения лопаток. Можно показать, что для каждой максимальной температуры на входе в турбину существует также оптимальное соотношение давлений.Современные авиационные газовые турбины с охлаждением лопаток работают при температурах на входе в турбину выше 1370 ° C и соотношении давлений около 30: 1.

Промежуточное охлаждение, повторный нагрев и регенерация

В авиационных газотурбинных двигателях необходимо обращать внимание на вес и диаметр. Это не позволяет добавлять дополнительное оборудование для повышения производительности. Соответственно, двигатели коммерческих самолетов работают по простому циклу Брайтона, идеализированному выше. Эти ограничения не применяются к стационарным газовым турбинам, в которые могут быть добавлены компоненты для повышения эффективности.Усовершенствования могут включать (1) уменьшение работы сжатия за счет промежуточного охлаждения, (2) увеличение мощности турбины за счет повторного нагрева после частичного расширения или (3) уменьшение расхода топлива за счет регенерации.

Первое усовершенствование будет заключаться в сжатии воздуха почти постоянной температуры. Хотя это не может быть достигнуто на практике, это можно приблизить с помощью промежуточного охлаждения (, то есть путем сжатия воздуха в два или более этапов и его водяного охлаждения между этапами до его начальной температуры).Охлаждение уменьшает объем обрабатываемого воздуха и, соответственно, необходимую работу по сжатию.

Второе усовершенствование включает повторный нагрев воздуха после частичного расширения через турбину высокого давления во втором наборе камер сгорания перед подачей его в турбину низкого давления для окончательного расширения. Этот процесс аналогичен повторному нагреву, используемому в паровой турбине.

Оба подхода требуют значительного дополнительного оборудования и используются реже, чем третье улучшение.Здесь горячие выхлопные газы турбины проходят через теплообменник или регенератор для повышения температуры воздуха, выходящего из компрессора перед сгоранием. Это уменьшает количество топлива, необходимое для достижения желаемой температуры на входе в турбину. Однако повышение эффективности связано со значительным увеличением начальной стоимости и будет экономичным только для агрегатов, которые работают почти непрерывно.

Диаграмма Санки, показывающая, что 41% выхлопных газов дизельного двигателя…

Контекст 1

… для работы с различными типами топлива. Преимущество в том, что они меньше по размеру по сравнению с Green Turbine и (теоретически) очень эффективны. Однако на практике более дешевые двигатели Стирлинга (в настоящее время присутствующие на рынке) имеют электрический КПД около 10% и страдают от высоких затрат на техническое обслуживание [10]. Это, вместе с их предпочтением постоянной скорости, небольшого размера и ограниченного диапазона производительности, делает их менее привлекательными на коммерческом рынке.Кроме того, они имеют относительно низкую тепловую мощность, что затрудняет удовлетворение потребности здания в тепле. Обычно к установке добавляют пиковую горелку. А также накопительный бак; это служит резервом на случай потерь, возникающих при запуске и остановке. Топливные элементы: в этой технологии водород и кислород преобразуются в электрическую энергию с помощью электрохимического процесса с водой в качестве побочного продукта [11]. Преимущество состоит в том, что они работают очень тихо и имеют низкие затраты на техническое обслуживание.Кроме того, они хорошо работают при частичной нагрузке. Однако они страдают высокими первоначальными затратами и малым сроком службы. Кроме того, для большинства водородных топливных элементов требуется установка риформинга. Несмотря на все усилия риформинга, водород, который он может подавать в топливный элемент, не такой чистый, как водород, доступный для источника чистого водородного топлива, что снижает общую энергоэффективность. Микрогазовые турбины: Небольшие газовые турбины работают по тому же принципу, что и большие газовые турбины, но имеют диапазон мощности от 25 до 250 кВтэ. Среди множества теоретических преимуществ наиболее заметными являются высокий КПД, чистое сгорание, гибкость использования топлива и простота обслуживания.При использовании подшипников из фольги и воздушного охлаждения нет необходимости в смазочном масле или охлаждающей жидкости, что снижает необходимость их обслуживания. Однако тепловой КПД в значительной степени зависит от потерь в результате утечки потока, тепловых потерь и трения. Эти потери становятся более значительными при уменьшении размера и мощности газовой турбины из-за масштабных эффектов зазора между вершинами лопаток и отношения объема к поверхности. Более того, слышимый шум и в небольших турбинах потери на вязкое трение становятся больше. В результате существует фундаментальное ограничение эффективности микротурбин с традиционной конфигурацией [12].Кроме того, из-за неполного процесса сгорания выбросы оксидов азота и оксида углерода многократно увеличиваются, когда турбина работает с частичной нагрузкой. Системы с паровым приводом: Green Turbine, как показано на рис. 4, предлагает компактную паровую микротурбину мощностью 15 кВтэ с измеренным электрическим КПД ~ 12-15% и тепловым КПД 82%, следовательно, общий КПД> 95%. [14]. Мощность этой турбины можно регулировать, например от 2,5-15 кВтэ. В настоящее время Green Turbine уже производит и продает паровые турбины двух типоразмеров: 1.4 и 15 кВтэ соответственно. Однако паровая техника часто связана со строгими правилами техники безопасности. В связи с этим разрабатывается парогенератор без бойлера, который в сочетании с паровой турбиной обеспечивает эффективную и надежную конструкцию. Здесь пар мгновенно используется паровой турбиной, поэтому он способствует устранению опасностей, связанных с технологией паровых котлов (для хранения пара требуется сосуд высокого давления). Другой альтернативой является использование отработанного тепла дизельных / газовых двигателей, как описано в следующем разделе.IV. ОТХОДЫ ТЕПЛА ОТ ДИЗЕЛЬНЫХ / ГАЗОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Международная морская организация (ИМО) исследовала, что, если не будут разработаны нормативные меры в сфере международного судоходства, выбросы CO2, по прогнозам, вырастут на 200–300% к 2050 году, несмотря на значительный объем рынка. -приводимые улучшения эффективности. На этом фоне ИМО приняла в 2011 году комплекс технических и эксплуатационных мер, включающих структуру энергоэффективности для судов [15]. В апреле 2008 года ИМО достигла соглашения о глобальном пределе содержания серы в судовом топливе, равном 3.5% в январе 2012 года и 5% в 2020 году. Кроме того, максимально допустимое содержание серы в действующих зонах контроля выбросов серы (SECA) в Северном и Балтийском море должно быть снижено с нынешних 1,5% до 0,1% в 2015 году. и новые SECA должны быть идентифицированы, например, на побережье Калифорнии [16]. Согласно ECN, голландскому институту энергетики в Нидерландах, сокращение расхода топлива на судах даже более важно, потому что годовое потребление топлива международными судами ежегодно увеличивается на 3% и более [17].Эти разработки приводят к увеличению спроса на судовое топливо с низким содержанием серы и потребности в инновационных технологиях, снижающих выбросы. Проект Green Turbine WHR решает эти проблемы и предлагает системное решение, которое преобразует отходящее тепло дизельного двигателя в электричество. Основная идея состоит в том, чтобы использовать дымовые газы, которые в настоящее время производятся (вспомогательным) дизельным генератором в качестве побочного продукта, и преобразовать эти газы в электричество вместо того, чтобы охлаждать их и выбрасывать их через дымоход, как показано на рис.3. Система рекуперации отработанного тепла (WHR) Green Turbine использует систему теплообменника, которая улавливает это тепло и преобразует его в пар (200 oC и давление 10 бар абс.), Чтобы привести в действие один или несколько 15 кВт-экв. ) Турбины. Паровая турбина преобразует около 15% потраченного впустую тепла в электричество. Пар выходит из турбины с пониженной температурой до 45 ° C и перекачивается обратно в систему, чтобы обеспечить использование минимального количества тепла для генерации нового пара. V. СТРОИТЕЛЬСТВО ГРЕНТУРБИНЫ В целом, можно выделить два типа паровых турбин для ТЭЦ и WHR, а именно конденсационные турбины с отбором пара и турбины с противодавлением с отбором или без него [18].Здесь турбина предназначена для достижения наилучшего преобразования энергии в обеих ступенях турбины в конденсационном режиме работы, как показано на рис. 4. Таким образом, учитывая режимы работы турбины в режиме когенерации, КПД зависит от изменения влияющих параметров. поскольку количество стадий, необходимо моделировать геометрию, поток или энергию. В этом отношении КПД турбогенератора при расчетном расходе был точно спрогнозирован следующим образом: • КПД линии расширения, который определяется для каждой секции турбины: o объемным расходом o коэффициентом давления o начальным давлением и температурой • потерями на выхлопе • уплотнением и потоки утечки пара клапана • Механические потери • Потери в генераторе В этой конфигурации с двумя турбинами пар используется для приведения и удержания первой турбины во вращении в первом направлении вращения.Для этого пар над атмосферным давлением подается в одно или несколько сопел, которые выбрасывают пар со сверхзвуковой скоростью в направлении каналов первой турбины, приводящей в движение это колесо. Эта вращающаяся первая турбина меняет направление тангенциального движения пара и направляет его во второй канал второго турбинного колеса. Таким образом, второе колесо приводится и удерживается во втором направлении вращения, противоположном первому рациональному направлению, чтобы использовать среднюю скорость пара, поступающего от первого колеса турбины.Затем пар будет конденсироваться, при этом пониженное давление создается с помощью вакуумных насосов (как будет обсуждаться в следующем разделе). Эта сконденсированная среда под давлением (вода) затем возвращается насосом, например, в теплообменник, чтобы снова генерировать из нее среду (пар) с давлением выше атмосферного. VI. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЛИНИИ РАСШИРЕНИЯ ГРЕНТУРБИНЫ Законы термодинамики диктуют, что максимальный КПД паровой турбины определяется доступным падением энтальпии, заданным методом Ренкина…

Микротурбины | WBDG — Руководство по проектированию всего здания

Введение

Микротурбины — это относительно новая технология распределенной генерации, используемая для стационарных приложений генерации энергии. Они представляют собой тип турбины внутреннего сгорания, которая производит тепло и электричество в относительно небольших масштабах.

Микротурбины

обладают рядом потенциальных преимуществ по сравнению с другими технологиями для маломасштабной выработки электроэнергии, в том числе: небольшое количество движущихся частей, компактный размер, легкий вес, большая эффективность, меньшие выбросы, более низкие затраты на электроэнергию и возможности использования отработанного топлива.В этих системах также можно использовать рекуперацию отходящего тепла для достижения эффективности более 80%.

Ожидается, что микротурбины из-за своего небольшого размера, относительно низких капитальных затрат, ожидаемых низких затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание, а также автоматического электронного управления займут значительную долю рынка распределенной генерации. Кроме того, микротурбины предлагают эффективное и чистое решение для рынков с прямым механическим приводом, таких как компрессоры и кондиционеры.

Микротурбины работают как реактивные двигатели, но вырабатывают электричество вместо тяги.
Фото: Capstone Turbine Corp.

Описание

A. Что такое микротурбина?

Обзор микротурбины
В наличии Да (ограничено)
Диапазон размеров 25-500 кВт
Топливо Природный газ, водород, пропан, дизельное топливо
КПД 20-30% (рекуперация)
Окружающая среда Низкий (<9–50 частей на миллион) NOx
Другие функции Когенерация (вода 50–80 ° C)
Коммерческий статус Мелкосерийное производство, коммерческие прототипы.

(любезно предоставлено Калифорнийским справочником по распределенным энергетическим ресурсам на микротурбинах)

Микротурбины — это небольшие турбины внутреннего сгорания размером примерно с холодильник мощностью от 25 до 500 кВт. Они произошли от турбонагнетателей для автомобилей и грузовиков, вспомогательных силовых агрегатов (ВСУ) для самолетов и небольших реактивных двигателей. Большинство микротурбин состоит из компрессора, камеры сгорания, турбины, генератора переменного тока, рекуператора (устройства, улавливающего отходящее тепло для повышения эффективности ступени компрессора) и генератора.На рисунке ниже показано, как работает микротурбина.

B. Типы микротурбин

Микротурбины классифицируются по физическому расположению составных частей: одно- или двухвальные, простой цикл или с рекуперацией, с промежуточным охлаждением и с повторным нагревом. Машины обычно вращаются со скоростью более 40 000 оборотов в минуту. Выбор подшипника — масляный или воздушный — зависит от использования. Одновальная микротурбина с высокими скоростями вращения от 90 000 до 120 000 оборотов в минуту является более распространенной конструкцией, поскольку ее проще и дешевле построить.И наоборот, разъемный вал необходим для приводов машин, для которых не требуется инвертор для изменения частоты переменного тока.

Генераторы микротурбин

также можно разделить на два общих класса:

  • Микротурбины без рекуперации (или простого цикла) — В турбине простого цикла или без рекуперации сжатый воздух смешивается с топливом и сжигается в условиях постоянного давления. Полученный горячий газ расширяется через турбину для выполнения работы.Микротурбины простого цикла имеют более низкий КПД (около 15%), но также более низкие капитальные затраты, более высокую надежность и больше тепла, доступного для когенерационных приложений, чем блоки с рекуперацией.

  • Рекуперируемые микротурбины — Рекуперируемые агрегаты используют теплообменник из листового металла, который восстанавливает часть тепла от выхлопного потока и передает его входящему воздушному потоку, повышая температуру воздушного потока, подаваемого в камеру сгорания. Дальнейшая рекуперация тепла выхлопных газов может быть использована в конфигурации когенерации.На рисунках ниже показана рекуперированная микротурбинная система. Эффективность преобразования топливной энергии в электрическую находится в диапазоне от 20 до 30%. Кроме того, агрегаты с рекуперацией могут обеспечить экономию топлива от 30 до 40% за счет предварительного нагрева.

Рекуперированная микротурбина
Фото: Capstone

Когенерация — это вариант во многих случаях, поскольку микротурбина находится в точке использования электроэнергии. Комбинированный теплоэлектрический КПД микротурбин в таких приложениях когенерации может достигать 85% в зависимости от требований теплового процесса.

КПД микротурбины
Конфигурация КПД
без ремонта 15%
Восстановленный 20–30%
с рекуперацией тепла до 85%

(любезно предоставлено Калифорнийским справочником по распределенным энергетическим ресурсам на микротурбинах)

Современные материалы, такие как керамика и термобарьерные покрытия, являются одними из ключевых технологий, позволяющих улучшить микротурбины.Повышение эффективности может быть достигнуто с помощью таких материалов, как керамика, которые позволяют значительно повысить рабочую температуру двигателя.

C. Характеристики микротурбин

Некоторые из основных приложений для микротурбин включают:

  • Распределенное поколение — автономные локальные приложения, удаленные от электросетей
  • Качественная мощность и надежность — снижение колебаний частоты, скачков напряжения, скачков, провалов или других сбоев
  • Резервное питание — используется в случае отключения электричества в качестве резервного источника электроэнергии
  • Снижение пиков — использование микротурбин в периоды, когда потребление электроэнергии и плата за потребление высоки
  • Повышение мощности — увеличение локальных генерирующих мощностей и в более удаленных сетях
  • Дешевая энергия — использование микротурбин в качестве базовой нагрузки или основного источника энергии, которое дешевле производить на месте, чем приобретать в электроэнергетике
  • Комбинированное производство тепла и электроэнергии (когенерация) — повышает эффективность местного производства электроэнергии за счет использования отходящего тепла для существующего теплового процесса.

Микротурбины предлагают много потенциальных преимуществ для распределенного производства электроэнергии. Избранные сильные и слабые стороны технологии микротурбин перечислены в следующей таблице из Калифорнийского руководства по распределенным энергетическим ресурсам для микротурбин.

Микротурбины
Сильные стороны Слабые стороны
Небольшое количество движущихся частей Низкое соотношение топлива к электроэнергии
Компактный размер Потеря выходной мощности и КПД при более высоких температурах окружающей среды и возвышении
Облегченный
Высокая эффективность когенерации
Низкие выбросы
Можно утилизировать отработанное топливо
Увеличенные интервалы технического обслуживания
Без вибрации
Меньше шума, чем поршневые двигатели
Повышает энергетическую безопасность

Доступно : N / A

Эстетика :

  • Улучшает обзор и обзор с автономными системами, что устраняет необходимость в воздушных линиях электропередачи

Рентабельность : (См. Раздел F: Экономика микротурбин)

  • Позволяет снизить затраты за счет снижения пикового спроса на объекте и, следовательно, снижения платы за спрос

Функциональный :

  • Обеспечивает лучшую надежность и качество электропитания, особенно для тех, кто работает в зонах с отключениями, скачками напряжения и т. Д.обычны или электроснабжение менее надежно
  • Обеспечивает питание удаленных приложений, где традиционные линии передачи и распределения не подходят, такие как строительные площадки и морские объекты
  • Может быть альтернативой дизельным генераторам для локального энергоснабжения критически важных функций (например, коммуникационные центры)
  • Обладает комбинированными теплоэнергетическими возможностями
  • Снижает перегрузку передающих линий
  • Оптимизирует использование существующих сетевых активов, включая возможность высвободить передающие активы для увеличения пропускной способности
  • Повышает надежность сети
  • Облегчает более быструю выдачу разрешений, чем модернизация линии электропередачи
  • Может размещаться на площадках с ограничениями по производству электроэнергии

Производственные :

  • Обеспечивает высококачественное питание чувствительных приложений
  • Быстрее реагирует на новые потребности в электроэнергии — так как увеличение мощности может производиться быстрее
  • Способствует уменьшению капитала, связанного с непроизводительными активами, поскольку модульная природа микротурбин означает, что увеличение и уменьшение мощности может производиться небольшими приращениями, близко согласованными со спросом, вместо строительства центральных электростанций, размер которых соответствует предполагаемому будущему (а не текущему) спросу
  • Энергия в режиме ожидания сокращает время простоя, позволяя сотрудникам возобновить работу
  • Производит меньше шума, чем поршневые двигатели

Надежный / Сейф :

  • Повышает энергетическую безопасность
  • Резервное питание обеспечивает быстрое восстановление после события

Устойчивое развитие :

  • Обеспечивает самый низкий уровень выбросов среди всех систем сжигания некаталитического ископаемого топлива
  • Имеет небольшую занимаемую площадь, сводя к минимуму неудобства на рабочем месте
  • Уменьшает или откладывает модернизацию инфраструктуры (линии и подстанции)
  • Для микротурбин с рекуперацией энергии, обладает более высокой эффективностью преобразования энергии, чем центральное поколение.
  • Обеспечивает более эффективное управление энергопотреблением и нагрузкой

Д.Экономика микротурбин

Капитальные затраты на микротурбину колеблются от 700 до 1100 долларов США / кВт. Эти затраты включают все оборудование, соответствующие руководства, программное обеспечение и начальное обучение. Добавление рекуперации тепла увеличивает стоимость на 75–350 долларов за кВт. Затраты на установку значительно различаются в зависимости от местоположения, но обычно добавляют 30-50% к общей стоимости установки.

Производители микротурбин нацелены на будущую стоимость ниже 650 долларов за кВт. Это представляется возможным, если рынок расширяется и объемы продаж увеличиваются.

С меньшим количеством движущихся частей поставщики микротурбин надеются, что эти устройства могут обеспечить более высокую надежность, чем традиционные технологии возвратно-поступательного движения. Производители ожидают, что начальные единицы потребуют более неожиданных посещений, но по мере того, как продукция созревает, будет хватать ежегодного графика технического обслуживания. Большинство производителей нацелены на интервалы обслуживания от 5 000 до 8 000 часов.

Затраты на техническое обслуживание микротурбинных установок по-прежнему основаны на прогнозах с минимальными реальными ситуациями.Оценки варьируются от 0,005 до 0,016 доллара за кВтч, что сопоставимо с оценкой для небольших систем поршневых двигателей.

Стоимость микротурбины
Капитальные затраты 700–1100 долл. США / кВт
Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание 0,005-0,016 $ / кВт
Интервал технического обслуживания 5000-8000 часов

(любезно предоставлено Калифорнийским справочником по распределенным энергетическим ресурсам на микротурбинах)

Приложение

Микротурбины

могут использоваться для резервного питания, обеспечения качества и надежности электроэнергии, снятия пиковых нагрузок и когенерации.Кроме того, поскольку микротурбины разрабатываются для использования различных видов топлива, они используются для извлечения ресурсов и использования свалочного газа. Микротурбины хорошо подходят для небольших коммерческих зданий, таких как рестораны, отели / мотели, небольшие офисы, магазины розничной торговли и многие другие.

Разнообразие потребителей энергии, которые уже используют микротурбины, велико и быстро растет. Например:

  • Микротурбины, работающие на свалочном газе, установленные на полигоне Джамача в Спринг-Вэлли, Калифорния, обеспечивают электроэнергией на месте и обратно в сеть.Подробнее

  • Ресторан McDonald’s в Чикаго, штат Иллинойс, получает большую часть электроэнергии от микротурбины, работающей на природном газе, что сокращает его ежемесячный счет за электроэнергию на 1500 долларов.

Энергетическая система с микротурбинным генератором Parallon 75 в The Energy Efficient McDonald’s (TEEM) в Бенсенвилле, штат Иллинойс, может обеспечивать питание всего магазина, включая освещение, кухонное оборудование и системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
Фото: Новости потребителей энергии

  • Текстильная фабрика в Лоуренсе, Массачусетс, обеспечивает непрерывную работу, получая энергию от микротурбин.

  • В здании Chesapeake Building в кампусе Университета Мэриленда, Колледж-Парк, штат Мэриленд, есть система охлаждения, обогрева и электроснабжения (ТЭЦ), состоящая из микротурбин, чиллера и дымовой трубы, которая использует отработанное тепло для охлаждения и обогрева здания, что значительно повышает эффективность системы. .

Система когенерации Chesapeake Building, Мэрилендский университет — Колледж-Парк, Мэриленд

Также ведется разработка технологии микротурбин для транспортных средств.Автомобильные компании заинтересованы в микротурбинах как в легком и эффективном источнике энергии на основе ископаемого топлива для гибридных электромобилей, особенно автобусов.

Другие текущие разработки для улучшения конструкции микротурбины, снижения затрат и повышения производительности с целью производства конкурентоспособного продукта распределенной генерации включают рекуперацию тепла / когенерацию, гибкость топлива и гибридные системы (например, топливный элемент / микротурбина, маховик / микротурбина).

Дополнительные ресурсы

WBDG

Типы зданий / Типы помещений

Применимо ко всем типам зданий и типам помещений

Задачи проектирования

Эстетика, рентабельность, функциональность / эксплуатация, продуктивность, надежность / безопасность, устойчивость

Ввод в эксплуатацию

Ввод здания в эксплуатацию

Инструменты

Калькулятор темпа роста энергии (EERC), Energy Plus, Система принятия решений по энергопотреблению предприятия (FEDS)

Государственные и федеральные агентства

Ассоциации и организации

  • California Communities for Advanced Distributed Energy Resources (CADER) — Служит в качестве центра обмена информацией по эффективным технологиям и системам инфраструктуры, которые повышают качество, надежность и безопасность энергоснабжения местных сообществ, снижая при этом затраты на электроэнергию и воздействие на окружающую среду, связанное с производством электроэнергии.
  • Ассоциация ТЭЦ — ассоциация, которая объединяет интересы различных рынков для содействия росту чистых и эффективных ТЭЦ в Соединенных Штатах. Его миссия заключается в создании нормативной, институциональной и рыночной среды, которая способствует использованию чистых и эффективных ТЭЦ в качестве основного источника электроэнергии и тепловой энергии в США. (бывшая Ассоциация чистого тепла и энергии США (USCHPA))
  • Всемирный альянс за децентрализованную энергетику (WADE) — запущен группой крупных компаний и национальных промышленных ассоциаций для ускорения разработки высокоэффективных систем когенерации и децентрализованной энергетики (DE), которые принесут существенные экономические и экологические выгоды во всем мире.

Производители

Во всем мире более двадцати компаний участвуют в разработке и коммерциализации микротурбин для приложений распределенной генерации. Ниже приведены ссылки на пять ведущих производителей микротурбин.

  • Bowman Power Systems — британская компания, которая разрабатывает микротурбинные системы выработки электроэнергии мощностью 80 кВт для РЭД и мобильных энергетических приложений.
  • Calnetix Technologies — ведущий производитель микротурбин для использования в распределенной генерации, комбинированном производстве тепла и электроэнергии (ТЭЦ), биогазе и морских установках.
  • Capstone Turbine Corporation. Компания Capstone со штаб-квартирой в Чатсуорте, Калифорния, является лидером в коммерциализации высоконадежных микротурбинных электрогенераторов с низким уровнем выбросов. Компания предлагает системы мощностью 30 и 60 кВт для приложений DER.
  • Ansaldo Turbec — В конце 2012 года компания Ansaldo Energia приобрела Turbec. Компания предлагает микротурбинный электрогенератор мощностью 100 кВт для коммерческих приложений РЭД.

Наша система электропитания

Портфель электропитания TVA динамичен и адаптируется к изменяющимся требованиям и нормативным требованиям.Наш акцент сместился с традиционного угольного производства на более чистые формы производства электроэнергии, и сегодня мощность, которую мы поставляем, почти равна нулю. На 60 процентов безуглеродный.

Чтобы мы могли реагировать на потребности долины в электроэнергии в жаркие летние и холодные зимние дни, мы добавляем больше установок, работающих на более чистом природном газе. Чтобы производить больше безуглеродной энергии, мы добавили первый новый ядерный блок 21 века. Как всегда, мы производим чистую возобновляемую энергию с помощью наших 29 плотин гидроэлектростанций.У нас есть планы по строительству первой солнечной электростанции TVA, и мы заключили контракт на поставку более тысячи мегаватт солнечной энергии, чтобы помочь клиентам удовлетворить свои потребности в возобновляемых источниках энергии. цели.

Кроме того, мы продолжаем предлагать программы, которые позволяют предприятия и потребители будут сотрудничать с нами в области производства солнечной, ветровой и биогазовой энергии.

Тем временем мы выводим из эксплуатации некоторые из наших старых угольных блоков, чтобы освободить место для этих новых, более эффективных форм производства энергии.Это естественная эволюция, которая соответствует нашей исторической миссии по обеспечению надежных и недорогих энергия, которая делает жизнь людей, которым мы служим, лучше.

Наш изменяющийся портфель


Примечание. График отображает энергию. ЭЭ включает воздействие Программы энергоэффективности TVA на чистую совокупную реализованную на системной основе. 2007 базовый год и исключает влияние внешних факторов на энергоэффективность.

Генерирующие активы TVA сегодня

  • 5 электростанций на ископаемом топливе (25 активных единиц)
  • 3 атомных станции (7 единиц)
  • 29 гидроэлектростанций (109 единиц)
  • 1 гидроаккумулирующая гидроэлектростанция ( 4 шт.)
  • 9 газотурбинных газовых установок (87 единиц)
  • 8 газовых парогазовых установок (14 энергоблоков, 35 единиц [21 газовая турбина, 14 паровых турбин])
  • 1 участок дизель-генератора (5 единиц)
  • 14 участков солнечной энергии
  • 1 участок ветроэнергетики

TVA также получает электроэнергию от различных производителей электроэнергии, как правило, через соглашения о покупке электроэнергии («PPA»), которые по состоянию на сентябрь 30 января 2020 года, в настоящее время действуют:

  • Невозобновляемые PPA со следующими типами объектов: 2 природного газа, 1 бурый уголь и несколько небольших дизельных двигателей
  • Возобновляемые PPA с следующие типы объектов: 8 ветроэнергетических, 3 коммунальных солнечных, 1 свалочный газ, 1 гидроэлектростанция и примерно 4000 малых объектов, заключенных в рамках программ возобновляемой энергии TVA

Газ vs.Дизельные двигатели: в чем разница?

1) UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

2) Для получения информации о результатах программы и другой информации посетите сайт www.uti.edu/disclosures.

3) Приблизительно 8000 из 8400 выпускников UTI в 2019 году были готовы к трудоустройству. На момент составления отчета приблизительно 6700 человек были трудоустроены в течение одного года после даты выпуска, что составляет в общей сложности 84%. В эту ставку не включены выпускники, недоступные для работы по причине продолжения образования, военной службы, здоровья, заключения, смерти или статуса иностранного студента.В ставку включены выпускники, прошедшие специализированные программы повышения квалификации и занятые на должностях. которые были получены до или во время обучения в области ИМП, где основные должностные обязанности после окончания учебы соответствуют образовательным и учебным целям программы. UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

5) Программы UTI готовят выпускников к карьере в отраслях промышленности с использованием предоставленного обучения, в первую очередь, в качестве специалистов по автомобилям, дизельным двигателям, ремонтным работникам, мотоциклистам и морским техникам.Некоторые выпускники UTI устраиваются на работу в рамках своей области обучения на должности, отличные от в качестве технического специалиста, например: специалист по запчастям, специалист по обслуживанию, изготовитель, лакокрасочный отдел и владелец / оператор магазина. UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

6) Достижения выпускников ИТИ могут различаться. Индивидуальные обстоятельства и заработная плата зависят от личных качеств и экономических факторов. Опыт работы, отраслевые сертификаты, местонахождение работодателя и его программы компенсации влияют на заработную плату.ИМП образовательное учреждение и не может гарантировать работу или заработную плату.

7) Для завершения некоторых программ может потребоваться более одного года.

10) Финансовая помощь и стипендии доступны тем, кто соответствует требованиям. Награды различаются в зависимости от конкретных условий, критериев и состояния.

11) См. Подробную информацию о программе для получения информации о требованиях и условиях, которые могут применяться.

12) На основе данных, собранных из Бюро статистики труда США, прогнозы занятости (2016-2026), www.bls.gov, просмотрено 24 октября 2017 г. Прогнозируемое количество годовых Вакансии по классификации должностей: Автомеханики и механики — 75 900; Специалисты по механике автобусов и грузовиков и по дизельным двигателям — 28 300 человек; Ремонтники кузовов и связанных с ними автомобилей, 17 200. Вакансии включают вакансии в связи с ростом и чистые замены.

14) Программы поощрения и соответствие критериям для сотрудников остаются на усмотрении работодателя и доступны в определенных местах. Могут применяться особые условия.Поговорите с потенциальными работодателями, чтобы узнать больше о программах, доступных в вашем районе.

15) Оплачиваемые производителем программы повышения квалификации проводятся UTI от имени производителей, которые определяют критерии и условия приемки. Эти программы не являются частью аккредитации UTI. Программы доступны в некоторых регионах.

16) Не все программы аккредитованы ASE Education Foundation.

20) Льготы VA могут быть доступны не на всех территориях университетского городка.

21) GI Bill® является зарегистрированным товарным знаком U.S. Департамент по делам ветеранов (VA). Более подробная информация о льготах на образование, предлагаемых VA, доступна на официальном веб-сайте правительства США.

22) Грант «Приветствие за службу» доступен всем ветеранам, имеющим право на участие, во всех местах на территории кампуса. Программа «Желтая лента» одобрена в наших кампусах в Эйвондейле, Далласе / Форт-Уэрте, Лонг-Бич, Орландо, Ранчо Кукамонга и Сакраменто.

24) Технический институт NASCAR готовит выпускников к работе в качестве технических специалистов по обслуживанию автомобилей начального уровня.Выпускники, которые сдают факультативные программы NASCAR, также могут иметь возможности трудоустройства в отраслях, связанных с гонками. Из тех выпускников 2019 года, которые взяли факультативы, примерно 20% нашли возможности, связанные с гонками. Общий уровень занятости в NASCAR Tech в 2019 году составил 84%.

25) Расчетная годовая средняя заработная плата для специалистов по обслуживанию автомобилей и механиков в Службе занятости и заработной платы Бюро статистики труда США, май 2019 г. Программы UTI готовят выпускников к карьере в отраслях промышленности с использованием предоставленного обучения, в первую очередь в качестве автомобильных техников.Некоторые выпускники UTI получают работу в рамках своей области обучения на должностях, отличных от технических, например, сервисный писатель, смог. инспектор и менеджер по запасным частям. Информация о заработной плате для Содружества Массачусетс: средний годовой диапазон заработной платы начального уровня для лиц, работающих в качестве техников и механиков по обслуживанию автомобилей в Содружестве Массачусетс (49-3023) составляет от 29 050 до 45 980 долларов (данные по Массачусетсу, данные за май 2018 г., просмотр за 10 сентября 2020 г.). Информация о зарплате в Северной Каролине: The U.S. Согласно оценке Министерства труда США, средняя почасовая оплата в размере 50% квалифицированных автомобильных техников в Северной Каролине, опубликованная в мае 2019 года, составляет 19,52 доллара США. Бюро статистики труда не публикует данные начального уровня. данные о зарплате. Однако 25-й и 10-й процентили почасовой оплаты труда в Северной Каролине составляют 13,84 и 10,60 долларов соответственно. (Бюро статистики труда Министерства труда, занятости и заработной платы США, май 2019 г. и Механика, просмотр 14 сентября 2020 года.) UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

26) Расчетная годовая средняя заработная плата сварщиков, резчиков, паяльщиков и паяльщиков в Службе занятости и заработной платы Бюро статистики труда США, май 2019 г. Программы UTI готовят выпускников к карьере в отраслях промышленности с использованием предоставленного обучения, в первую очередь в качестве техников-сварщиков. Некоторые выпускники UTI устраиваются на работу в рамках своей области обучения на должности, отличные от технических специалистов, например, сертифицированный инспектор и контроль качества.Информация о заработной плате в штате Массачусетс: средний годовой диапазон заработной платы начального уровня для лиц, работающих сварщиками, резчиками, паяльщиками и брейзерами в штате Массачусетс (51-4121), составляет от 33 490 до 48 630 долларов. (Массачусетс: трудовые ресурсы и развитие рабочей силы, данные за май 2018 г., просмотр за 10 сентября 2020 г.). Зарплата в Северной Каролине информация: Министерство труда США оценивает почасовую заработную плату в среднем 50% для квалифицированных сварщиков в Северной Каролине, опубликованную в мае 2019 года, и составляет 19 долларов.77. Бюро статистики труда не публикует данные о заработной плате начального уровня. Однако 25-е и 10-й процентиль почасовой оплаты труда в Северной Каролине составляют 16,59 и 14,03 доллара соответственно. (Бюро статистики труда Министерства труда, занятости и заработной платы США, май 2019 г. 14, 2020.) UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

27) Не включает время, необходимое для прохождения 18-недельной квалификационной программы предварительных требований плюс дополнительные 12 или 24 недели обучения, зависящего от производителя, в зависимости от производителя.

28) Расчетная годовая средняя заработная плата специалистов по ремонту кузовов автомобилей и связанных с ними ремонтов в Бюро трудовой статистики США по вопросам занятости и заработной платы, май 2019 г. Программы UTI готовят выпускников к карьере в отраслях промышленности с использованием предоставленного обучения, в первую очередь в качестве техников по ремонту после столкновений. Некоторые выпускники UTI устраиваются на работу в рамках своей области обучения на должности, отличные от технических, например оценщик, оценщик. и инспектор. Информация о заработной плате для Содружества Массачусетс: средний годовой диапазон заработной платы начального уровня для лиц, занятых в качестве ремонтников автомобилей и связанных с ними ремонтных работ (49-3021) в Содружестве Массачусетса, составляет от 31 360 до 34 590 долларов США. (Массачусетс: трудовые ресурсы и развитие рабочей силы, данные за май 2018 г., просмотр за 10 сентября 2020 г.).Зарплата в Северной Каролине информация: Министерство труда США оценивает почасовую заработную плату в размере 50% для квалифицированных специалистов по борьбе с авариями в Северной Каролине, опубликованную в мае 2019 года, и составляет 21,76 доллара США. Бюро статистики труда не публикует данные о заработной плате начального уровня. Однако, 25-й и 10-й процентили почасовой оплаты труда в Северной Каролине составляют 16,31 и 12,63 доллара соответственно. (Бюро статистики труда Министерства труда, занятости и заработной платы США, май 2018 г. 14 сентября 2020.) UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

29) Расчетная годовая средняя заработная плата механиков автобусов и грузовиков и специалистов по дизельным двигателям в разделе «Занятость и заработная плата» Бюро статистики труда США, май 2019 г. Программы UTI готовят выпускников к карьере в отраслях с использованием предоставленного обучения, в первую очередь в качестве техников по дизельным двигателям . Некоторые выпускники UTI устраиваются на работу в рамках своей области обучения на должности, отличные от дизельных. техник по грузовикам, например техник по обслуживанию, техник по локомотиву и техник по морскому дизелю.Информация о заработной плате для штата Массачусетс: средний годовой диапазон заработной платы начального уровня для лиц, работающих в качестве механиков автобусов и грузовиков. и специалистов по дизельным двигателям (49-3031) в штате Массачусетс составляет от 29 730 до 47 690 долларов США (Массачусетс, штат Массачусетс, данные за май 2018 г., просмотрено 10 сентября 2020 г.). Информация о зарплате в Северной Каролине: по оценке Министерства труда США почасовая оплата в размере 50% для квалифицированных дизельных техников в Северной Каролине, опубликованная в мае 2019 года, составляет 22 доллара.04. Бюро статистики труда. не публикует данные о заработной плате начального уровня. Однако 25-й и 10-й процентили почасовой оплаты труда в Северной Каролине составляют 18,05 и 15,42 доллара соответственно. (Бюро статистики труда Министерства труда, занятости и заработной платы США, май 2018. Механики автобусов и грузовиков и специалисты по дизельным двигателям, просмотр 14 сентября 2020 г.) UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать трудоустройство или заработную плату.

30) Расчетная средняя годовая зарплата механиков мотоциклистов в США.С. Занятость и заработная плата Бюро статистики труда, май 2019 г. Программы MMI готовят выпускников к карьере в отраслях промышленности с использованием предоставленного обучения, в первую очередь в качестве техников мотоциклов. Некоторые выпускники MMI получают работу в рамках своей области обучения на должностях, отличных от технических, например, сервисный писатель, оборудование. обслуживание и запчасти. Информация о заработной плате для Содружества Массачусетс: Средняя годовая заработная плата начального уровня для лиц, занятых в качестве механиков мотоциклов (49-3052) в Содружестве Массачусетса, составляет 28 700 долларов США (данные по развитию трудовых ресурсов штата Массачусетс, май 2018 г., просмотр на 10 сентября 2020 г.) .Информация о зарплате в Северной Каролине: Министерство труда США оценивает почасовую заработную плату в размере 50% в среднем для Стоимость квалифицированных специалистов по мотоциклам в Северной Каролине, опубликованная в мае 2019 года, составляет 16,92 доллара. Бюро статистики труда не публикует данные о заработной плате начального уровня. Однако 25-й и 10-й процентили почасовой оплаты труда в Северной Каролине составляют 13,18 и 10,69 долларов. соответственно. (Бюро статистики труда Министерства труда, занятости и заработной платы США, май 2019 г., Motorcycle Mechanics, дата просмотра 14 сентября 2020 г.).) MMI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

31) Расчетная годовая средняя заработная плата механиков моторных лодок и техников по обслуживанию в Службе занятости и заработной платы Бюро статистики труда США, май 2019 г. Программы MMI готовят выпускников к карьере в отраслях промышленности с использованием предоставленного обучения, в первую очередь в качестве морских техников. Некоторые выпускники MMI получают работу в рамках своей области обучения на должностях, отличных от технических специалистов, например, в сфере обслуживания оборудования, инспектор и помощник по запчастям.Информация о заработной плате для Содружества Массачусетс: средний годовой диапазон заработной платы начального уровня для лиц, работающих в качестве механиков моторных лодок и техников по обслуживанию (49-3051) в Содружестве Массачусетса. составляет от 31 280 до 43 390 долларов (данные за май 2018 г., Массачусетс, США, 10 сентября 2020 г.). Информация о зарплате в Северной Каролине: по оценке Министерства труда США почасовая оплата в среднем 50% для квалифицированного морского техника в Северной Каролине, опубликованная в мае 2019 года, составляет 18 долларов.56. Бюро статистики труда не публикует данные начального уровня. данные о зарплате. Однако 25-й и 10-й процентили почасовой оплаты труда в Северной Каролине составляют 14,92 доллара и 10,82 доллара соответственно. (Бюро статистики труда Министерства труда, занятости и заработной платы США, май 2019 г. Специалисты по обслуживанию, просмотр 2 сентября 2020 г.) MMI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

34) Расчетная годовая средняя заработная плата операторов компьютерных инструментов с числовым программным управлением в США.С. Занятость и заработная плата Бюро статистики труда, май 2019 г. Программы UTI готовят выпускников к карьере в различных отраслях промышленности с использованием предоставленного обучения, в первую очередь в качестве технических специалистов по механической обработке с ЧПУ. Некоторые выпускники UTI устраиваются на работу в рамках своей области обучения на должности, отличные от технических, например, оператор ЧПУ, подмастерье. слесарь-механик и инспектор обработанных деталей. Информация о заработной плате для штата Массачусетс: средняя годовая заработная плата начального уровня для лиц, работающих в качестве операторов станков с компьютерным управлением, металла и пластика (51-4011) в Содружестве штата Массачусетс составляет 36 740 долларов (данные за май 2018 г., данные за май 2018 г., данные за 10 сентября, штат Массачусетс, 2020).Информация о зарплате в Северной Каролине: по оценке Министерства труда США почасовая оплата в среднем 50% для квалифицированных станков с ЧПУ в Северной Каролине, опубликованная в мае 2019 года, составляет 18,52 доллара. Бюро статистики труда не публикует данные начального уровня. данные о зарплате. Однако 25-й и 10-й процентили почасовой оплаты труда в Северной Каролине составляют 15,39 и 13,30 долларов соответственно. (Бюро статистики труда Министерства труда, занятости и заработной платы США, май 2019 г. Операторы инструмента, просмотр 14 сентября 2020 г.) UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

37) Курсы Power & Performance не предлагаются в Техническом институте NASCAR. UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату. Информацию о результатах программы и другую информацию можно найти на сайте www.uti.edu/disclosures.

38) Бюро статистики труда США прогнозирует, что к 2029 году общая занятость в каждой из следующих профессий составит: Техники и механики автомобильного сервиса — 728 800; Сварщики, резаки, паяльщики и паяльщики — 452 500 человек; Автобусы и грузовики и специалисты по дизельным двигателям — 290 800 человек; Ремонтники кузовов автомобилей и сопутствующие товары — 159 900; и операторы инструментов с ЧПУ, 141 700.См. Таблицу 1.2 Занятость в разбивке по профессиям, 2019 г. и прогноз на 2029 г. Бюро статистики труда США, www.bls.gov, дата просмотра — 3 июня 2021 г.

39) Повышение квалификации доступно для выпускников только в том случае, если курс еще доступен и есть места. Студенты несут ответственность за любые другие расходы, такие как оплата лабораторных работ, связанных с курсом.

41) Для специалистов по обслуживанию автомобилей и механиков Бюро статистики труда США прогнозирует в среднем 61 700 вакансий в год в период с 2019 по 2029 год.Вакансии включают вакансии, связанные с ростом и чистым замещением. См. Таблицу 1.10 Разделения и вакансии по профессиям, прогноз на 2019-29 годы, Бюро статистики труда США, www.bls.gov, дата просмотра — 3 июня 2021 года.

42) Для сварщиков, резчиков, паяльщиков и паяльщиков, Бюро труда США По статистике, в период с 2019 по 2029 год в среднем будет открываться 43 400 вакансий в год. В число вакансий входят вакансии, связанные с ростом и чистым замещением. См. Таблицу 1.10 Разделение профессий и вакансии, прогнозируемые на 2019-29 гг., U.S. Bureau of Labor Statistics, www.bls.gov, дата просмотра — 3 июня 2021 г.

43) Для специалистов по механике автобусов и грузовиков и специалистов по дизельным двигателям Бюро статистики труда США прогнозирует в среднем 24 500 вакансий в год в период с 2019 по 2029. Вакансии включают вакансии в связи с ростом и чистым замещением. См. Таблицу 1.10 Разделения и вакансии по специальностям, прогнозируемые на 2019-29 годы, Бюро статистики труда США, www.bls.gov, дата просмотра 3 июня 2021 года.По прогнозам Бюро статистики труда, в период с 2019 по 2029 год в среднем будет открываться 13 600 рабочих мест в год. В число вакансий входят вакансии, связанные с ростом и чистым замещением. См. Таблицу 1.10. Разделение и вакансии по профессиям, прогноз на 2019-29 годы, Бюро статистики труда США, www.bls.gov, дата просмотра — 3 июня 2021 г.

45) Для операторов компьютерных инструментов с числовым программным управлением Бюро статистики труда США прогнозирует в среднем 11 800 вакансий в период с 2019 по 2029 год. Вакансии включают вакансии, связанные с ростом и чистым замещением.См. Таблицу 1.10 Профильные увольнения и вакансии, прогноз на 2019-29 годы, Бюро статистики труда США, www.bls.gov, дата просмотра 3 июня 2021 года.

46) Студенты должны иметь средний балл не ниже 3,5 и посещаемость 95%.

47) Бюро статистики труда США прогнозирует, что к 2029 году общая занятость специалистов по обслуживанию автомобилей и механиков составит 728 800 человек. См. Таблицу 1.2 Занятость в разбивке по профессиям, 2019 г. и прогноз на 2029 г. Бюро статистики труда США, www.bls.gov, дата просмотра — 3 июня 2021 г.

48) Бюро статистики труда США прогнозирует, что общая занятость механиков автобусов и грузовиков и специалистов по дизельным двигателям к 2029 году составит 290 800 человек. См. Таблицу 1.2 Занятость в разбивке по профессиям, 2019 г. и прогноз на 2029 г. Бюро статистики труда США, www.bls.gov, просмотрено 3 июня 2021 г.

49) На основе данных, собранных из Бюро статистики труда США, прогнозы занятости (2019-2029), www.bls.gov, просмотрено в сентябре 8, 2020. Планируемое общее количество ремонтов кузовов и связанных с ними автомобилей к 2029 году составит 159 900 человек.

50) Бюро статистики труда США прогнозирует, что общая занятость сварщиков, резчиков, паяльщиков и паяльщиков к 2029 году составит 452 500 человек. См. Таблицу 1.2 Занятость в разбивке по профессиям, 2019 г. и прогноз на 2029 г. Бюро статистики труда США, www.bls.gov, просмотрено 3 июня 2021 г.

51) На основе данных, собранных из Бюро статистики труда США, прогнозы занятости (2019-2029), www.bls.gov, просмотрено в сентябре 8, 2020. Планируемое общее количество операторов инструмента с ЧПУ к 2029 году составит 141 700 человек.

Универсальный технический институт штата Иллинойс, Inc. одобрен Отделом частного бизнеса и профессиональных школ Совета по высшему образованию штата Иллинойс.

Конструкция и принцип действия турбокомпрессора — турбина

Турбонагнетатель основные функции принципиально не изменились со времен Альфреда Бюхи. Турбокомпрессор состоит из компрессора и турбины, соединенных общим валом.Турбина с приводом от выхлопных газов обеспечивает приводную энергию для компрессора.

Дизайн и принцип действия

Турбина турбонагнетателя, состоящая из турбинного колеса и корпуса турбины, преобразует выхлопные газы двигателя в механическую энергию для привода компрессора. Газ, который ограничен площадью поперечного сечения потока турбины, приводит к при перепаде давления и температуры между входом и выходом.Это падение давления преобразуется турбиной в кинетическую энергию для привода турбинного колеса.

Есть два основных типа турбин: осевые и радиальные. В осевом типе, поток через колесо идет только в осевом направлении. В радиальных турбинах приток газа центростремительный, т.е.в радиальном направлении снаружи внутрь, и газ отток в осевом направлении.

До диаметра колеса около 160 мм используются только радиальные турбины.Этот соответствует мощности двигателя примерно 1000 кВт на турбокомпрессор. От 300 мм и более используются только осевые турбины. Между этими двумя значениями оба варианта возможны.

Поскольку турбина с радиальным потоком является наиболее популярным типом для автомобильной промышленности, следующее описание ограничено конструкцией и функциями этой турбины. тип. В улитке таких радиальных или центростремительных турбин давление выхлопных газов преобразуется в кинетическую энергию и выхлопные газы по окружности колеса направлен с постоянной скоростью к турбинному колесу.Передача энергии от кинетической энергия на валу происходит в турбинном колесе, которое сконструировано таким образом, чтобы почти вся кинетическая энергия преобразуется к тому времени, когда газ достигает колеса торговая точка.

Рабочие характеристики

Производительность турбины увеличивается по мере падения давления между входом и выходом. увеличивается, т. е. когда больше выхлопных газов забивается перед турбиной в результате более высоких оборотов двигателя, или в случае повышения температуры выхлопных газов из-за к более высокой энергии выхлопных газов.

Характерное поведение турбины определяется удельным поперечным сечением потока, поперечное сечение горловины в зоне перехода впускного канала к спиральной камере. За счет уменьшения этого поперечного сечения горловины больше выхлопных газов задерживается выше по потоку. турбина и производительность турбины увеличивается в результате более высокого давления соотношение. Таким образом, меньшее поперечное сечение потока приводит к более высокому давлению наддува.
Площадь поперечного сечения потока турбины может быть легко изменена путем замены турбины. Корпус.

Помимо площади проточного сечения корпуса турбины, площадь выхода на колесо Впуск также влияет на пропускную способность турбины по массе. Обработка турбины Литой контур колеса допускает площадь поперечного сечения и, следовательно, давление наддува, быть отрегулированным. Увеличение контура приводит к увеличению площади поперечного сечения потока. турбины.

Турбины с изменяемой геометрией турбины изменяют поперечное сечение потока между улитками. канал и вход колеса. Площадь выхода на турбинное колесо изменяется на переменную направляющие лопатки или регулируемое скользящее кольцо, закрывающее часть поперечного сечения.

На практике рабочие характеристики турбин турбонагнетателя отработавших газов описываются картами, показывающими параметры потока в зависимости от давления в турбине. соотношение.Карта турбины показывает кривые массового расхода и КПД турбины для различные скорости. Чтобы упростить карту, кривые массового расхода, а также КПД, можно показать средней кривой

Для высокой общей эффективности турбокомпрессора согласование компрессора и Диаметр турбинного колеса имеет жизненно важное значение. Положение рабочей точки на карте компрессора определяет частоту вращения турбокомпрессора. Диаметр турбинного колеса должен быть таким, чтобы КПД турбины был максимальным в этом рабочем диапазоне.

Турбины с двойным входом

Турбина редко подвергается постоянному давлению выхлопных газов. В импульсном режиме с турбонаддувом коммерческие дизельные двигатели, турбины с двойным входом позволяют снизить пульсации выхлопных газов. оптимизирован, поскольку более высокий коэффициент давления турбины достигается за более короткое время. Таким образом, за счет увеличения степени сжатия эффективность повышается, улучшая очень важный временной интервал, когда через него проходит высокий, более эффективный массовый расход турбина.В результате этого улучшенного использования энергии выхлопных газов двигатель характеристики давления наддува и, следовательно, характеристики крутящего момента улучшаются, особенно при низких оборотах двигателя.

Турбокомпрессор с двухкамерной турбиной

Чтобы различные цилиндры не мешали друг другу во время зарядки В циклах обмена три цилиндра соединены в один выпускной коллектор.Двойной вход Затем турбины позволяют отдельно пропускать поток выхлопных газов через турбину.

Кожухи турбины с водяным охлаждением

Турбокомпрессор с корпусом турбины с водяным охлаждением для морского применения

При проектировании турбокомпрессора необходимо также учитывать аспекты безопасности. На корабле Например, в машинном отделении следует избегать горячих поверхностей из-за опасности возгорания.Поэтому корпуса турбин с водяным охлаждением или корпуса турбин, покрытые изоляционным материалом. материал используется для морских применений.

Что такое турбонагнетатель?

Турбокомпрессор — одна из важнейших частей главной двигательной установки корабля. Помпаж турбокомпрессора — это явление, которое влияет на производительность турбокомпрессора и снижает его эффективность. В этой статье мы узнаем все о помпажах турбокомпрессора.

Что такое турбонагнетатель?

Помпаж турбокомпрессора можно определить как высокую вибрацию слышимого уровня, исходящую от стороны нагнетателя или компрессора турбокомпрессора.

Он часто встречается в тихоходных дизельных двигателях, и морской инженер должен слышать этот вой, производимый двигателем, по крайней мере, однажды за свою морскую карьеру.

Чтение по теме: 8 общих проблем, обнаруженных в судовых двухтактных двигателях

Каждый раз, когда происходит нарушение потока газа в турбонагнетателе, через лопасти диффузора и крыльчатки происходит обратное движение продувочного воздуха в сторону нагнетателя, что вызывает помпаж.

Проще говоря, большая масса колеблющегося воздушного потока может вызвать вибрацию рабочего колеса турбокомпрессора и его лопастей, из-за чего компрессор не может нормально работать, создавая шум с высоким шагом в качестве реакции, который известен как помпаж компрессора.

Кредиты: abb.com

Другие термины, такие как помпаж турбонаддува или помпаж двигателя, также могут использоваться для описания этого явления, но непосредственно задействованный компонент помпажа — это компрессор турбонагнетателя или турбокомпрессор.

Сторона турбины или выхлопных газов турбонагнетателя не играет прямой роли в процессе помпажа. Это, несомненно, может повлиять на производительность всего турбонагнетателя, что может привести к скачкам давления в турбонагнетателе.

Во время работы двигателя в море может произойти несколько случаев помпажа, так как это также зависит от внешних факторов, таких как состояние моря, погода, резкое маневрирование, аварийная остановка и т. Д.Такие случаи помпажа компрессора допустимы.

Однако инженер на судне должен следить за тем, чтобы подшипник турбонагнетателя и смазочное масло находились в хорошем рабочем состоянии.

Связанное чтение: Общие сведения о подшипниках турбонагнетателя и смазке на кораблях

Если помпаж происходит во время нормальной работы двигателя и частота помпажа высока, это может привести к повреждению подшипника и, в некоторых случаях, к механическому отказу ротора компрессора.Следовательно, помпаж турбокомпрессора является результатом того, что различные части двигателя не работают синхронно.

Изношенный цилиндр двигателя или топливная система могут вызвать проблемы в двигателе и турбонагнетателе. Это приведет к меньшему потоку воздуха в компрессор по сравнению с более высоким противодавлением, что приведет к скачку давления в компрессоре.

Следовательно, турбокомпрессоры должны быть правильно согласованы с расходом воздуха двигателем и давлением во всем рабочем диапазоне двигателя и не должны попадать в пределы помпажа.

Линия перенапряжения

Как показано на графике, рабочая линия двигателя должна поддерживать давление и объем всасываемого воздуха в точке A для поддержания равновесия и эффективной работы турбокомпрессора. Допустим, происходит увеличение объема всасываемого воздуха, давление на линии постоянной скорости уменьшится. Чтобы поддерживать равновесие, т.е. чтобы быть в рабочем состоянии, объем должен уменьшаться.

Однако, если есть небольшое уменьшение объема в точке B (при том же давлении, что и A), это приведет к уменьшению давления на линии постоянной скорости.На этом этапе компрессор не сможет поддерживать необходимое давление, и объем будет уменьшаться, что приведет к помпажу компрессора.

Термины, связанные с помпажем турбонагнетателя:

Падение давления помпажа: Цикл помпажа имеет определенный провал давления, и если цикл продолжается без изменения рабочей точки, величина падения давления будет сохраняться.

Время цикла помпажа: Время, в которое начинается помпаж до тех пор, пока рабочая точка не изменится, чтобы снова достичь равновесия, т.е.е. конец помпажа двигателя.

Поведение при скачке температуры: Когда происходит помпаж, происходит реверсирование воздушного потока, что приводит к изменению температуры входящего потока.

Изменения частоты вращения вала помпажа: Вал турбонагнетателя, содержащий компрессор и рабочее колесо турбины, также будет испытывать изменение скорости во время помпажа компрессора

Турбонагнетатели должны соответственно соответствовать расходу воздуха двигателем и давлению во всем рабочем диапазоне двигателя и не должны попадать в пределы помпажа.

Кредиты изображений — Викимедиа / Сунил Чаудхари

Категория турбонагнетателя:

Слабый помпаж: Скачок, происходящий в мягких условиях, не является значительным. Они могут возникать из-за отсутствия реверсирования потока и небольших колебаний давления.

Классический помпаж: Классический помпаж, который возникает из-за низкочастотных колебаний с большими колебаниями давления.

Глубокий помпаж: Это критическое состояние, когда в компрессоре происходит реверсирование массового расхода, которое приводит к помпажу.

Каковы причины выброса турбонагнетателя?

Причины помпажа турбокомпрессора:

Неправильное распределение мощности: Неадекватное распределение мощности между главными цилиндрами двигателя может вызвать помпаж турбокомпрессора, поскольку один блок вырабатывает больше мощности, а другой — меньше. Из-за этого расход воздуха, требуемый обоими турбокомпрессорами, различается, что приводит к помпажам.

Двигатель-турбокомпрессор и связанные детали

Загрязненные детали турбокомпрессора:

  • Если впускной фильтр компрессора со стороны турбины загрязнен, то не может быть подано достаточно воздуха для сгорания, что приводит к помпажу.
  • Аналогично, если сторона турбины также загрязнена i. e форсунка, лопасти и т. д. не может быть произведено достаточно воздуха для горения
  • Глушитель поврежден
  • Износ подшипников турбокомпрессора

Связанное чтение: Как очистить стороны нагнетателя и турбины турбокомпрессора на корабле?

Проблемы в системе продувочного воздуха:

Чтение по теме: Как со временем изменилась судовая система наддува воздуха для двигателей

Проблемы в выхлопной системе: Сильно загрязненный выхлоп i.е. экономайзер, если он установлен, может вызвать противодавление в турбонагнетателе и, в конечном итоге, привести к помпажу. Другая проблема с выхлопом может быть следующей:

  • Выпускной клапан неисправен и не открывается должным образом
  • Защитная решетка перед турбонагнетателем повреждена или заблокирована
  • Пульсации давления после турбонагнетателя и внутри выпускного ресивера
  • Поврежден компенсатор на входе турбокомпрессора

Читать по теме: Компоненты и конструкция системы выпуска отработавших газов главного двигателя на судне

Проблема в топливной системе: Если топливная система не работает эффективно, это может быть связано со следующими проблемами:

  • Низкое давление циркуляционного или подающего насоса
  • Воздух или вода в жидком топливе
  • Низкая температура подогрева топлива
  • Неисправен всасывающий клапан топливного насоса
  • Заедание плунжера топливного насоса и шпинделя клапана из-за нагара
  • Форсунка топливного клапана повреждена
  • Неисправность системы распределения нагрузки

Чтение по теме: 10 баллов за эффективную работу турбокомпрессора на кораблях

Прочие факторы:

  • Из-за плохой погоды двигатель внезапно начинает разгоняться, и происходит резкое изменение нагрузки.Это происходит потому, что во время плохой погоды или качки гребной винт входит и выходит из воды, вызывая изменение нагрузки на двигатель
  • Неправильная настройка двигателя и турбокомпрессора, которая может произойти в старом двигателе из-за изоляции одного или нескольких узлов или неисправной детали двигателя
  • Изменение условий окружающей среды, т. Е. Изменение давления и температуры

Как предотвратить выброс турбокомпрессора?

Ниже приведены способы предотвращения помпажа турбонагнетателя.Однако следует отметить, что некоторые моменты могут отличаться в зависимости от конструкции и конструкции турбокомпрессора.

  • Содержите впускной фильтр турбонагнетателя в чистоте.
  • Промыть водой турбину и компрессор со стороны турбокомпрессора
  • Необходимо периодически проводить надлежащее обслуживание и проверки различных деталей турбокомпрессора. Если есть какие-либо проблемы, ремонт турбокомпрессора произвести как можно скорее, не нагружая двигатель
  • Продувка сажей должна производиться время от времени в случае экономайзера или котла-утилизатора

Прочтите по теме: Что можно и чего нельзя делать для эффективной работы котлов на судах

  • Контрольные карточки, которые необходимо использовать для оценки цилиндра и распределения мощности отдельных агрегатов
  • Обеспечьте надлежащее обслуживание вспомогательного оборудования двигателя и деталей, влияющих на турбокомпрессор.
  • Эффективное обслуживание системы воздушного охлаждения
  • Регулярная чистка и осмотр экономайзера
  • Регулярная чистка и осмотр выпускного коллектора

Модификация конструкции для противодействия помпажам:

Существует несколько мер и модификаций конструкции, которые можно использовать в качестве защиты от помпажа для снижения вероятности помпажа.Этому можно временно противодействовать, «стравливая» воздух из клапана, расположенного в верхней части воздушного ресивера. Однако это приведет к повышению температуры выхлопных газов, поэтому необходимо соблюдать осторожность, чтобы не превысить предельные значения.

Помимо вышеуказанной модификации антипомпажной защиты, на рынке доступны различные типы турбонагнетателей, которые испытывают меньшие помпажи, чем обычный турбокомпрессор:

Гибридный турбонагнетатель: Гибридный турбонагнетатель обеспечивает лучший крутящий момент турбины компрессора от двигателя, что снижает риск помпажа турбонагнетателя.Подробнее о гибридном турбонагнетателе.

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией: VGT почти не испытывает классических помпажа, поскольку он работает намного ближе к пределу помпажа для достижения максимального давления. Подробнее о турбокомпрессоре с изменяемой геометрией.

Двухступенчатый турбокомпрессор: Двухступенчатые компрессоры также имеют байпасы, предназначенные для подавления помпажа компрессора. Подробнее о двухступенчатом турбонагнетателе

Возможно, вы также прочитаете:

Отказ от ответственности: Мнения авторов, выраженные в этой статье, не обязательно отражают точку зрения Marine Insight.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *