Turbokompresorius – sprendimas, montuojamas tiek benzininiame, tiek praktiškai kiekviename šiuolaikiniame dyzeliniame automobilio variklyje. paprastai vadinami turbodyzeliniais varikliais. Nurodytas kompresorius yra savotiškas oro siurblys, kurį varo turbina. Dyzelinio variklio turbina varoma energija išmetamosios dujos.
Pagrindinė prietaiso užduotis yra priversti orą į dyzelino cilindrus esant slėgiui. Kuo daugiau oro patenka į degimo kamerą, tuo daugiau dyzelinio kuro galima sudeginti. Rezultatas – žymiai padidinta variklio galia, fiziškai nedidinant cilindrų tūrio.
Skaitykite šiame straipsnyje
Dyzelinio turbokompresoriaus veikimo principas ir konstrukcija
Dyzelinio variklio turbokompresorius susideda iš dviejų ratų: turbinos ir kompresoriaus. Šie ratai taip pat gali būti vadinami sparnuotėmis. Turbinos sparnuotė yra tiesiogiai ir standžiai sujungta su kompresoriaus ratu per ašį. Kompresoriaus įtaisą galima suskirstyti į pagrindinius komponentus:
- kompresoriaus korpusas (1);
- kompresoriaus ratas (2);
- rotoriaus velenas arba ašis (3);
- turbinos korpusas (4),
- turbinos ratas (5);
- guolio korpusas;
Turbinos pagrindas yra rotorius (sparnuotė), kuris yra pritvirtintas prie ašies ir uždarytas specialiame korpuse. Dėl nuolatinio visų turbinos elementų kontakto su karštomis dujomis reikia gaminti rotorių ir turbinos korpusą iš specialių karščiui atsparių medžiagų.
Darbaratis ir velenas sukasi priešingomis kryptimis su aukštas dažnis, todėl vienas elementas tvirtai prispaudžiamas prie kito. Išmetamųjų dujų srautas patenka į išmetimo kolektorių, o po to patenka į specialų kanalą. Šis kanalas yra turbokompresoriaus korpuse. Kūnas turi savotišką sraigės formą. Praleidus sraigę, išmetamosios dujos pagreitinamos ir tiekiamos į rotorių. Taip sukasi turbina.
Prietaiso dizainas gali skirtis priklausomai nuo skirtingi tipai x dyzeliniai varikliai. Pagrindinis skirtumas yra skirtingas išmetamųjų dujų judėjimo kūne kanalų skaičius. Taip pat gali būti papildomų sprendimų, leidžiančių reguliuoti išmetamųjų dujų srautą korpuso viduje (turbina su kintamoji geometrija) ir taip toliau.
Kompresoriaus įtaisas
Kompresorius turi korpusą ir ratą (rotorių). Kompresoriaus korpusas aliuminis. Rotorius ant turbinos ašies montuojamas taip pat, kaip ir sparnuotė. Kompresoriaus ratas turi ašmenis, kurių medžiaga taip pat yra aliuminis. Kompresoriaus rato užduotis yra paimti orą, einantį per jo centrą.
Dėl menčių formos oras sviedžiamas į kompresoriaus korpuso sieneles, dėl ko jis suspaudžiamas. Kitas srautas suspaustas oras tarnavo metu įsiurbimo kolektorius variklis.
Turbokompresoriaus ašis
ašis yra centrinė dalis turbokompresorius ir yra pritvirtintas korpuso viduje ant slydimo guolių. Ašių tepimas realizuojamas tiekiant. Iš abiejų pusių sumontuoti specialūs sandarinimo žiedai ir tarpinės.
Šie elementai neleidžia sunkiam alyvos nutekėjimui, kad tepalas nepatektų į kompresoriaus ir turbinos sritį. Patys alyvos sandarikliai neužtikrina visiško sandarumo. Šie sprendimai yra sandarikliai, kurie veikia dėl slėgio skirtumo, atsirandančio veikiant turbokompresoriui.
Tarpikliai taip pat sumažina oro iš kompresoriaus ir dujų patekimą iš turbinos į ašies korpusą. Verta paminėti, kad neįmanoma visiškai pašalinti išmetimo ir kompresoriaus suspausto oro patekimo. Perteklius pašalinamas išilgai alyvos išleidimo linijos su alyva ir patenka į dyzelinio variklio karterį.
Turbo lag ir turbo
Turbinos sparnuotė ir kompresoriaus ratas yra pritvirtinti prie vienos bendros ašies. Dėl šios priežasties yra tam tikra priklausomybė, kurią sudaro kompresoriaus oro tiekimo didinimas tik padidinus turbinos greitį. Ekspertai išskiria turbo lag (turbolag) sąvoką, kuri reiškia dyzelino galios didėjimo vėlavimą, kai smarkiai paspaudžiamas akceleratorius.
Turbo lagas atsiranda dėl visos turbokompresoriaus sistemos inercijos. Esmė ta, kad norint atsipalaiduoti turbinos ratas išmetamosioms dujoms, patenkančioms į sparnuotę, reikia tam tikro laiko. Turbo liftas yra dramatiškas padidėjimas variklio greitis, kuris atsiranda po turbowell.
Turbinos sparnuotė sukasi išmetamosiomis dujomis, kad būtų sukurtas efektyvus turbokompresoriaus slėgis. Tam tikromis sąlygomis turbina gali suktis labai dideliu dažniu, kuris priklauso nuo dizaino elementai prietaiso korpusas ir išmetamųjų dujų srauto intensyvumas.
Taip pat skaitykite
Savarankiškas dyzelinio variklio turbokompresorius. Kompresoriaus patikrinimas neišėmus. Alyvos buvimas turbinos korpuse, veleno laisvumas, sparnuotė.
Pagal savo įrenginį ir veikimo principą jie skirstomi į atmosferinius ir su turbokompresoriumi. Tačiau ne visi supranta skirtumą tarp šių maitinimo blokų. Pažiūrėkime, kuo skiriasi turbo variklis, kaip jis veikia ir kaip veikia. Susipažinkime su šiais varikliais naudodamiesi modernių VAG grupės agregatų pavyzdžiu.
Benzininiai turbo varikliai
Benzino turbo variklis yra variklis vidaus degimas su dirbtinai padidintu suspaudimo laipsniu kamerose dėl turbinos. Šio rodiklio padidėjimas padidina galią ir kt specifikacijas. Nuo pat pirmojo vidaus degimo variklio sukūrimo inžinieriai stengėsi padidinti galią, nekeičiant vidaus degimo variklio darbinio tūrio.
Iš pirmo žvilgsnio toks sprendimas buvo praktiškai ant paviršiaus – reikėjo padėti varikliui efektyviau „kvėpuoti“. Tai leistų jums gauti geriausias pasirodymas degimo kuro mišinys. Tai galima pasiekti naudojant papildomą oro tiekimą. Tai reiškia, kad jį reikia tiekti į cilindrus priverstinai, esant slėgiui. Dėl papildomo oro kiekio degalai visiškai sudegs, o tai padės padidinti galią. Tačiau šios technologijos buvo įdiegtos labai lėtai. Pačioje pradžioje turbokompresorių įranga buvo naudojama tik dideliems laivų ir lėktuvų varikliams.
Benzininių vidaus degimo variklių su turbokompresoriumi istorija
Pirmasis turbo variklis buvo sumontuotas praėjusiame amžiuje. Pirmą kartą automobilių vidaus degimo varikliai su turbokompresoriumi pradėti gaminti 1938 m. 60-ųjų pradžioje atsirado pirmieji varikliai su turbina lengvųjų automobilių. Tai Oldmobile Jetfire ir Chevrolet Corvair Monza automobiliai. Dėl visų savo savybių varikliai nesiskyrė didelis patikimumas ir atsparumas dilimui.
Populiarumo pradžia
ICE su turbokompresoriumi išpopuliarėjo aštuntajame dešimtmetyje. Tada jie buvo pradėti masiškai montuoti sportinių automobilių. Bet į civilinės transporto priemonės turbo variklis neišpopuliarėjo dėl didelių degalų sąnaudų. Šiuo trūkumu išsiskyrė visi to laikmečio benzininiai varikliai su turbokompresoriumi. Tačiau degalų sąnaudos tuo metu buvo labai svarbios. Šis laikas iškrito ant 70-ųjų naftos krizės.
Benzino turbo-ICE įrenginys
Benzino turbokompresoriaus veikimo algoritmas yra naudoti specialų kompresorių. Pastarųjų užduotis – į degimo kameras pumpuoti papildomą oro kiekį. Pagerinus cilindrų užpildymą oro ir degalų mišiniu, padidėja vidutinis efektyvus slėgis per ciklą ir padidėja galia. Išmetamosios dujos naudojamos kaip turbokompresoriaus pavara, kurios energija atlieka naudingą darbą.
Šiuolaikinis kompresorius – tai korpusas su guoliais, ratas, turbinos korpusas. Pastarasis turi kanalus tepalo judėjimui. Taip pat konstrukcijoje yra rotoriaus velenas, kompresorius, pneumatinė pavara.Rotorius sumontuotas korpuse, kuriame montuojami guoliai. Tai velenas, prie kurio pritvirtinta turbina ir kompresoriaus ratai. Pastarieji turi ašmenis. Šis rotorius gali suktis dėl slydimo guolių. Jų tepimui ir aušinimui alyva tiekiama iš tepimo sistema variklis. Papildomam aušinimui taip pat naudojami aušinimo skysčio kanalai. Šis elementas Kompresorius pagamintas sraigės pavidalu.
Veikimo principas
Turbinos vamzdis prijungtas prie išmetimo kolektoriaus. Kompresorius - su įvadu. Kaip jau minėta, turbokompresorių varo išmetamųjų dujų energija. Kai jie patenka į turbiną, jie sukasi rotorių, taip išskirdami energiją. Toliau per išmetimo vamzdį dujos patenka į išmetimo sistemą.
Kompresoriaus ratas ir „sraigės“ sumontuoti ant to paties veleno. Sukdamas turbiną, kompresoriaus ratas siurbia orą iš oro filtras ir pumpuoja jį į degimo kameras. Priklausomai nuo padidinimo lygio, prietaisas gali padidinti slėgio jėgą nuo 30% iki 80%. Tokiu būdu variklis su tokiu pat darbiniu tūriu gali priimti mišinį dideliais kiekiais. Dėl šios priežasties įrenginio galia padidėja nuo 20% iki 50%. Išmetamosios dujos ir jų energija labai padidina variklio efektyvumą.
Turbodyzeliniai agregatai
Turbo (dyzelinis) variklis yra išdėstytas maždaug taip pat. Turbokompresoriaus veikimo principas nesiskiria nuo benzininio. Vienintelis skirtumas yra tarpinio aušintuvo buvimas. Tai specialus mechanizmas, kuris aušina orą prieš jam patenkant į cilindrus. Šalto oro tūris yra mažesnis nei šilto oro. Tai reiškia kad šaltas oras galima „įstumti“ į cilindrą didesniais kiekiais.
TSI varikliai
Šie įrenginiai yra sumontuoti modernūs modeliai automobilių iš „Volkswagen“, „Audi“ ir „Skoda“. Visi jie priklauso tam pačiam koncernui. Gamintojai teigia, kad tai naujos kartos varikliai, kurie sėkmingai derina galią ir efektyvumą. Kalbant apie paprastą klasikinį mažo tūrio vidaus degimo variklį, iš jo negalima tikėtis daug galios. Jei transporto priemonės svoris yra viena tona, o variklis yra mažos galios, tai sukels dideles degalų sąnaudas dėl žemos dinamikos ir didelių sūkių.
Didelio tūrio variklis turi didelis srautas dėl padidintos degimo kameros. Turbo varikliai (Skoda Octavia, Volkswagen ir Audi) yra tikras inžinerijos stebuklas. Šie jėgos agregatai derina mažas degalų sąnaudas ir pakankamą galią su santykinai mažu tūriu.
TSS: įrenginys
Šie agregatai gali būti skirtingo dydžio. Taigi, jie gamina ICE esant 1,2; 1,4; 1,6 l. Taip pat 1,8 turbo, 2,0 litrų variklis. Variklio galia padidėja dėl didesnio tūrio. Ir tai yra teisingas sprendimas. Ir tada pakalbėkime apie skirtumus.
Turbokompresorius ir kompresorius
TSI yra ir turbokompresorius, ir kompresorius. VAG grupės specialistai šią konstrukciją pritaikė standartinei variklio problemai išspręsti. Tai kritimai esant žemiems variklio sūkiams. Jei laikysime klasikinius turbo variklius, tai „sraigė“ veikia dėl išmetamųjų dujų. Slėgio jėga dirbant mažu greičiu neleidžia kompresoriui sukurti reikiamos jėgos ir tiekti ją į degimo kameras pakankamai oro.
Kompresorius sumontuotas ant 1,8 turbininio variklio („Volkswagen“). Tai neleidžia sumažėti galiai. Maksimalus sukimo momentas įprastai atmosferinis variklis yra apie 5000 aps./min. TSI variklių atveju didžiausias sukimo momentas yra nuo 1500 aps./min. iki 4500 aps./min. Tai yra darbo intervalas, kurį naudoja dauguma vairuotojų. IN TSI varikliai dėl dviejų turbinų naudojimo susidaro iki 2,5 baro slėgis.
Kompresorius
Šis įrenginys veikia iš atskiro diržo pavaros. Jis aukštas pavaros santykis. Kompresorius įsijungia tik vairuotojui paspaudus dujas. Esant greičiui, artimam tuščiosios eigos greičiui, slėgis yra 0,8 BAR - tai gana daug. Dėl to gaunami puikūs dinamines charakteristikas. Taip veikia Audi 1.8 turbo variklis su TSI. Ankstesnės kartos šiuose varikliuose nėra kompresoriaus. Čia tik turbina.
Variklis su turbokompresoriumi 1.8 iš Volkswagen
Šis įrenginys rinkoje buvo apie 20 metų. Šis modelis Vidaus degimo variklis yra labai populiarus ir paskatino turbokompresorių variklių paklausą. Daugelis VAG grupės automobilių modelių buvo aprūpinti šiuo varikliu. Šios elektrinės debiutas įvyko 1995 m.
Pirmą kartą Audi A4 buvo sumontuotas 1,8 turbo variklis (Volkswagen Passat b5) (taip, jie naudoja tuos pačius variklius). Kalbant apie charakteristikas, yra keletas modelių, kurių talpa yra 150 ir 210 Arklio galia. 2002 metais jie sukūrė 190 „arklių“ galios variklį. variklis su turbokompresoriumi nuo Volkswagen buvo visiškai pradžia nauja filosofija palyginti benzininiai vidaus degimo varikliai. Dėl turbinos jis davė gerų rezultatų, kai buvo palyginti mažas tūris. Šio įrenginio privalumas yra vidutinis apetitas.
„Audi“ A4 modelis greitkelyje sunaudoja iki 8 litrų 100 kilometrų. Miesto sąlygomis degalų sąnaudos neviršija 10 litrų. Dėl 20 vožtuvų cilindro galvutėje ir turbokompresoriaus „Volkswagen“ inžinieriai sugebėjo gauti daugiau didelio našumo sukimo momentas prieš pasiekiant 2000 aps./min.
Taigi, šis variklis apjungia puikų elastingumą, būdingą turbodyzelinėms instaliacijoms, tačiau tuo pačiu darbo kultūra yra benzinas. Šį įrenginį taip pat galima lengvai paversti dujomis. Jėgainė yra viena geriausių visoje linijoje. Variklis pasižymi našumu, nedidelėmis degalų sąnaudomis ir dideliu patikimumu. „Passat“ (1.8 turbo) neturi dizaino trūkumai vienetas. Net ir dabar, šiuolaikinių TSI eroje, šiam varikliui lygių praktiškai nėra.
Turbo varikliai: privalumai ir trūkumai
Pagrindinis turbo variklio pranašumas yra padidinta galia. Tai yra pagrindinis tikslas, kuris buvo pasiektas be didelių dizaino pakeitimų. Esant tokiam pat kiekiui, c gali sukurti 70 % daugiau sukimo momento ir galios. Kompresorius sumažina procentą kenksmingų medžiagų V išmetamosios dujos. Variklis su turbina turi daug daugiau žemas lygis triukšmo.
Šie elektrinės galima montuoti bet kuriame automobilyje. Pagrindinis trūkumas- didelės degalų sąnaudos. Padidėja oro tūris, didėja ir sunaudojamo kuro kiekis. Ši problema inžinieriai negali nuspręsti. Be to, trūkumai apima veikimo sunkumus. Šie vidaus degimo varikliai labai jautrūs degalų ir alyvos kokybei. Be to, trūkumai apima žemos sąlygos alyvos ir valymo filtrai. Variklis veikia padidintas greitis. Dėl to aliejus greičiau praranda savo savybes.
Norint geriau suprasti, kaip turbina veikia automobilyje, pirmiausia reikia susipažinti su vidaus degimo variklio veikimo principu. Šiandien didžioji dalis krovinių ir automobiliaiįrengti 4 taktai jėgos agregatai, kurių veikimas valdomas įsiurbimo ir išmetimo vožtuvais.
Kiekvienas tokio variklio darbo ciklas susideda iš 4 ciklų, kurių metu alkūninis velenas padaro 2 pilnus apsisukimus.
Įvadas- šio takto metu stūmoklis juda žemyn, o kuro ir oro mišinys patenka į degimo kamerą (jei yra Dujinis variklis) arba tik orą, jei tai dyzelinis agregatas.
Suspaudimas- šio ciklo metu atsiranda suspaudimas degus mišinys.
Pratęsimas- šiame etape degus mišinys uždegamas žvakių skleidžiamos kibirkšties pagalba. Tuo atveju dyzelinis variklis, užsidegimas įvyksta atsitiktinai, veikiant aukštas spaudimas injekcija.
Paleisti- stūmoklis juda aukštyn, o išmetamosios dujos išsiskiria.
Šis variklio veikimo principas lemia šiuos jo efektyvumo didinimo būdus:
Turbokompresoriaus montavimas
- Padidėjęs variklio darbinis tūris
- Apsisukimų skaičiaus didinimas alkūninis velenas variklis
Kaip turbina veikia automobilyje?
Variklio darbinio tūrio padidėjimas
Variklio tūrio padidėjimas galimas dviem būdais: arba padidinus degimo kamerų tūrį, arba padidinus cilindrų skaičių jėgos bloke. Tačiau šis galios didinimo būdas nėra visiškai pagrįstas, nes jis turi daug trūkumų, įskaitant: padidėjęs vartojimas kuro.
Variklio alkūninio veleno apsisukimų skaičiaus didinimas
Kitas galimas būdas pagerinti variklio veikimą yra padidinti alkūninio veleno apsisukimų skaičių. Tai pasiekiama padidinus stūmoklio taktų skaičių per laiko vienetą. Tačiau šio metodo naudojimas turi rimtų apribojimų, kuriuos lemia technines galimybes variklis. Be to, dėl tokio modernizavimo sumažėja maitinimo bloko efektyvumas dėl nuostolių įsiurbimo ir kitų operacijų metu.
Turbokompresorius
Taikant du ankstesnius metodus, variklis naudoja orą, kuris patenka dėl jo paties įpurškimo. Naudojant turbokompresorių, į cilindrą patenka toks pat oro kiekis, bet su išankstiniu jo suspaudimu. Tai suteikia galimybę patekti daugiau oro patekimas į cilindrą, todėl galima sudeginti daugiau degalų. Naudojant šią technologiją, variklio galia didėja atsižvelgiant į sunaudotų degalų kiekį ir variklio dydį.
Oro aušinimas
Suspaudimo metu oras gali būti įkaitintas iki 180 C. Tačiau oras turi savybę, kad atvėsęs tankis didėja, todėl galima žymiai padidinti į cilindrą patenkančio oro tūrį. Be to, padidėjus oro tankiui, žymiai sumažėja degalų sąnaudos ir degimo produktų išmetamų teršalų kiekis.
Taip pat yra du skirtingi turbokompresoriaus tipai: turbokompresorius, pagrįstas išmetamųjų dujų energijos naudojimu, ir mechaniškai varomas turbokompresorius.
Turbokompresorius su mechanine pavara
Naudojant šio tipo suspaudimą, oras suspaudžiamas dėl specialaus kompresoriaus, kuris maitinamas variklio pavara. Tačiau šis metodas turi vieną didelis trūkumas. Reikalas tas, kad naudojant mechaninį turbokompresorių dalis variklio galios atitenka paties kompresoriaus darbui užtikrinti, todėl variklis su tokiu kompresoriumi turi didesnes degalų sąnaudas nei įprastinis variklis ta pati galia.
Turbokompresorius, pagrįstas išmetamųjų dujų energijos naudojimu
Šis metodas pagrįstas išmetamųjų dujų energijos naudojimu, kuri nukreipiama į turbinos pavarą. Naudojant šį metodą, nėra mechaninis ryšys su varikliu, kad neprarastų galios.
Pagrindiniai turbokompresorių privalumai
1) Turbo variklis turi mažesnes degalų sąnaudas nei variklis be turbinos, kurio galia ir kiti dalykai yra vienodi.
2) Jėgos blokas su turbokompresoriumi pastebimai geriausias pasirodymas variklio svorio ir jo išvystomos galios santykis.
3) Turbokompresoriaus naudojimas atveria naujas galimybes optimizuoti kitus variklio parametrus ir charakteristikas bei pagerinti sukimo momentą, todėl bus išvengta labai dažno pavarų perjungimo važiuojant kamščiuose ar kalnuotame reljefe.
4) Turbo varikliai yra tylesni nei tokios pat galios be turbokompresoriaus.
Galios charakteristikas, kurias demonstruoja automobilis, tiesiogiai veikia cilindro užpildymo greitis. oro ir kuro mišinys. Siekdamos padidinti šio mišinio sodrinimo laipsnį, gamybos įmonės transporto priemones aprūpina turbokompresoriais. Tuo pačiu metu ne kiekvienas tam tikros markės automobilio modelis ir modifikacija yra po gaubtu variklis su turbokompresoriumi. Tai pirmoji priežastis, kodėl savininkai automobilyje montuoja turbiną. Be to, laikui bėgant turbokompresorius linkęs susidėvėti. Tokiu atveju reikia pakeisti turbiną.
Kokie yra turbinų privalumai automobilyje?
Turbokompresoriaus jėgos agregatas tampa vis populiaresnis, ir tam yra daug priežasčių, nes turbokompresoriaus pranašumų sąrašas yra labai platus. Turbinos patrauklumas yra toks:
- reikšmingas galios padidėjimas transporto priemonė;
- reikšmingas sumažinimas degalų sąnaudos;
- greitas turbinos atsipirkimas, kuris priklauso nuo automobilio naudojimo dažnumo;
- sutaupyti, nes variklio automobilyje daugiau keisti nereikia galinga versija, kuris yra gana brangus;
- variklio stabilumas;
- ekologiškumas – automobilis su turbokompresoriumi turi mažesnį išmetamųjų dujų toksiškumo laipsnį.
Kaip išsirinkti tinkamą turbiną?
Turbina ir variklis turi veikti subalansuotai, o kiekvienam variklio tipui reikia skirtingos turbinos. Žinoma, geriausia įsigyti originalų turbokompresorių, tokiu atveju gamintojas atsižvelgia į visas savo automobilių variklių savybes ir gamina turbinas konkrečioms jėgos agregatai kurie jiems puikiai tinka. Kadangi tokios turbinos nėra pigios, verta atkreipti dėmesį į neoriginalius modelius, o gaminamus žinomų gamintojų, turinčių tokios gamybos licencijas. Šiuo atveju turbinos yra kruopščiai išbandomos kiekviename gamybos etape.
Kokie yra atrankos kriterijai?
Renkantis turbiną, turėtumėte nuspręsti dėl trijų pagrindinių veiksnių:
- kaip planuojama eksploatuoti automobilį – lenktynėms ar paprastam kasdienes keliones;
- kokios variklio charakteristikos - kuo mažesnis variklio darbinis tūris, tuo mažesnės turbinos reikia ir atvirkščiai. Varikliams, kurių tūris yra 3 litrai ar daugiau, jums reikės dvigubos arba didelės turbinos;
- kokio tipo variklį planuojama su juo įrengti - nuo to priklauso medžiaga, iš kurios jis pagamintas. Dyzeliniai ir benzininiai agregatai veikia skirtingai. temperatūros režimas, o turbina turi turėti tinkamą atsparumą karščiui.
Nereikėtų pervertinti automobilio galimybių ir „pakabinti“ ant jo galios apkrovų, su kuriomis jis gali neatlaikyti. Kad nesuklystumėte renkantis, geriau pasikonsultuoti su specialistu.
Šiame straipsnyje mes susipažinsime su atsakymu į klausimą, kas yra turbina. Čia skaitytojas ras informacijos apie jo charakteristikas, tipus ir žmonių išnaudojimo būdus, taip pat apsvarstys istorinę informaciją, susijusią su šio mechaninio įrenginio kūrimu.
Įvadas
Kas yra turbina ir kaip ji veikia? Tai ašmenų sistema (mašina), kuri yra susijusi su energijų transformavimu: vidine ir (arba) kinetine. Šis šaltinis suteikia darbinis kūnas ir leidžia velenui tai atlikti mechaninė paskirtis. Ašmenis veikia darbinio skysčio srovė, kuri yra pritvirtinta prie rotorių perimetrų. Tai taip pat lemia jų judėjimą.
Jis gali būti pritaikytas kaip elektrinių (AE, TE, HE) turbina, pavarų fragmentas įvairių tipų transportuoti, taip pat gali aptarnauti neatskiriama dalis hidrauliniai siurbliai ir dujų turbininiai varikliai. Tikroji energetikos pramonė neapsieina be šių įrenginių. Šiluminėse elektrinėse turbinos sukimosi šilumos perdavimo tipas pasižymi dideliu našumu, labai imli energijai. Tai leidžia žmogui naudoti įvairius išteklius palyginti nedideliais kiekiais, palyginti su gaunamos elektros energijos kiekiu.
Istorinė data
Daugelis bandymų sukurti įrenginį, panašų į moderni turbina, buvo padaryta gerokai prieš pilnavertį pasirodymą, įsigytą XIX amžiaus pabaigoje. Pirmasis bandymas priklauso Heronui iš Aleksandrijos (I a. po Kr.).
I. V. Linde tvirtino, kad būtent XIX amžiuje gimė daugybė planų ir projektų, kurie leido žmogui įveikti „materialinius sunkumus“, trukdžiusius įgyvendinti ir sukurti tokią technologiją. Pagrindiniai tų metų įvykiai buvo termodinamikos mokslo raida, taip pat metalurgijos ir inžinerinės pramonės šakos. XIX amžiaus pabaigoje du mokslininkai atskirai ir savarankiškai sugebėjo sukurti garo turbiną, tinkamą įvairioms pramonės šakoms. Tai buvo Gustavas Lavalis iš Švedijos ir Charlesas Parsonsas iš Didžiosios Britanijos.
Istorinių įvykių duomenys
O dabar susipažinkime su kai kuriais įvykiais, susijusiais su turbinos išradimo istorija:
- I amžiuje n. e. Aleksandrijos garnys bandė sukurti garo turbiną, tačiau keletą šimtmečių po to ji nebuvo tiriama dėl klaidingos nuomonės, kad idėja yra nepagrįsta.
- 1500 m. galima rasti paminėjimą apie „dūmų skėtį“ - įrenginį, kuris pakelia karšto oro srautus iš liepsnos per tarpusavyje sujungtas ašmenis ir sukasi iešmą.
- Giovanni Branca 1629 m. sukūrė turbiną, kurios mentės pakilo veikiant stipriai garų srovei.
- 1791 m. Johnas Barberis, kilęs iš Anglijos, įgijo teisę turėti patentą, kuris leido jam tapti pirmuoju modernios dujų turbinos savininku ir kūrėju.
- Vandeniu veikiančias turbinas pirmą kartą 1832 metais sukūrė prancūzų mokslininkas Burdenas.
- 1894 metais garo turbinos varomo laivo idėja buvo patentuota ir priklausė serui C. Parsonsui.
- 1903 m.: Edgidius Ellingas iš Norvegijos suprojektavo pirmąją tokio tipo dujomis kūrenamą turbinų sistemą, kuri sugebėjo perduoti daugiau energijos, nei sugaišta pačios turbinos komponentų vidinei priežiūrai. Ši technologija buvo reikšmingas tų laikų proveržis. Problemos buvo sukeltos nepakankamas lygis Tačiau termodinaminių žinių raida buvo įveikta.
- 1913 metais Nikola Tesla tapo turbinos, veikiančios ribinio sluoksnio efektu, patento savininku.
- 1920 m.: Praktinė dujų srauto kanalais teorija leido suformuluoti aiškius duomenis, kad būtų galima teoriškai suprasti srauto procesą, kurio metu dujos juda aerodinamine plokštuma. Šį darbą atliko daktaras A. A. Grifitsas.
- Lėktuvui reaktyvinę turbiną sukūrė seras F. Whittle'as, o pats variklis buvo sėkmingai išbandytas 1937 m. balandžio mėn.
Gustavo Lavalo darbai
Pirmasis garo turbinos kūrėjas buvo Gustavas Lavalis, išradėjas iš Švedijos. Yra nuomonė, kad jį sukurti tokį mechanizmą paskatino noras aprūpinti savo pagamintą pieno separatorių mechaniniu veikimu, kuris atliekamas be tiesioginio žmogaus įsikišimo. To meto varikliai neleido sukurti reikiamo sukimosi greičio.
Garai buvo darbinis skystis Lavalo mašinoje. 1889 m. jis padarė priedą prie turbinos purkštukų, ant kurių uždėjo kūginius plėtiklius. Jo darbas buvo inžinerinis proveržis, ir tai aišku, nes buvo atlikta apkrovos, kuri buvo paveikta, dydžio analizė. Darbinis ratas, rodo, kad ji buvo itin stipri. Toks poveikis netgi menkiausias pažeidimas nesugebėtų išlaikyti svorio centro ir iš karto sugestų guolis. Išradėjui tokios problemos pavyko išvengti panaudojęs ploną ašį, kuri sukimosi metu išlinksta.
Charlesas Parsonsas ir jo darbai
Charlesui Parsonsui buvo suteiktas patentas už pirmosios daugiapakopės turbinos išradimą, ir jis tai padarė 1884 m. Veikiant mechanizmui įjungtas elektros generatoriaus įtaisas. Po metų, 1885 m., jis modifikavo savo versiją, kuri buvo plačiai platinama ir naudojama elektrinėse. Įrenginys turėjo išlyginimo aparatą, kuris buvo suformuotas iš vainikėlių, su turbininiais kastuvais, kurie buvo siunčiami į išvirkščia pusė. Pačios karūnos liko nejudančios. Mechanizmas turėjo 3 etapus su skirtingais slėgio jėgos rodikliais ir geometriniai parametrai ašmenys, taip pat jų nustatymo būdai. Turbina naudojo tiek aktyviąją, tiek reaktyviąją galią.
Turbinos įtaisas
Dabar mes apsvarstysime klausimą, kas yra turbina, įsigilindami į jos veikimo mechanizmą.
Turbinos pakopa susideda iš dviejų pagrindinių dalių:
- Darbaratis (rotoriaus mentės, kurios tiesiogiai sukuria sukimąsi);
- Purkštuko mechanizmas (už darbinio skysčio pasukimą atsakingos starterio mentės, kurios suteiks srautui norimą atakos kampą sparnuotės atžvilgiu).
Pagal srautų judėjimo kryptį darbiniai korpusai gali būti skirstomi į ašinius ir radialinius turbininius mechanizmus. Prie pirmos upės tėkmės. m juda kryptimi išilgai turbinos ašies. Radialinės turbinos yra tos, kuriose srautas nukreipiamas statmenai veleno ašiai.
Grandinių skaičius leidžia suskirstyti tokius mechanizmus į vienos, dviejų ir trijų grandinių. Kartais galima rasti turbinų su keturiomis ar penkiomis grandinėmis, tačiau tai itin retas atvejis. Kelių grandinių turbinos išdėstymas leidžia naudoti didelius šiluminės entalpijos skirtumų šuolius. Taip yra dėl daugybės skirtingų slėgių pakopų išdėstymo, taip pat turi įtakos turbinos galiai.
Pagal velenų skaičių galima išskirti vieno, dviejų, o kartais ir trijų velenų turbinas. Juos jungia bendrieji šiluminių reiškinių parametrai arba pavarų dėžės mechanizmas. Velenai gali būti bendraašiai ir lygiagrečiai.
Turbinos įtaisas ir veikimo principas yra toks: vietose, kur velenas eina per korpuso sieneles, yra sustorėjimai, neleidžiantys darbiniam skysčiui nutekėti į išorę ir įsiurbti orą į korpusą.
Priekinis veleno galas turi ribinį reguliatorių, kuris prireikus automatiškai sustabdys turbiną. Taip atsitinka, pavyzdžiui, dėl tam tikro įrenginio leistino sukimosi dažnio padidėjimo.
Dujų energijos konvertavimas
Kas yra turbina? IN bendras vaizdas Mašina, kurios paskirtis – energiją paversti darbu. Jų yra keletas tipų, vienas iš jų yra dujų turbina.
Dujų turbinos įtaisas pagrįstas suslėgtų arba įkaitintų dujų energijos potencialo pavertimu veleno mechanizmo atliekamu darbu. Pagrindiniai elementai yra rotorius ir statorius. Jis naudojamas kaip dujų turbininio variklio, GTU ir CCGT, dalis.
Dujų turbinos mechanizmas
Turbina veikia, kai purkštukų aparatas slėgiu perduodamas dujas į korpusą, į tas vietas, kur jis yra mažas. Tokiu atveju dujų molekulės plečiasi ir pagreitėja. Tada jie krenta ant darbinių ašmenų paviršiaus ir suteikia jiems tam tikrą jų kinetinės energijos krūvį. Perteikiamas ašmenų sukimo momentas.
Mechaninis dujų turbinos išdėstymas gali būti daug paprastesnis nei stūmoklinis variklis vidaus degimas. Modernus turboreaktyviniai varikliai gali turėti kelis velenus ir šimtus menčių tiek ant starterio, tiek ant veleno. Orlaivių turbinos yra pavyzdys. Jų charakteristika taip pat yra sudėtinga vamzdynų, šilumokaičių ir degimo kamerų sistema.
Tiek radialiniai, tiek traukos tipo guoliai yra esminis šios plėtros elementas. Tradiciškai buvo naudojami hidrodinaminiai arba alyva aušinami rutuliniai guoliai, tačiau netrukus juos aplenkė oriniai guoliai. Iki šiol jie naudojami mikroturbinoms kurti.
Šilumos varikliai
Šiluminė turbina garo atliekamą darbą paverčia mechaniniu darbu. Ašmenų aparato viduje įkaitinto ir suspausto garo potenciali energija paverčiama kinetine forma. Pastarasis, savo ruožtu, paverčiamas mechaniniu ir sukelia veleno sukimąsi.
Garas tiekiamas naudojant garo katilo įrenginį ir nukreipiamas į kiekvieną išlenktą mentę, pritvirtintą aplink rotoriaus perimetrą. Tada jį veikia garai, o ašmenys kartu sukasi rotorių. Garo turbina yra PTU elementas. Turbinos blokas formuojamas derinant darbus garo turbina ir elektros generatorius.
Pagrindinė garo variklio dalis
Garo mechanizmai, kaip ir dujiniai, formuojami rotoriaus ir statoriaus pagalba. Pirmajame yra pritvirtinti ašmenys, galintys judėti, o ant paskutinio - ne.
Srauto judėjimas vyksta pagal ašinę arba radialinę formą, kuri priklauso nuo garų srautų krypties tipo. Ašinei formai būdingas ašies perimetro garo judėjimas, kurį turi turbina. Radialinė turbina turi garų srautus, kurie juda statmenai. Šiuo atveju ašmenys dedami lygiagrečiai ašiai, išilgai kurios vyksta sukimasis. Jie gali turėti nuo vieno iki penkių cilindrų. Velenų skaičius taip pat gali skirtis. Yra įrenginių su vienu, dviem arba trimis velenais.
Korpusas yra fiksuota dalis, vadinama statoriumi. Jame yra keletas griovelių, kuriuose sumontuotos diafragmos, su jungtimis, atitinkančiomis turbinos korpuso plokštumą. Išilgai jų periferijos yra išdėstyti daugybė purkštukų kanalų (grotelių), kurie suformuojami lenktomis mentėmis, įlietomis į diafragmą arba suvirintomis prie jos.
Turbokompresorius
Yra mechanizmas, kuris naudoja išmetamąsias dujas, kad padidintų slėgį įsiurbimo kameros erdvėje. Toks įrenginys vadinamas turbokompresoriumi.
Pagrindinės dalys yra pavaizduotos pocentriniu arba ašiniu kompresoriumi ir dujų turbina reikia, kad jis veiktų. Turi vieną veleną. Pagrindinė funkcija yra padidinti darbinio skysčio slėgį. Tai tampa įmanoma dėl dujų turbininio variklio kaitinimo veikiant pačiam kompresoriui, kuris galią įgauna dėl turbinos.
Pagaliau
Dabar skaitytojas turi bendros idėjos apie įrenginį, veikimo principą, veikimo mechanizmą, turbinų veikimo būdus. Čia taip pat buvo atsižvelgta į specifinius turbinų tipus, kurie skiriasi darbinio skysčio tipu, ir istorine informacija, rodančia bendrą šių mechanizmų vystymosi eigą. Apibendrinant galime pasakyti, kad turbinos yra įrenginiai, konvertuojantys energiją. Juos bandyta sukurti dar gerokai prieš mūsų erą. Šiuo metu juos plačiai naudoja įvairių pramonės šakų žmonės, o tai labai supaprastina darbo procesą, padidina produktyvumą ir leidžia atlikti mechaniniai veiksmai anksčiau žmonijai neprieinamas.
