Что такое турбина и как она работает: Как работает турбина машины. Принцип действия, а также мое подробное видео

Содержание

Принцип работы турбины, ремонт турбины быстро и качественно

1. Входное отверстие «холодной части» турбокомпрессора

2. Выход «холодной части» турбокомпрессора

3. Промежуточный охладитель воздуха (интеркулер)

4. Впускной клапан ГБЦ

5. Выпускной клапан ГБЦ

6. Входное отверстие «горячей части» турбокомпрессора

7. Выход «горячей части» турбокомпрессора

Для чего нужна турбина и как она работает? 

На первый вопрос ответить легко: турбина увеличивает подачу воздушно-топливной смеси.

Чтобы понять, как работает турбина, необходимо знать из каких деталей она состоит. Турбокомпрессоры могут быть различных конструкций. Но всё же у всех турбин есть одинаковые элементы. Этими деталями являются улитка турбины, крыльчатка, улитка компрессора и система подшипников, которые располагаются на валу.

Улитка турбины изготовлена из чугуна, для того чтобы не реагировать на повышенную температуру. Крыльчатка турбокомпрессора находится в самом его корпусе. Улитка компрессора, как и крыльчатка, изготовлена из алюминия.

Система подшипников противостоит температурам и попаданию грязи в смазку.

Своим вращением турбина заставляет двигаться компрессор, который всасывает воздух и направляет в цилиндр. Работа любого турбокомпрессора основывается на энергии отработавших выхлопных газов двигателя. При использовании турбины воздух, который поступает в камеру сгорания, сжимается, что приводит к более высокому давлению, а это в свою очередь, увеличивает объём сжигаемого топлива.

Самые мощные турбины используются только в тепловых двигателях. На сегодняшний день турбокомпрессоры делятся на два типа. Первый тип предусматривает изменение геометрии соплового аппарата, а второй тип не предусматривает в своей системе никакой геометрии.

Чаще всего многие производители занимаются выпуском турбин с геометрией, которая изменяется.

Если рассматривать турбины без изменяемой геометрии соплового аппарата, то следует отметить, что они не имеют таких преимуществ, как турбины с изменяемой геометрией. Они всё равно продолжаю использоваться мастерами. И не удивительно, ведь они имеют более простую конструкцию, а также возможность работы на бензиновых двигателях, где температура значительно превышает температуру дизельного двигателя. А конструкция с изменяемой геометрией не приспособлена к высоким температурам.

Ремонт турбин в Бресте, Барановичах, Витебске, Могилёве, Гомеле, Брянске

Что такое турбина в машине и как она работает

Турбинный компрессор, иначе называемый турбиной, представляет собой часть мотора, которая для своего функционирования пользуется энергией выхлопных газов. Указанный способ существенно повышает мощность двигателя.

Что такое турбина в машине и каковы особенности ее работы:

  • через входной коллектор отработавшие газы проникают в полость турбины, где имеется колесо, вращающееся под их воздействием;
  • вместе с турбинным на одном валу закрепляется колесо компрессора, задача которого сжимать кислород и перемещать его во входной коллектор мотора;
  • как результат, турбина обращается с довольно высокой скоростью (более 150 тыс. оборотов в минуту), которая определяется мощностью мотора;
  • в случае применения турбины в мотор под большим давлением нагнетается воздух, что приводит к повышению мощности машины при неизменном объеме двигателя и количестве горючего.

Самыми практичными считаются турбокомпрессоры высокого давления. Их конструктивные отличия от традиционных турбин заключаются в наличии клапана, снижающего чрезмерное давление, которое возникает на больших оборотах. Кроме того, большинство турбокомпрессоров оборудованы специальным интеркулером. Все эти моменты обязательно учитываются, если проводится ремонт турбины.

Что означает турбонаддув?

Многим автолюбителям интересно знать, что такое турбонаддув в машине. Это разновидность циркуляции, при которой воздушная смесь попадает в цилиндры мотора под действием выхлопных газов. Сейчас турбонаддув является самым действенным способом повышения производительности двигателя без необходимости ускорять его вращение или повышать вместимость цилиндров. Наряду с увеличением мощности такой вид воздушной циркуляции снижает расход горючего, а также уменьшает концентрацию вредных веществ в отработавших газах благодаря лучшему сгоранию топлива.

В турбонаддуве принимают непосредственное участие все необходимые части впускной системы. Но поддерживающая такой цикл комплектация характеризуется наличием:

  • турбокомпрессора;
  • интеркулера;
  • важных управляющих сегментов.

Турбокомпрессор состоит из двух вращающихся элементов, размещенных на роторном валу:

  1. Турбинное колесо – передает энергию отработанных газов.
  2. Колесо компрессора – вбирает воздух, а также сокращает его плотность, передавая затем в цилиндры мотора.

Вал, на котором закреплены эти два колеса, оборачивается с участием подшипников скольжения. Подшипники имеют некоторый промежуток со стороны вала и корпуса. Для обеспечения нормальной работы их обрабатывают моторным маслом, которое направляется в нужное место по специальным каналам. Чтобы вещество не контактировало с окружающим воздухом, вал оснащен уплотнительными элементами.

Как функционирует система турбонаддува

Как уже говорилось выше, работа деталей турбонаддува заключается в применении выхлопных газов. Они приводят в движение колесо турбины, которое посредством роторного вала передает крутящий момент компрессорному колесу. Оно, в свою очередь, уплотняет воздух и передает его следующим сегментам. Воздух, температура которого повышается после сжатия, остужается в интеркулере и проходит в цилиндры мотора.

Невзирая на отсутствие четкой зависимости между турбонаддувом и состоянием коленвала, суммарная производительность мотора тесно связана со скоростью его вращения. Чем интенсивнее крутится коленвал, тем больше энергия отработанных газов. Как следствие, это приводит к увеличению оборотов турбины и повышению количества приходящего в цилиндры сжатого воздуха.

Если вдруг появились проблемы с турбиной

Турбина двигателя достаточно надежное устройство, но если вдруг вы столкнулись с ее некорректной работой или поломкой, вдруг вам понадобится провести диагностику турбины, специалисты компании «Профтурбо» придут вам на помочь — произведут бесплатную диагностику и при необходимости качественный ремонт по справедливым ценам.

Принцип работы турбокомпрессоров (турбин) МТЗ 80, 82, 892

Основной функцией турбины является повышение показателей мощности дизельного движка. Турбокомпрессоры МТЗ 80, 82, 892 а также  МТЗ 1221, МТЗ 1025, 245, 892 работают так: посредством выпускного коллектора прошедший отработку газ проникает в корпус турбины, где располагается турбинное колесо, приводимое в движение.

Турбинное колесо установлено на одной оси с компрессорным колесом, сжимающим воздух и подающим его в пускной коллектор движка.

Это свидетельствует о том, что вращение турбины происходит при очень высоких оборотах, которые прямо пропорциональны мощности движка – показатель скорости оборотов турбины может достигать 150.000 оборотов в минуту или свыше того.

В ходе эксплуатации турбины в дизельный движок под действием высокого давления поступает воздух, что обусловливает повышение мощности авто относительно объема двигателя к количественному показателю топлива.

Самыми эффективными являются турбокомпрессоры, работающие на высоком давлении. Их конструкция отличается от конструкции стандартных турбин тем, что турбины высокого давления оснащены клапаном, устраняющим чрезмерное давление, возникающее на повышенных оборотах.

Кроме того, многие турбокомпрессоры имеют интеркулер. Главной задачей интеркулера является снижение температуры воздуха. По той причине, что работа турбины осуществляется на высоких оборотах, она понижает кислородное содержание воздуха, а также его плотность.

Работа турбины (турбокомпрессора) на комбайне, тракторе или грузовом автомобиле

Турбокомпрессор имеет две основные составляющие:

  •  Компрессор центробежного типа
  • Турбина

 

В состав турбокомпрессора входит общий ротор, на обоих концах которого расположены крыльчатки, прочно закрепленные на роторе и играющие значительную роль в работе турбокомпрессора. За счет энергии отработанного газа, с напором исходящего из камеры сгорания дизельного движка в выхлопную систему, ротор раскручивается через турбинную крыльчатку.

По причине места расположения крыльчатки компрессора, которая также находится на роторе, достигается эффект компрессии – то есть сжатия воздуха. Воздух, который был разогнан крыльчаткой, затем посредством интеркулера подается  в пускные патрубки движка.


Ремонт турбины (турбокомпрессора)

После поступления в ремонт турбокомпрессор разбирают, каждую из деталей и узлов моют, а затем проводят все этапы диагностики и контроля.

Капитальный ремонт турбокомпрессоров включает в себя:

  • Полный разбор турбины
  • Очистку    составляющих турбокомпрессора
  • Дефектовка    и последующая отбраковка деталей
  • Полный    ремонт картриджа
  • Смена    компрессорного колеса, ротора и корпуса турбины
  • Балансировка    ротора
  • Сбор    картриджа и последующая его балансировка
  • Проведение    тестирования турбокомпрессора
  • Внешняя    обработка турбины

Видео ремонта турбокомпрессора 

​Если Вам необходима турбина для трактора, комбайна или грузовой техники, звоните по телефону указанному на сайте.

Что такое турбина и турбонаддув — устройство и принцип работы.

С того момента, как появилась такая профессия, как автомобильный конструктор, возникла проблема увеличения мощности моторов. По всем законам физики, мощность мотора напрямую зависит от количества горючего, что сжигается за один цикл. Чем больше горючего при этом расходуется, тем мощность выше. Но, возникает вопрос – как увеличить количество лошадиных сил под капотом своего автомобиля? Тут есть несколько нюансов.

Для того чтобы происходил процесс горения необходим кислород. Благодаря этому становится ясно, что горит нечистое топливо, а его смесь с кислородом. При этом вся смесь должна быть в определенном балансе. Например, что касается бензиновых моторов, то топливо к воздуху смешивается в пропорции 1 к 15. При этом берется во внимание состав горючего и режим его работы.

Видно, что кислорода требуется в 15 раз больше, чем самого топлива. Из этого следует, что увеличение подачи топлива ведет за собой и обязательное увеличение подачи кислорода. Зачастую двигатели самостоятельно засасывают воздух из-за разницы в давлении между атмосферой и цилиндром. Отсюда появляется и прямая зависимость между объемом цилиндра и воздуха, который попадает в него. Именно таким образом и поступала американская автомобильная промышленность, которая выпускает большие двигатели с огромнейшим расходом топлива. Но, есть ли возможность в одинаковый объем загнать, как можно больше воздуха?

Такой способ есть и его впервые изобрел Готтлиб Вильгельм Даймлер. Один из основателей компании Daimler Chrysler. Немец достаточно сильно разбирался в двигателях и уже в 1885 году понял, каким образом можно загнать туда больше кислорода. Он придумал загонять воздух в мотор при помощи специального нагнетателя, который был в виде компрессора, что получал вращение от моторного вала и благодаря этому сжатый воздух успешно загонялся в цилиндры.

Все изменилось, когда швейцарский инженер-изобретатель — Альфред Бюхи сделал сенсационное открытие. Он был главным при создании дизельного двигателя в Sulzer Brothers и он никак не мог свыкнуться с той мыслью, что двигатели были очень тяжелыми и габаритными, а мощности выдавали недостаточно. При этом он не хотел заимствовать энергию двигателя. Благодаря этому в 1905 году Альфред Бюхи получил патент на первое на планете устройство, которое было создано для нагнетания, что применяло энергию для двигателя, выдаваемую выхлопными газами. Другими словами, он создал — турбонаддув.

Данная идея была очень проста и гениальна. Выхлопные газы задают вращение колесу с лопатками точно также, как ветер вращает лопасти мельницы. Отличие только в том, что данное колесо меньшего размера, а лопастей больше. Это колесо имеет название – ротор турбины, который находится на одном и том же валу, где располагается и колесо компрессора. Поэтому турбонагнетатель можно поделить на две части, первая из которой — это ротор, а вторая – компрессор. Ротор вращается благодаря выхлопным газам, а, в свою очередь, компрессор работает, как вентилятор и благодаря этому дополнительный воздух поступает в мотор. Полностью вся конструкция имеет название турбонагнетатель или турбокомпрессор.

При этом, кислород, что попадает в мотор, необходимо дополнительно охладить, это необходимо делать для того, чтобы увеличить давление, при этом загнав в цилиндр больше воздуха. Из-за того, что сжать холодный воздух по сравнению с теплым — намного легче.

Кислород, который проходит через турбину, сам по себе нагревается из-за сжатия, а также из-за некоторых нагретых частей турбонаддува. Подаваемый в мотор воздух, охлаждается с применением промежуточного охладителя. Воздух, проходя через радиатор, отдает свое тепло в атмосферу. При этом холодный воздух плотнее загоняется в цилиндр в большем количестве.

Чем больше газа проникает в турбину, тем она чаще вращается, и соответственно больше воздуха проникает в сам цилиндр и увеличивается мощность. Стоит сказать, что эффективность именно такого метода, по сравнению с приводным турбонаддувом, в том что для того, чтобы обслужить себя, нагнетатель тратит от энергии двигателя, около 1.5%. Это обусловлено тем фактом, что энергия к турбинному ротору поступает не благодаря замедлению выхлопного газа, а за счет его охлаждения. При этом потраченная энергия повышает коэффициент полезного действия двигателя. Благодаря этому автомобиль с нагнетателем становится максимально экономичным, по сравнению с остальными похожими двигателями примерно одинаковой мощности.

Вращение ротора в турбине может быть до 200 тысяч оборотов в минуту, следующий факт относится к раскаленным газам, которые доходят до 1000 градусов по Цельсию. Из всего этого следует тот факт, что нагнетатель, который может сдержать подобные нагрузки долгое время создать достаточно сложно и дорого.

Из-за этого нагнетатель был популярен исключительно во времена Второй Мировой Войны и только в самолетах. В 50-х годах компания из Америки (Caterpillar) смогла встроить нагнетатель к тракторному двигателю, а специалисты из компании Cummins смогли создать первые турбодизельные двигатели для грузовых машин. На легковых машинах, которые получили серийное производство, такие двигатели стали появляться гораздо позже. Это произошло в 1962 году, практически сразу появилось две модели Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire.

Стоит добавить, что проблематичность и высокая стоимость конструкции, не являются главными недостатками. Сама по себе эффективность работы турбонаддува, напрямую зависит от максимального числа оборотов двигателя. Из-за того, что на малых оборотах, выхлопных газов производится недостаточное количество, соответственно ротор не раскручивается на максимально возможную мощность и, как следствие, дополнительный кислород практически не задувается в цилиндры. Поэтому зачастую происходит так, что до 3 000 оборотов мотор не тянет, но уже после 4-5 тысяч оборотов, он резко «стреляет», эта проблема называется – турбоямой. При этом размер турбины напрямую зависит на ее разгон. Чем она больше, тем разгон дольше. Именно из-за этого, те двигатели, что имеют большую мощность и соответственно турбину высокого давления зачастую испытывают проблемы связанные с турбоямой. А те турбины, которые создают низкое давление, практически не имеют никаких проблем с провалом тяги, но при этом и мощность они могут поднять достаточно маленькую по отношению с первыми.

Практически полностью избавиться от такой проблемы, как турбояма может помочь схема с последовательным надувом, когда на достаточно малых оборотах мотора, работает маленький малоинерционный турбокомпрессор. Маленький – увеличивает тягу на низких оборотах, в то время, как большой включается во время, когда обороты начинают расти, вместе с давлением на выпуске. Еще сто лет назад систему последовательного наддува применяли в суперкаре Porsche 959. На данный момент же, такие системы применяются во многих марках, начиная от Land Rover и BMW, а в бензиновых моторах фирмы Volkswagen эту роль играет приводной нагнетатель.

На заводских двигателях зачастую применяют одиночный турбокомпрессор twin-scroll, в народе его называют «парой улиток». Каждая из таких улиток заполняется выхлопами, от разных цилиндров. Но, даже, несмотря на это, обе улитки подают выхлопные газы в одну турбину, в итоге максимально качественно раскручивая ее, как на больших, так и на малых оборотах.

Но зачастую все-таки можно встретить исключительно пару одинаковых турбокомпрессоров, которые параллельно друг от друга обслуживают отдельные цилиндры. Это является стандартной схемой, для стандартных V-образных турбодвигателей, где каждый блок имеет свой турбонаддув. Даже, несмотря на то, что мотор V8 компании M GmbH, который впервые был установлен на Bmw X6 M и X5 M оборудован перекрестным выпускным коллектором, позволял турбокомпрессору паре улиток получать газы выхлопа из цилиндров, которые находились в разных блоках.

Для того чтобы турбокомпрессор работал на максимуме своих возможностей, при всех диапазонах оборотов, можно поменять геометрию рабочей части. Исходя из оборотов, что производит улитка, там работают специальные лопатки и изменяется в некоторых дозволенных пределах форма сопла. Благодаря этому, мы имеем «супертурбину», которая отлично может работать во всех диапазонах оборотов. Такие схемы были продуманы и оговорены достаточно давно, но реализовать их на деле, появилась возможность лишь недавно. Стоит, при этом отметить, что изначально турбины, на которой поменяна геометрия, появилась исключительно на дизельном моторе, благодаря тому, что температура выхлопных газов, намного меньше. Что касается бензиновых двигателей, то первым был Porsche 911 Turbo.

Саму конструкцию турбодвигателя привели в максимальную комплектацию, относительно недавно и их актуальность сильно возросла. При этом сами турбокомпрессоры оказались актуальными не только, как для форсирования двигателя, но и для увеличения экономичности и экологичности выхлопа.

как горячий пар превращается в электричество / Хабр

Учёные до сих пор бьются над поиском самых эффективных способов по выработке тока — прогресс устремился от гальванических элементов к первым динамо-машинам, паровым, атомным, а теперь солнечным, ветряным и водородным электростанциям. В наше время самым массовым и удобным способом получения электричества остаётся генератор, приводимый в действие паровой турбиной.

Паровые турбины были изобретены задолго до того, как человек понял природу электричества. В этом посте мы упрощённо расскажем об устройстве и работе паровой турбины, а заодно вспомним, как древнегреческий учёный опередил своё время на пятнадцать веков, как произошёл переворот в деле турбиностроения и почему Toshiba считает, что тридцатиметровую турбину надо изготавливать с точностью до 0,005 мм.

Как устроена паровая турбина

Принцип работы паровой турбины относительно прост, а её внутреннее устройство принципиально не менялось уже больше века. Чтобы понять принцип работы турбины, рассмотрим, как работает теплоэлектростанция — место, где ископаемое топливо (газ, уголь, мазут) превращается в электричество.

Сама по себе паровая турбина не работает, для функционирования ей нужен пар. Поэтому электростанция начинается с котла, в котором горит топливо, отдавая жар трубам с дистиллированной водой, пронизывающим котел. В этих тонких трубах вода превращается в пар.


Понятная схема работы ТЭЦ, вырабатывающей и электричество, и тепло для отопления домов. Источник: Мосэнерго

Турбина представляет собой вал (ротор) с радиально расположенными лопатками, словно у большого вентилятора. За каждым таким диском установлен статор — похожий диск с лопатками другой формы, который закреплён не на валу, а на корпусе самой турбины и потому остающийся неподвижным (отсюда и название — статор).

Пару из одного вращающегося диска с лопатками и статора называют ступенью. В одной паровой турбине десятки ступеней — пропустив пар всего через одну ступень тяжёлый вал турбины с массой от 3 до 150 тонн не раскрутить, поэтому ступени последовательно группируются, чтобы извлечь максимум потенциальной энергии пара.

На вход в турбину подаётся пар с очень высокой температурой и под большим давлением. По давлению пара различают турбины низкого (до 1,2 МПа), среднего (до 5 МПа), высокого (до 15 МПа), сверхвысокого (15—22,5 МПа) и сверхкритического (свыше 22,5 МПа) давления. Для сравнения, давление внутри бутылки шампанского составляет порядка 0,63 МПа, в автомобильной шине легковушки — 0,2 МПа.

Чем выше давление, тем выше температура кипения воды, а значит, температура пара. На вход турбины подается пар, перегретый до 550-560 °C! Зачем так много? По мере прохождения сквозь турбину пар расширяется, чтобы сохранять скорость потока, и теряет температуру, поэтому нужно иметь запас. Почему бы не перегреть пар выше? До недавних пор это считалось чрезвычайно сложным и бессмысленным —нагрузка на турбину и котел становилась критической.

Паровые турбины для электростанций традиционно имеют несколько цилиндров с лопатками, в которые подается пар высокого, среднего и низкого давления. Сперва пар проходит через цилиндр высокого давления, раскручивает турбину, а заодно меняет свои параметры на выходе (снижается давление и температура), после чего уходит в цилиндр среднего давления, а оттуда — низкого. Дело в том, что ступени для пара с разными параметрами имеют разные размеры и форму лопаток, чтобы эффективней извлекать энергию пара.

Но есть проблема — при падении температуры до точки насыщения пар начинает насыщаться, а это уменьшает КПД турбины. Для предотвращения этого на электростанциях после цилиндра высокого и перед попаданием в цилиндр низкого давления пар вновь подогревают в котле. Этот процесс называется промежуточным перегревом (промперегрев).

Цилиндров среднего и низкого давления в одной турбине может быть несколько. Пар на них может подаваться как с края цилиндра, проходя все лопатки последовательно, так и по центру, расходясь к краям, что выравнивает нагрузку на вал.

Вращающийся вал турбины соединён с электрогенератором. Чтобы электричество в сети имело необходимую частоту, валы генератора и турбины должны вращаться со строго определённой скоростью — в России ток в сети имеет частоту 50 Гц, а турбины работают на 1500 или 3000 об/мин.

Упрощённо говоря, чем выше потребление электроэнергии, производимой электростанцией, тем сильнее генератор сопротивляется вращению, поэтому на турбину приходится подавать бо́льший поток пара. Регуляторы частоты вращения турбин мгновенно реагируют на изменения нагрузки и управляют потоком пара, чтобы турбина сохраняла постоянные обороты. Если в сети произойдет падение нагрузки, а регулятор не уменьшит объём подаваемого пара, турбина стремительно нарастит обороты и разрушится — в случае такой аварии лопатки легко пробивают корпус турбины, крышу ТЭС и разлетаются на расстояние в несколько километров.

Как появились паровые турбины

Примерно в XVIII веке до нашей эры человечество уже укротило энергию стихии, превратив её в механическую энергию для совершения полезной работы — то были вавилонские ветряные мельницы. К II веку до н. э. в Римской империи появились водяные мельницы, чьи колёса приводились в движение нескончаемым потоком воды рек и ручьёв. И уже в I веке н. э. человек укротил потенциальную энергию водяного пара, с его помощью приведя в движение рукотворную систему.


Эолипил Герона Александрийского — первая и единственная на следующие 15 веков реактивная паровая турбина. Источник: American Mechanical Dictionary / Wikimedia

Греческий математик и механик Герон Александрийский описал причудливый механизм эолипил, представляющий собой закреплённый на оси шар с исходящими из него под углом трубками. Подававшийся в шар из кипящего котла водяной пар с силой выходил из трубок, заставляя шар вращаться. Придуманная Героном машина в те времена казалась бесполезной игрушкой, но на самом деле античный учёный сконструировал первую паровую реактивную турбину, оценить потенциал которой удалось только через пятнадцать веков. Современная реплика эолипила развивает скорость до 1500 оборотов в минуту.

В XVI веке забытое изобретение Герона частично повторил сирийский астроном Такиюддин аш-Шами, только вместо шара в движение приводилось колесо, на которое пар дул прямо из котла. В 1629 году схожую идею предложил итальянский архитектор Джованни Бранка: струя пара вращала лопастное колесо, которое можно было приспособить для механизации лесопилки.


Активная паровая турбина Бранка совершала хоть какую-то полезную работу — «автоматизировала» две ступки.

Несмотря на описание несколькими изобретателями машин, преобразующих энергию пара в работу, до полезной реализации было еще далеко — технологии того времени не позволяли создать паровую турбину с практически применимой мощностью.

Турбинная революция

Шведский изобретатель Густаф Лаваль много лет вынашивал идею создания некоего двигателя, который смог бы вращать ось с огромной скоростью — это требовалось для функционирования сепаратора молока Лаваля. Пока сепаратор работал от «ручного привода»: система с зубчатой передачей превращала 40 оборотов в минуту на рукоятке в 7000 оборотов в сепараторе. В 1883 году Лавалю удалось адаптировать эолипил Герона, снабдив-таки молочный сепаратор двигателем. Идея была хорошая, но вибрации, жуткая дороговизна и неэкономичность паровой турбины заставили изобретателя вернуться к расчетам.



Турбинное колесо Лаваля появилось в 1889 году, но его конструкция дошла до наших дней почти в неизменном виде.

Спустя годы мучительных испытаний Лаваль смог создать активную паровую турбину с одним диском. На диск с лопатками из четырех труб с соплами под давлением подавался пар. Расширяясь и ускоряясь в соплах, пар ударял в лопатки диска и тем самым приводил диск в движение. Впоследствии изобретатель выпустил первые коммерчески доступные турбины с мощностью 3,6 кВт, соединял турбины с динамо-машинами для выработки электричества, а также запатентовал множество новшеств в конструкции турбин, включая такую их неотъемлемую в наше время часть, как конденсатор пара. Несмотря на тяжёлый старт, позже дела у Густафа Лаваля пошли хорошо: оставив свою прошлую компанию по производству сепараторов, он основал акционерное общество и приступил к наращиванию мощности агрегатов.

Параллельно с Лавалем свои исследования в области паровых турбин вёл англичанин cэр Чарлз Парсонс, который смог переосмыслить и удачно дополнить идеи Лаваля. Если первый использовал в своей турбине один диск с лопатками, то Парсонс запатентовал многоступенчатую турбину с несколькими последовательно расположенными дисками, а чуть позже добавил в конструкцию статоры для выравнивания потока.

Турбина Парсонса имела три последовательных цилиндра для пара высокого, среднего и низкого давления с разной геометрией лопаток. Если Лаваль опирался на активные турбины, то Парсонс создал реактивные группы.

В 1889 году Парсонс продал несколько сотен своих турбин для электрификации городов, а еще пять лет спустя было построено опытное судно «Турбиния», развивавшее недостижимую для паровых машин прежде скорость 63 км/ч. К началу XX века паровые турбины стали одним из главных двигателей стремительной электрификации планеты.


Сейчас «Турбиния» выставляется в музее в Ньюкасле. Обратите внимание на количество винтов. Источник: TWAMWIR / Wikimedia

Турбины Toshiba — путь длиной в век

Стремительное развитие

электрифицированных железных дорог

и текстильной промышленности в Японии заставило государство ответить на возросшее электропотребление строительством новых электростанций. Вместе с тем начались работы по проектированию и производству японских паровых турбин, первые из которых были поставлены на нужды страны уже в 1920-х годах. К делу подключилась и Toshiba (в те годы: Tokyo Denki и Shibaura Seisaku-sho).

Первая турбина Toshiba была выпущена в 1927 году, она имела скромную мощность в 23 кВт. Уже через два года все производимые в Японии паровые турбины выходили из фабрик Toshiba, были запущены агрегаты с общей мощностью 7500 кВт. Кстати, и для первой японской геотермальной станции, открытой в 1966 году, паровые турбины также поставляла Toshiba. К 1997 году все турбины Toshiba имели суммарную мощность 100000 МВт, а к 2017 поставки настолько возросли, что эквивалентная мощность составила 200000 МВт.

Такой спрос обусловлен точностью изготовления. Ротор с массой до 150 тонн вращается со скоростью 3600 оборотов в минуту, любой дисбаланс приведёт к вибрациям и аварии. Ротор балансируется с точностью до 1 грамма, а геометрические отклонения не должны превышать 0,01 мм от целевых значений. Оборудование с ЧПУ помогает снизить отклонения при производстве турбины до 0,005 мм — именно такая разница с целевыми параметрами среди сотрудников Toshiba считается хорошим тоном, хотя допустимая безопасная погрешность на порядок больше. Также каждая турбина обязательно проходит стресс-тест при повышенных оборотах — для агрегатов на 3600 оборотов тест предусматривает разгон до 4320 оборотов.


Удачное фото для понимания размеров ступеней низкого давления паровой турбины. Перед вами коллектив лучших мастеров завода Toshiba Keihin Product Operations. Источник: Toshiba

Эффективность паровых турбин

Паровые турбины хороши тем, что при увеличении их размеров значительно растёт вырабатываемая мощность и КПД. Экономически гораздо выгодней установить один или несколько агрегатов на крупную ТЭС, от которой по магистральным сетям распределять электричество на большие расстояния, чем строить местные ТЭС с малыми турбинами, мощностью от сотен киловатт до нескольких мегаватт. Дело в том, что при уменьшении габаритов и мощности в разы растёт стоимость турбины в пересчёте на киловатт, а КПД падает вдвое-втрое.

Электрический КПД конденсационных турбин с промперегревом колеблется на уровне 35-40%. КПД современных ТЭС может достигать 45%.

Если сравнить эти показатели с результатами из таблицы, окажется, что паровая турбина — это один из лучших способов для покрытия больших потребностей в электричестве. Дизели — это «домашняя» история, ветряки — затратная и маломощная, ГЭС — очень затратная и привязанная к местности, а водородные топливные элементы, про которые мы уже писали — новый и, скорее, мобильный способ выработки электроэнергии.

Интересные факты


Самая мощная

паровая турбина: такой титул могут по праву носить сразу два изделия — немецкая Siemens SST5-9000 и турбина производства ARABELLE, принадлежащей американской General Electric. Обе конденсационных турбины выдают до 1900 МВт мощности. Реализовать такой потенциал можно только на АЭС.


Рекордная турбина Siemens SST5-9000 с мощностью 1900 МВт. Рекорд, но спрос на такие мощности очень мал, поэтому Toshiba специализируется на агрегатах с вдвое меньшей мощностью. Источник: Siemens

Самая маленькая паровая турбина была создана в России всего пару лет назад инженерами Уральского федерального университета — ПТМ-30 всего полметра в диаметре, она имеет мощность 30 кВт. Малютку можно использовать для локальной выработки электроэнергии при помощи утилизации избыточного пара, остающегося от других процессов, чтобы извлекать из него экономическую выгоду, а не спускать в атмосферу.


Российская ПТМ-30 — самая маленькая в мире паровая турбина для выработки электричества. Источник: УрФУ

Самым неудачным применением паровой турбины стоит считать паротурбовозы — паровозы, в которых пар из котла поступает в турбину, а затем локомотив движется на электродвигателях или за счет механической передачи. Теоретически паровая турбина обеспечивала в разы больший КПД, чем обычный паровоз. На деле оказалось, что свои преимущества, как то высокая скорость и надежность, паротурбовоз проявляет только на скоростях выше 60 км/ч. При меньшей скорости движения турбина потребляет чересчур много пара и топлива. США и европейские страны экспериментировали с паровыми турбинами на локомотивах, но ужасная надежность и сомнительная эффективность сократили жизнь паротурбовозов как класса до 10-20 лет.


Угольный паротурбовоз C&O 500 ломался почти каждую поездку, из-за чего уже спустя год после выпуска был отправлен на металлолом. Источник: Wikimedia

Свистит турбина – беспокоиться или нет?

Среди владельцев автомобилей с турбонаддувом есть много споров по поводу свиста во время работы нагнетателя. Кто-то говорит, что это нормально, другие по свисту диагностируют однозначный ремонт турбины. Самое интересное, что правы могут быть обе стороны. Мы разбираемся в том, как дело обстоит на самом деле.

На фото: турбина Garrett

Свистит или не свистит

Суть работы турбонаддува очень проста – выхлопные газы разгоняют крыльчатку турбины, она создает повышенное давление, с помощью которого в двигатель закачивается больше топливной смеси, из-за чего мощность мотора увеличивается. А там, где много воздуха и давление, жди свиста. Действительно, дополнительные звуки во время работы нагнетателя однозначно не являются признаками неисправности. У машин с турбиной обычно сложная магистраль для забора воздуха и вполне возможно, что она издает звуки просто при переходе потока из одного патрубка в другой.

Принцип работы турбонаддува

Может быть нормальным и появление небольшого свиста с увеличением пробега – из-за отложений чуть изменилось сечение канала для воздуха и вот он свист. Это все очень непредсказуемо. Обычно свист, о котором не стоит беспокоиться, характеризуется небольшой громкостью и низким тоном, словно он звучит из глубины. Дизельные моторы с наддувом больше подвержены свисту, чем бензиновые.

Однако бывает у турбин и свист, который должен насторожить. Он громче, более высокий по тону и звучит так, будто на поверхности. Описать словами это трудно, но обычно понять, что турбина не просто свистит, а свистит из-за проблем нетрудно – достаточно лишь периодически прислушиваться к тому, что доносится из-под капота. Если свист слышно не только на улице, но и в салоне – пора насторожиться.

Кстати, прежде чем вообще думать на турбину, нужно исключить другие варианты свиста – под капотом современного авто много ремней, вакуумных трубок и прочих агрегатов, которые тоже могут издавать свист. На холостых оборотах выхлопных газов мало, поэтому турбина почти не работает, и если свист отчетливо слышен прямо с холостых и не зависит от оборотов, то на нагнетатель нужно думать в последнюю очередь. Иное дело, если свист проявляется в движении, особенно при разгоне. Вот тут турбина должна быть первой на подозрении.

Что может свистеть?

Самая популярная и распространенная причина «неуставного» свиста – разгерметизация системы. Либо воздух где-то вырывается из-за давления, либо, наоборот, где-то есть его подсос. В большинстве случаев нарушение герметичности так или иначе сказывается на работе двигателя и его характеристиках. Не всегда, но часто растет расход топлива, падает мощность, появляются «затыки» на разгоне – что неудивительно, ведь смесь в мотор поступает неоптимальная.

«Найти утечку воздуха» звучит зачастую легче, чем оказывается на самом деле. Хорошо, если проблема на поверхности (в прямом смысле) и ее можно сразу определить, но зачастую утечка оказывается в неочевидных местах, к которым плохой доступ. Если визуально или на слух обнаружить место «прорыва» не получилось, то нужно разбирать весь воздушный тракт и демонтировать впускной коллектор.

Для проверки можно использовать мыльный раствор, который будучи нанесенным на «подозрительную» деталь, пузырями покажет место утечки.

Особое внимание нужно уделить проверке всех воздушных патрубков – в них может быть маленькая, незаметная для глаза трещина, но этого уже хватит для свиста.

Трещина в патрубке интеркулера

Также следует проконтролировать наличие и правильность установки уплотнителей и прокладок, а также затяжку хомутов и иного крепежа – это тоже может привести к свисту. Уплотнители и патрубки в случае проблем проще заменить на новые, ремонтировать их сложно и экономически бессмысленно.

Также свист может быть из-за повреждений корпуса самой турбины или интеркулера (если, конечно, он присутствует в конструкции). Это может произойти из-за механических воздействий. В случае с турбиной это менее вероятная ситуация, все-таки она хорошо защищена другими запчастями под капотом, а вот интеркулеры обычно располагают сразу за решеткой радиатора и они более уязвимы. Интеркулер можно проверить без демонтажа просто подав воздух на вход. В отличие от патрубков интеркулеры можно и нужно ремонтировать, в случае небольших повреждений поможет обычный паяльник.

Поврежденный радиатор интеркулера

Еще одной причиной появления свиста турбины может быть попадание посторонних предметов или мусора в воздухопровод. Но такую проблему диагностировать легко, особенно если с разборкой.

Когда дело не в воздухе

Однако не только нарушением герметичности можно объяснить свист турбины. Увы, но если подсос воздуха выявить не удалось, а турбина сильно свистит, то ничего хорошего это не предвещает – посторонний звук появился из-за износа или неисправности самой турбины. Мог образоваться люфт, могла повредиться крыльчатка, а может просто естественный износ и пришло время ремонта. В таких случаях лучше обращаться в автосервисы, ведь за диагностикой с высокой долей вероятности последует ремонт. Скорее всего, свист в этом случае не будет являться единственным симптомом – черный дым из выхлопной трубы, расход масла и общая работа двигателя должны так же сигнализировать о поломке.

Поврежденная крыльчатка турбина — одна из причин свиста

Так стоит ли переживать если двигатель с турбонаддувом вдруг засвистел? И да, и нет. Нужно проанализировать свист, громкость, тон и ситуации, при которых его слышно. Может, дело совсем некриминальное и свист можно списать на особенности работы. А может, это банальное нарушение герметичности, которое можно обнаружить и устранить своими силами. Тогда считайте, что вы легко отделались. В худшем случае громкий свист турбины – предвестник ремонта.

Свист турбины на видео

Принцип работы турбокомпрессора

Турбина – это понятие, которое знакомо каждому автомобилисту. Это устройство позволяет существенно повысить мощностные характеристики двигателя путем использования энергии выхлопных газов. В этой статье мы рассмотрим основные функции и принцип работы турбокомпрессора.

Функции турбокомпрессора

Чтобы оценить важность турбокомпрессора, для начала нужно рассмотреть принцип работы автомобильного двигателя. На этот агрегат подается топливо, воспламеняющееся и сгорающее при контакте с воздухом. Излишки, которые остаются после этого, выходят через выхлопную трубу в виде газов. Этот цикл происходит в течение 4-х тактов работы поршней в цилиндрах.

Функция турбины заключается в том, что она дополнительно нагнетает воздух в цилиндры, увеличивая количество сгораемого топлива. Большой объем воздуха, подаваемого в топливную систему, достигается благодаря компрессии. В результате при движении поршня во время воспламенения увеличивается мощность двигателя.

Принцип работы турбокомпрессора

Таким образом, турбокомпрессор работает по принципу воздушного насоса. При сгорании топлива горячие газы поступают на лопатки первого колеса турбокомпрессора, приводя его в движение. После этого начинает вращаться второе колесо. За счет этого происходит всасывание воздуха снаружи, его сжатие и подача на цилиндры двигателя.

Воздух при попадании в турбину подвергается интенсивному нагреву. Чтобы добиться необходимой компрессии и остудить его перед подачей в камеру сгорания, используется промежуточный охладитель, также известный как интеркулер. Это устройство выполняет такие важные функции:

  • Остужает воздух.
  • Уменьшает его объем.
  • Снижает температуру внутри камеры сгорания.

Порою интеркулера оказывается недостаточно для достижения требующейся компрессии. В таких случаях дополнительно используется вентилятор, обеспечивающий снижение температуры до необходимого уровня.

Несмотря на кажущуюся простоту принципа работы турбокомпрессора, с точки зрения конструкции это устройство является очень сложным. Чтобы добиться необходимого уровня сгорания топлива, все составные части турбин должны работать слаженно. При возникновении малейших сбоев эффективность работы двигателя существенно снизится. А в крайних случаях он и вовсе может выйти из строя.

Турбина — Энергетическое образование

Рисунок 1. Турбины могут быть довольно большими, паровая турбина выше представлена ​​в масштабе человека. [1]

Турбина — это устройство, которое использует кинетическую энергию некоторой жидкости, такой как вода, пар, воздух или дымовые газы, и превращает ее во вращательное движение самого устройства. [2] Турбины обычно используются в производстве электроэнергии, двигателях и двигательных установках. Турбины — это машины (в частности, турбомашины), потому что турбины передают и изменяют энергию.Простая турбина состоит из ряда лопастей — в настоящее время сталь является одним из наиболее распространенных материалов — и позволяет жидкости поступать в турбину, толкая лопасти. Эти лопасти вращаются, пока жидкость проходит через них, захватывая часть энергии в виде вращательного движения. Жидкость, протекающая через турбину, теряет кинетическую энергию и выходит из турбины с меньшей энергией, чем в начале. [2]

Турбины используются во многих различных областях, и каждый тип турбины имеет немного отличающуюся конструкцию для правильного выполнения своей работы.Турбины используются в ветроэнергетике, гидроэнергетике, в тепловых двигателях и для движения. Турбины чрезвычайно важны из-за того факта, что почти вся электроэнергия производится путем преобразования механической энергии турбины в электрическую энергию с помощью генератора. [2]

Тепловые двигатели

основной артикул

Тепловые двигатели используют турбины (а также поршни), поскольку они могут эффективно извлекать энергию из жидкостей.Кроме того, турбины требуют довольно небольшого обслуживания.

Газовые турбины часто используются в тепловых двигателях, поскольку они являются одним из наиболее гибких типов турбин. Одним из конкретных применений этих газовых турбин являются реактивные двигатели. [2] В этих газовых турбинах сжатый воздух нагревается и смешивается с некоторым количеством топлива. Когда эта смесь воспламеняется, она подвергается быстрому расширению. Расширяющийся воздух нагнетается в турбину, заставляя ее вращаться. Поскольку они используют сжатый воздух, большие высоты не влияют на эффективность турбин, что делает их идеальными для использования в самолетах. [3] . Схема газовой турбины показана на рисунке 2 ниже.

Рис. 2. Схема газотурбинного двигателя. [4]

Эти турбины используются не только в самолетах, но и для выработки электроэнергии на электростанциях, работающих на природном газе. Дымовые газы в этом случае возникают в результате сжигания природного газа. [3]

Производство электроэнергии

Гидроэнергетика

основной артикул и | 3D модель
Рисунок 3. Схема гидроэлектростанции. [5]

На гидроэлектростанции вода удерживается за плотиной и сбрасывается через водовод. Вода, обладающая кинетической и потенциальной энергией, попадает на турбину, которая вращает вал, соединенный с генератором, вырабатывая таким образом электричество. Эти турбины необходимы в области гидроэнергетики — процесса получения энергии из воды.

Конструкция гидротурбин одинакова для разных типов гидроэлектростанций (для получения дополнительной информации см. Русловые гидроэлектростанции и водохранилища).Ряд лопастей прикреплен к некоторому вращающемуся валу или пластине. Затем вода проходит через турбину по лопастям, заставляя внутренний вал вращаться. Затем это вращательное движение передается на генератор, где вырабатывается электричество. Существует множество различных типов турбин, которые лучше всего использовать в различных ситуациях. Каждый тип турбин создан для обеспечения максимальной мощности в той ситуации, в которой он используется (примеры различных типов гидроэнергетических турбин включают турбины Фрэнсиса, турбины Каплана и турбины Пельтона). Есть много факторов, которые необходимо изучить, чтобы определить, какую турбину следует использовать. Эти факторы включают гидравлический напор, гидроэлектрический расход и стоимость. [6]

На этих сооружениях обычно используются два типа турбин, выбор которых зависит от характеристик гидроэлектростанции. Это реактивные турбины и импульсные турбины. Для получения дополнительной информации о том, как работают эти турбины, и более подробной информации о других турбинах, нажмите здесь.

Рисунок 4. Схема ветряной турбины. [7]

Ветер

основной артикул и | 3D-модель

Ветряные турбины работают путем преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию, которая используется для выработки электроэнергии путем вращения генератора. Эти турбины могут быть наземными или морскими ветряными турбинами. Эти турбины состоят из трех основных компонентов. Первыми из них являются лопасти несущего винта, которые имеют форму крыльев самолета, чтобы ловить воздух, заставляя лопасти вращаться. Второй компонент — гондола, набор шестерен и генератор, преобразующий вращение лопасти в электрическую энергию. Наконец, башня представляет собой большую подставку, на которой установлены лопасти и гондола. [8]

Для дальнейшего чтения

Каталожные номера

  1. ↑ Викисклад. (2 сентября 2015 г.). Турбина Philippsburg [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Turbine_Philippsburg-1.jpg
  2. 2.0 2.1 2.2 2.3 Словарь энергии, под редакцией Катлера Дж. Кливленда и Кристофера Г. Морриса, Elsevier, 2014. ProQuest Ebook Central, https://ebookcentral-proquest-com.ezproxy.lib. ucalgary.ca/lib/ucalgary-ebooks/detail.action?docID=1821967.
  3. 3.0 3.1 Energy.gov. (2 сентября 2015 г.). Как работают газовые турбины [Онлайн]. Доступно: http://energy.gov/fe/how-gas-turbine-power-plants-work
  4. ↑ Wikimedia Commons [в сети], доступно: https://upload. wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Jet_engine.svg
  5. ↑ Викисклад. (2 сентября 2015 г.). Водяная турбина [Онлайн]. Доступно: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Water_turbine.svg.
  6. ↑ BrightHub Engineering. (2 сентября 2015 г.). Что такое гидравлические турбины? [Онлайн]. Доступно: http://www.brighthubengineering.com/fluid-mechanics-hydraulics/26551-hydraulic-turbines-definition-and-basics/
  7. ↑ Викисклад. Схема ветрогенератора [Онлайн].Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wind_turbine_diagram.svg
  8. ↑ Энергетический центр Висконсина. (2 сентября 2015 г.). Части турбины [Онлайн]. Доступно: http://www.ecw.org/windpower/web/cat2a.html

Авторы и редакторы. Работает ли паровая турбина?

Большая часть электроэнергии в Соединенных Штатах производится с помощью паровых турбинных двигателей — согласно У.По данным Министерства энергетики США, более 88 процентов энергии в США производится с помощью паровых турбин на центральных электростанциях, таких как солнечные теплоэлектростанции, угольные и атомные электростанции. Предлагая более высокую эффективность и низкую стоимость, паровые турбины стали неотъемлемой частью многих американских энергетических отраслей.

Первая паровая турбина

Первая современная паровая турбина была разработана сэром Чарльзом А. Парсонсом в 1884 году. Эта турбина использовалась для освещения выставки в Ньюкасле, Англия, и произвела всего 7 штук.5 кВт энергии. Теперь паротурбинные генераторы могут производить более 1000 МВт энергии на крупных электростанциях. Хотя со времен Parsons мощность генерации значительно увеличилась, конструкция осталась прежней. Но каким бы интуитивным ни был дизайн Парсонса, он не так прост, как движение пара по лопастям. Он был основан на втором законе термодинамики и теореме Карно (), которая утверждает, что чем выше температура пара, тем выше КПД электростанции. Давайте углубимся в то, как пар помогает питать большинство электростанций страны.

Как из пара получается так много энергии?

Возвращаясь к школьной физике, вода кипит при 100°C. В этот момент молекулы расширяются, и мы получаем испарившуюся воду — пар. Используя энергию, содержащуюся в быстро расширяющихся молекулах, пар обеспечивает поразительную эффективность производства энергии.

Учитывая высокую температуру и давление пара, неудивительно, что были случаи несчастных случаев из-за неправильного использования или установки предохранительных клапанов.Один из самых громких инцидентов произошел на АЭС «Три-Майл-Айленд». Все сводилось к нарастанию давления пара, когда перестали работать насосы, подающие воду к парогенераторам.

Как работает паровая турбина?

Проще говоря, паровая турбина работает, используя источник тепла (газ, уголь, атомную энергию, солнечную энергию) для нагрева воды до чрезвычайно высоких температур, пока она не превратится в пар. Когда этот пар проходит мимо вращающихся лопастей турбины, он расширяется и охлаждается.Таким образом, потенциальная энергия пара превращается в кинетическую энергию вращающихся лопаток турбины. Поскольку паровые турбины генерируют вращательное движение, они особенно подходят для привода электрических генераторов для выработки электроэнергии. Турбины соединены с генератором с осью, которая, в свою очередь, производит энергию через магнитное поле, производящее электрический ток.

Как работают лопасти турбины?

Лопасти турбины предназначены для управления скоростью, направлением и давлением пара, проходящего через турбину.В крупных турбинах к ротору прикреплены десятки лопастей, обычно в разных наборах. Каждый набор лопастей помогает извлекать энергию из пара, сохраняя при этом оптимальное давление.

Этот многоступенчатый подход означает, что лопасти турбины снижают давление пара очень небольшими приращениями на каждой ступени. Это, в свою очередь, снижает усилия на них и значительно улучшает общую мощность турбины.

Важность гибких средств управления вращающимся турбинным оборудованием

При таком большом количестве энергии, проходящей через паровые турбины, необходимы механизмы управления, которые могли бы регулировать их скорость, управлять потоком пара и изменять температуру внутри системы. Поскольку большинство паровых турбин используются на крупных электростанциях, требующих нагрузки по требованию, возможность регулировать поток пара и общую выработку энергии является необходимостью.

Как системы управления Petrotech могут повысить эффективность вашего паротурбинного генератора

Изобретение паровой турбины изменило нашу способность производить энергию в больших масштабах. И даже с таким, казалось бы, простым, как пар, проходящий через набор лопастей, легко увидеть, что эти механизмы довольно сложны.Таким образом, им нужна рефлексивная, интеллектуальная система управления паровой турбиной, в которой можно отслеживать и контролировать их работу. Усовершенствованные системы управления паровыми турбинами Petrotech для приводов компрессоров и генераторов имеют интегрированный пакет управления, обеспечивающий управление скоростью и мощностью. Наша продукция включает интегрированные системы управления газовыми и паровыми турбинами, генераторами, компрессорами, насосами и вспомогательным оборудованием. Чтобы узнать больше о наших системах управления паровыми турбинами, ознакомьтесь с нашими официальными документами по усовершенствованным системам управления паровыми турбинами для генераторов и механических приводов.

Паровая турбина | Студенческая энергияСтуденческая энергия

Паровая турбина — это механическое устройство, извлекающее тепловую энергию из пара под давлением и преобразующее ее в механическую работу. Поскольку турбина генерирует вращательное движение, она особенно подходит для привода электрических генераторов: около 90% всего производства электроэнергии в США (1996 г.) приходится на паровые турбины 1 . Сэр Чарльз А. Парсонс изобрел первую современную реактивную турбину в 1884 году.Подключенная к динамо-машине, турбина производила 7,5 кВт электроэнергии. За время жизни Парсонса эта генерирующая мощность увеличилась в 10 000 раз. Паровые турбины имеют мощность от <0,75 кВт до 1,5 ГВт. Для выработки электроэнергии используются большие турбины.

Как следует из названия, паровая турбина приводится в действие паром. Когда горячий газообразный пар проходит мимо вращающихся лопастей турбины, пар расширяется и охлаждается, отдавая большую часть содержащейся в нем энергии. Этот пар непрерывно вращает лопасти.Таким образом, лопасти преобразуют большую часть потенциальной энергии пара в кинетическую энергию. Затем турбина используется для запуска генератора, вырабатывающего электроэнергию.

Основными частями ручных турбин являются лопатки и роторы. Набор лезвий известен как этап. У них также есть входы для пара (обычно набор форсунок) и выходы. Для обеспечения безопасной работы турбины используются два независимых механизма, называемых регуляторами.

Два основных типа паровых турбин

  • Импульсная турбина : Вращающиеся лопасти похожи на глубокие ковши.Высокоскоростные струи входящего пара из сопел тщательной формы ударяют в лопасти, расталкивая их серией импульсов и отскакивая в другую сторону с таким же давлением, но со значительно меньшей скоростью 3 .
  • Реакционная турбина : В реактивной турбине есть второй набор неподвижных лопастей, прикрепленных к внутренней части корпуса турбины. Они помогают ускорить и направить пар на вращающиеся лопасти под правильным углом, прежде чем пар рассеется при пониженной температуре и давлении. 2

Гидроэлектроэнергетика: как это работает

•  Школа наук о воде ДОМАШНЯЯ СТРАНИЦА  •  Темы использования воды  •

Падающая вода производит гидроэлектроэнергию.

Авторы и права: Tennessee Valley Authority

Так как же мы получаем электричество из воды? На самом деле гидроэлектростанции и угольные электростанции производят электроэнергию аналогичным образом. В обоих случаях источник энергии используется для вращения пропеллерной части, называемой турбиной, которая затем вращает металлический вал в электрогенераторе, который является двигателем, производящим электричество. Угольная электростанция использует пар для вращения лопаток турбины; тогда как гидроэлектростанция использует падающую воду для вращения турбины. Результаты такие же.

Взгляните на эту схему (любезно предоставленную Управлением долины Теннесси) гидроэлектростанции, чтобы увидеть подробности:

Теория состоит в том, чтобы построить плотину на большой реке с большим перепадом высот (в Канзасе или Флориде не так много гидроэлектростанций). Плотина хранит много воды за собой в резервуаре .Внизу стены плотины находится водозабор. Под действием силы тяжести он падает через напорный трубопровод внутри плотины. В конце водовода находится турбинный движитель, который приводится в движение движущейся водой. Вал от турбины идет вверх к генератору, который вырабатывает энергию. Линии электропередач подключены к генератору, который несет электричество в ваш дом и мой. Вода проходит мимо гребного винта через отводной канал в реку мимо плотины. Кстати, не стоит играть в воде прямо под плотиной, когда вода спускается!

 

Турбина и генератор производят электричество

Схема гидроэлектрической турбины и генератора.

Кредит: Инженерный корпус армии США

Что касается того, как работает этот генератор, Инженерный корпус объясняет это следующим образом:
«Гидравлическая турбина преобразует энергию текущей воды в механическую энергию. Гидроэлектрический генератор преобразует эту механическую энергию в электричество. Работа генератора основана на принципах, открытых Фарадеем. Он обнаружил, что когда магнит движется мимо проводника, он вызывает протекание электричества. В большом генераторе электромагниты создаются путем пропускания постоянного тока через проволочные петли. наматываются на стопки пластин из магнитной стали.Они называются полюсами возбуждения и устанавливаются по периметру ротора. Ротор прикреплен к валу турбины и вращается с фиксированной скоростью. Когда ротор вращается, полюса поля (электромагниты) перемещаются мимо проводников, установленных в статоре. Это, в свою очередь, приводит к протеканию электричества и возникновению напряжения на выходных клеммах генератора».

 

Аккумулирующая система: повторное использование воды для удовлетворения пикового спроса на электроэнергию

Спрос на электроэнергию не является «ровным» и постоянным.Спрос растет и падает в течение дня, а ночью потребность в электроэнергии в домах, на предприятиях и в других объектах снижается. Например, здесь, в Атланте, штат Джорджия, в 17:00 жаркого августовского выходного дня можно поспорить, что существует огромный спрос на электроэнергию для работы миллионов кондиционеров! Но через 12 часов, в 5:00 утра… не так уж и много. Гидроэлектростанции более эффективно обеспечивают пиковые потребности в электроэнергии в течение коротких периодов, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе, и атомные электростанции, и один из способов сделать это — использовать «насосное хранилище», при котором одна и та же вода используется повторно более одного раза.

Насосная аккумулирующая система — это метод хранения воды в резерве для обеспечения потребности в энергии в пиковый период путем перекачки воды, которая уже прошла через турбины, в резервуар для хранения над электростанцией в то время, когда спрос потребителей на энергию низок, например, во время Середина ночи. Затем воде позволяют течь обратно через турбины-генераторы в периоды, когда потребность высока и система подвергается большой нагрузке.

Насосное хранилище: повторное использование воды для удовлетворения пикового спроса на электроэнергию

Резервуар действует во многом как батарея, сохраняя энергию в виде воды, когда спрос низкий, и производя максимальную мощность в дневные и сезонные пиковые периоды.Преимущество гидроаккумулирующих установок состоит в том, что гидроэлектростанции могут быстро запускаться и быстро регулировать производительность. Они эффективно работают при использовании в течение одного часа или нескольких часов. Поскольку гидроаккумулирующие водохранилища относительно малы, затраты на строительство обычно ниже по сравнению с обычными гидроэлектростанциями.

 

Газовые турбины для производства электроэнергии

Термодинамический процесс, используемый в газовых турбинах, — цикл Брайтона.Двумя важными рабочими параметрами являются степень сжатия и температура обжига. Топливно-энергетическая эффективность двигателя оптимизируется за счет увеличения разницы (или отношения) между давлением нагнетания компрессора и давлением воздуха на входе. Эта степень сжатия зависит от конструкции. Газовые турбины для выработки электроэнергии могут быть как промышленного (с тяжелой рамой), так и авиационного исполнения. Промышленные газовые турбины предназначены для стационарного применения и имеют более низкую степень повышения давления – обычно до 18:1.Авиационные газовые турбины представляют собой более легкие компактные двигатели, адаптированные к конструкции авиационных реактивных двигателей, которые работают при более высоких степенях сжатия — до 30: 1. Они предлагают более высокую эффективность использования топлива и более низкие выбросы, но меньше и имеют более высокие первоначальные (капитальные) затраты. Авиационные газовые турбины более чувствительны к температуре на входе в компрессор.

Температура, при которой работает турбина (температура горения), также влияет на КПД, причем более высокие температуры приводят к более высокому КПД.Однако температура на входе в турбину ограничена тепловыми условиями, которые могут быть допущены металлическим сплавом лопаток турбины. Температура газа на входе в турбину может составлять от 1200ºC до 1400ºC, но некоторые производители повысили температуру на входе до 1600ºC за счет инженерных покрытий лопаток и систем охлаждения для защиты металлургических компонентов от термических повреждений.

Из-за мощности, необходимой для привода компрессора, эффективность преобразования энергии для газотурбинной электростанции простого цикла обычно составляет около 30 процентов, причем даже в самых эффективных конструкциях она составляет около 40 процентов.Большое количество тепла остается в выхлопных газах, температура которых составляет около 600ºC на выходе из турбины. За счет рекуперации этого отработанного тепла для производства более полезной работы в конфигурации с комбинированным циклом КПД газотурбинной электростанции может достигать 55–60 процентов. Однако существуют эксплуатационные ограничения, связанные с работой газовых турбин в режиме комбинированного цикла, в том числе более длительное время запуска, требования к продувке для предотвращения пожаров или взрывов, а также скорость разгона до полной нагрузки.

Водяная турбина — обзор

10.5 Водяные турбины

Когда вода течет через водяное колесо, вода между лопастями почти неподвижна. Следовательно, сила, действующая на лезвие, в основном обусловлена ​​​​разницей давления на лезвие. Однако в водяной турбине вода движется быстро, и турбина извлекает кинетическую энергию из воды. Существуют две основные конструкции водяных турбин: импульсные турбины и реактивные турбины.

В импульсной турбине лопасти прикреплены к вращающемуся колесу, и каждая лопасть вращается в воздухе, за исключением случаев, когда лопасть находится на одной линии с высокоскоростной струей воды. Однако в реактивной турбине лопасти полностью погружены в воду, а тяга на движущиеся лопасти возникает за счет комбинации реактивной и импульсной сил. Импульсная турбина, называемая колесом Пелтона, показана на рис. 10.5. В этом примере имеются две симметричные струи, и каждая струя сообщает лопасти импульс, равный скорости изменения импульса струи. Скорость струи регулируется изменением площади сопла с помощью струйного клапана. Томас Пелтон отправился искать счастья во время Калифорнийской золотой лихорадки в девятнадцатом веке.К тому времени, когда он прибыл на место происшествия, легкая добыча уже была собрана, а оставшееся золото нужно было извлечь из пород, которые нужно было раздробить.

Рисунок 10.5. Импульсная турбина (колесо Пелтона)

Импульсные турбины использовались для привода мельниц, измельчающих камни в мелкие куски. Пелтон наблюдал за движением лопастей турбины и пришел к выводу, что используется не весь импульс струй. Он понял, что теряется некоторая инерция, потому что вода разбрызгивается во всех направлениях при ударе о лопасти.

Он переделал чашки таким образом, чтобы направление брызг было противоположно направлению падающей струи. Это привело к заметному повышению эффективности, и на этом Пелтон разбогател.

Чтобы рассчитать максимальную выходную мощность колеса Пелтона, рассмотрим струю, движущуюся со скоростью u, и чашку, движущуюся со скоростью uc. Относительно чашки скорость падающей струи равна (u − u c ), а скорость отраженной струи равна −(u − u c ). Следовательно, полное изменение скорости струи равно −2(u − u c ).Масса воды, падающей на стакан в секунду, равна ρQ, поэтому сила, действующая на стакан, определяется формулой:

(10,3)F=2ρQ(u−uc)

сила F действует на чашку в направлении движения чашки, т.е.

(10,4)P=Fuc=2ρQ(u−uc)uc

0, что дает u c = ½u.

Подставляя в уравнение 10.4 дает максимальную мощность как:

(10.5)Pmax=12ρQu2

Таким образом, максимальная выходная мощность равна кинетической энергии, падающей в секунду.

Как и в турбине Фурнейрона, современные реактивные турбины используют неподвижные направляющие лопатки для направления воды в каналы между лопатками рабочего колеса, установленного на вращающемся колесе (рис. 10.6). Однако направление радиального потока — внутрь (в турбине Фурнейрона направленный наружу поток вызывал проблемы, когда скорость потока увеличивалась или уменьшалась).

Рисунок 10.6. Реакционная турбина (вид сверху)

Наиболее распространенными конструкциями реактивных турбин являются турбина Фрэнсиса и турбина Каплана.В турбине Фрэнсиса рабочее колесо представляет собой спиральное кольцо, тогда как в турбине Каплана оно имеет форму пропеллера. В обеих конструкциях кинетическая энергия воды, выходящей из рабочего колеса, мала по сравнению с кинетической энергией падающей воды.

Термин «реактивная турбина» несколько вводит в заблуждение, поскольку он не полностью описывает характер тяги рабочего колеса. Величину реакции можно определить количественно, применив уравнение Бернулли к воде, поступающей в бегунок и выходящей из него, т. е.

(10.6)p1ρ+12q12=p2ρ+12q22+E

где E – энергия на единицу массы воды, переданная бегуну. Рассмотрим два случая: (i) q 1 = q 2 и (ii) p 1 = p 2 . В случае (i), уравнение 10.6 сводится к:

(10.7)E=p1−p2ρ

, т. е. передаваемая энергия возникает из-за разницы давлений между входом и выходом. В случае (ii) E определяется как:

(10,8)E=12(q12−q22)

, т. е. передаваемая энергия равна разнице кинетической энергии между входом и выходом.В общем случае мы определяем степень реакции R как:

(10,9)R=p1−p2ρE=1−(q12−q22)2E

Диаграммы скорости в лабораторной системе отсчета для импульсной турбины и реактивной турбины имеют вид показаны на рис. 10.7 (а) и (б) соответственно. Символы u, q и w обозначают скорость беговой лопасти, абсолютную скорость жидкости и скорость жидкости относительно лопасти. На рис. 10.7 показаны треугольники скоростей на внешнем радиусе бегунка r = r 1 и внутреннем радиусе r = r 2 . Бегунок вращается с угловой скоростью ω, так что скорость лопасти равна u 1 = r 1 ω на внешнем радиусе и u 2 = r 2 ω на внутреннем радиусе. Крутящий момент на бегунке составляет:

Рисунок 10.7. Диаграммы скоростей для: (а) импульсной турбины и (б) реактивной турбины

T=ρQ(r1q1cos β1−r2u2cos β2).

Полагая r 1 = u 1 /ω и r 2 = u 2 /ω, работа, выполняемая в секунду, определяется как:

P=Tω=ρ2β2cos q2 .

Член в скобках представляет энергию на единицу массы:

(10.10)E=u1q1cos β1−u2q2cos β2.

Приравнивание падающей мощности из-за напора воды h из уравнения. 10.1 к выходной мощности турбины, заданной уравнением Эйлера для турбины, имеем

ηρghQ=ρQ(u1q1cos β1−u2q2cos β2).

Член ρQu 2 q 2 cos β 2 представляет скорость, с которой кинетическая энергия удаляется водой, покидающей рабочее колесо. Мы определяем гидравлический КПД как:

(10.11)η=u1q1cos β1−u2q2cos β2gh

Максимальный КПД достигается, когда жидкость выходит из рабочего колеса под прямым углом к ​​направлению движения лопаток, т. е. когда β 2 = π/2, так что cos β 2 = 0. Затем уравнение 10.11 сводится к

(10.12)ηmax=u1q1cos β1gh

10.5.1 Выбор гидротурбины

Выбор гидротурбины зависит от условий на участке, в частности, от напора воды h и расход Q. На рис. 10.8 показано, какая турбина наиболее подходит для любого конкретного сочетания напора и расхода.Импульсные турбины подходят для больших h и низкой добротности, т.е. быстрые горные ручьи. Турбины Каплана подходят для низких значений h и больших значений Q (например, в руслах рек), а турбины Фрэнсиса обычно предпочтительнее для больших значений Q и больших значений h, например плотины. Полезным параметром для выбора наиболее подходящей турбины является номер формы (или типа) S.

Рисунок 10.8. Выбор турбины по напору h и объемному расходу Q

Двигатели

Что такое воздухоплавание? | Динамика полета | Самолеты | Двигатели | История полета | какой это УЭТ?
Словарь | Весело и игры | Образовательные ссылки | Урок Ланс | Индекс сайта | Дом

Двигатели

Как работает реактивный двигатель?


НОВИНКА!
Видео «Как работает реактивный двигатель».

Мы считаем само собой разумеющимся, насколько легко самолет весом более половины миллион фунтов отрывается от земли с такой легкостью. Как это происходит? Ответ прост. Это двигатели.

Позвольте Терезе Беньо из Исследовательского центра Гленна НАСА объяснить подробнее…

Как указано в НАСА Пункт назначения Завтра.


Реактивные двигатели двигают самолет вперед с большой силой, создаваемой огромная тяга и заставляет самолет лететь очень быстро.

Все реактивные двигатели, которые также называются газовые турбины, работают по тому же принципу. Двигатель всасывает воздух спереди с помощью вентилятора. Компрессор повышает давление воздуха. Компрессор изготовлен с множеством лопастей, прикрепленных к валу. Лопасти вращаются с большой скоростью и сжимают или сжимают воздух. Сжатый затем воздух распыляется топливом, и электрическая искра зажигает смесь. То горящие газы расширяются и выбрасываются через сопло в задней части двигателя.Когда струи газа выбрасываются назад, двигатель и самолет устремляются вперед. Когда горячий воздух направляется к соплу, он проходит через другую группу лопастей. называется турбиной. Турбина крепится к тому же валу, что и компрессор. Вращение турбины приводит к вращению компрессора.

На изображении ниже показано, как воздух проходит через двигатель. Воздух проходит через ядра двигателя, а также вокруг ядра.Это приводит к тому, что часть воздуха быть очень жарко, а некоторые быть прохладнее. Затем холодный воздух смешивается с горячим воздуха в районе выходного отверстия двигателя.

 

Это изображение того, как воздух проходит через двигатель

Что такое тяга?

Тяга поступательная сила, которая толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед. Сэр Исаак Ньютон обнаружил, что «для каждого действия существует равное и противоположная реакция». Этот принцип используется в двигателе. в большом объеме воздуха. Воздух нагревается, сжимается и замедляется. Воздух прогоняется через множество вращающихся лопастей. Смешивая этот воздух со струей топлива, температура воздуха может достигать трех тысяч градусов. То энергия воздуха используется для вращения турбины. Наконец, когда воздух уходит, он выталкивается из двигателя назад.Это заставляет самолет двигаться вперед.

Детали реактивного двигателя

Вентилятор — Вентилятор является первым компонентом в турбовентиляторный. Большой вращающийся вентилятор всасывает большое количество воздуха. Большинство лезвий вентилятора изготовлены из титана. Затем он ускоряет этот воздух и разделяет его на две части. Одна часть продолжается через «сердцевину» или центр двигателя, где на него воздействуют другие компоненты двигателя.

Вторая часть «обходит» ядро ​​двигателя. Он проходит через канал который окружает ядро ​​​​к задней части двигателя, где он производит большую часть сила, толкающая самолет вперед. Этот более прохладный воздух помогает успокоиться двигатель, а также добавление тяги к двигателю.

Компрессор — Компрессор первый. компонент ядра двигателя. Компрессор состоит из вентиляторов с множеством лопастей. и крепится к валу.Компрессор сжимает поступающий в него воздух. площади постепенно уменьшаются, что приводит к увеличению атмосферного давления. Этот приводит к увеличению энергетического потенциала воздуха. Сжатый воздух нагнетается в камеру сгорания.

Камера сгорания — В камере сгорания воздух смешивается топливом, а затем загорелся. Есть целых 20 форсунок для распыления топлива в воздушный поток. Смесь воздуха и топлива воспламеняется.Это обеспечивает высокий температура, мощный воздушный поток. Топливо сгорает с кислородом в сжатом воздуха, образуя горячие расширяющиеся газы. Внутренняя часть камеры сгорания часто изготавливается керамических материалов для обеспечения термостойкой камеры. Тепло может достигать 2700°.

Турбина — Поток воздуха с высокой энергией приближается из камеры сгорания поступает в турбину, заставляя лопатки турбины вращаться. Турбины соединены валом для вращения лопаток компрессора и для вращения впускного вентилятора спереди.Это вращение забирает энергию у поток высокой энергии, который используется для привода вентилятора и компрессора. Газы вырабатываемые в камере сгорания, движутся через турбину и раскручивают ее лопасти. Турбины реактивного самолета вращаются тысячи раз. Они закреплены на валах которые имеют несколько комплектов шарикоподшипников между ними.

Сопло — Форсунка – это выпускной канал двигатель. Это часть двигателя, которая фактически создает тягу для самолет.Энергетически обедненный воздушный поток, прошедший через турбину, в дополнение к более холодный воздух, миновавший сердцевину двигателя, создает силу при выходе из сопло, которое толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед. Сочетание горячего воздуха и холодного воздуха выбрасывается и производит выхлоп, что вызывает тягу вперед. Перед соплом может стоять смеситель , который сочетает в себе высокотемпературный воздух, поступающий из ядра двигателя, с более низкая температура воздуха, пропущенного через вентилятор.Миксер помогает сделать двигатель тише.

Первый реактивный двигатель — А Краткая история ранних двигателей

Сэр Исаак Ньютон в 18 веке был первым предположил, что взрыв, направленный назад, может привести в движение машину вперед с огромной скоростью. Эта теория была основана на его третьем законе движение. Когда горячий воздух устремляется назад через сопло, самолет движется вперед.

Анри Жиффар построил дирижабль с двигателем первым авиационным двигателем, паровой машиной мощностью в три лошадиные силы. Это было очень тяжелый, слишком тяжелый, чтобы летать.

В 1874 году Felix de Temple построил моноплан. который пролетел всего лишь короткий прыжок вниз с холма с помощью паровой машины, работающей на угле.

Отто Даймлер , изобретен в конце 1800-х годов первый бензиновый двигатель.

В 1894 году американец Хирам Максим пытался оснастить свой тройной биплан двумя паровыми двигателями, работающими на угле.Это только пролетел несколько секунд.

Первые паровые машины приводились в действие нагретым углем и, как правило, слишком тяжел для полета.

Американский Сэмюэл Лэнгли сделал модель самолета которые приводились в движение паровыми двигателями. В 1896 году он успешно летал на беспилотный самолет с паровым двигателем, именуемый Аэродром . Он пролетел около 1 мили, прежде чем выдохся. Затем он попытался построить полный размерный самолет Aerodrome A, с газовым двигателем.В 1903 году он разбился сразу после спуска с плавучего дома.

В 1903 году братьев Райт летал, Летчик , с бензиновым двигателем мощностью 12 лошадиных сил двигатель.

С 1903 года, года первого полета братьев Райт, до конца 1930-х гг. газовый поршневой двигатель внутреннего сгорания с воздушным винтом. единственное средство, используемое для приведения в движение самолетов.

Это был Фрэнк Уиттл , британский пилот, который разработал и запатентовал первый турбореактивный двигатель в 1930 году.Первый успешный полет двигателя Уиттла в мае 1941 года. Этот двигатель отличался многоступенчатым компрессором и камеру, одноступенчатую турбину и сопло.

В то же время, когда Уиттл работал в Англии, Ханс фон Охайн работал над подобным проектом в Германии. Первый самолет, успешно использование газотурбинного двигателя было немецким Heinkel He 178, август 1939 года. Это был первый в мире турбореактивный двигатель. полет.

General Electric построила первый американский реактивный двигатель для ВВС США. Реактивный самолет . Именно экспериментальный самолет ХР-59А совершил первый полет в октябре 1942 года.

Типы реактивных двигателей

Турбореактивные двигатели

Основная идея турбореактивный двигатель просто.Воздух, поступающий из отверстия в передней части двигателя сжимается в 3-12 раз по сравнению с исходным давлением в компрессоре. Топливо добавляется в воздух и сжигается в камере сгорания. повысить температуру жидкой смеси примерно до 1100–1300 °F F. Полученный горячий воздух проходит через турбину, которая приводит в действие компрессор. Если турбина и компрессор исправны, давление на выходе из турбины будет почти в два раза выше атмосферного давления, и это избыточное давление направляется к соплу для создания высокоскоростного потока газа, создающего тягу.Значительное увеличение тяги может быть получено за счет использования форсаж. Это вторая камера сгорания, расположенная после турбины и перед сопло. Форсажная камера повышает температуру газа перед соплом. Результатом этого повышения температуры является увеличение примерно на 40 процентов по тяге на взлете и гораздо больший процент на высоких скоростях, как только самолет находится в воздухе.

Турбореактивный двигатель является реактивным двигателем.В реактивной машине расширяющиеся газы сильно надавите на переднюю часть двигателя. Турбореактивный двигатель всасывает воздух и сжимает или сжимает его. Газы проходят через турбину и заставляют ее вращаться. Эти газы отскакивать назад и стрелять из задней части выхлопа, толкая самолет вперед.

Изображение турбореактивного двигателя

Турбовинтовой

А турбовинтовой двигатель представляет собой реактивный двигатель, прикрепленный к воздушному винту.Турбина на задняя часть вращается горячими газами, и это приводит в движение вал, приводящий в движение пропеллер. Некоторые небольшие авиалайнеры и транспортные самолеты оснащены турбовинтовыми двигателями.

Как и турбореактивный, турбовинтовой двигатель состоит из компрессора, камера и турбина, давление воздуха и газа используется для запуска турбины, которая затем создает мощность для привода компрессора. По сравнению с турбореактивным двигателем, турбовинтовой двигатель имеет лучшую двигательную эффективность при скоростях полета ниже примерно 500 миль в час.Современные турбовинтовые двигатели оснащены воздушными винтами, имеют меньший диаметр, но большее количество лопастей для эффективной работы при гораздо более высоких скоростях полета. Чтобы приспособиться к более высоким скоростям полета, лопасти имеют форму ятагана с загнутыми назад передними кромками на концах лопастей. Двигатели с такими винтами называются винтовентиляторы .

Изображение турбовинтового двигателя

ТРДД

А турбовентиляторный двигатель имеет большой вентилятор спереди, который всасывает воздух. Большая часть воздуха обтекает двигатель снаружи, что делает его работу тише. и давая больше тяги на малых скоростях. Большинство современных авиалайнеров оснащены турбовентиляторами. В ТРД весь воздух, поступающий во впуск, проходит через газогенератор, состоящий из компрессора, камеры сгорания и турбина. В турбовентиляторном двигателе только часть поступающего воздуха попадает в камера сгорания. Остаток проходит через вентилятор или компрессор низкого давления. и выбрасывается непосредственно в виде «холодной» струи или смешивается с выхлопом газогенератора. для создания «горячей» струи.Целью такой обходной системы является увеличение тяги без увеличения расхода топлива. Это достигается за счет увеличения суммарный расход воздушной массы и снижение скорости при том же суммарном запасе энергии.

Изображение турбовентиляторного двигателя

Турбовальные валы

Это еще одна форма газотурбинного двигателя, который работает так же, как турбовинтовой. система.Он не приводит в движение пропеллер. Вместо этого он обеспечивает питание вертолета. ротор. Турбовальный двигатель устроен так, что скорость вертолета ротор не зависит от скорости вращения газогенератора. Это позволяет скорость ротора должна оставаться постоянной, даже если скорость генератора менялись, чтобы модулировать количество производимой мощности.

 

Изображение турбовального двигателя

ПВРД

ПВРД — это самый простой реактивный двигатель и не имеет движущихся частей.Скорость реактивного «тарана» или нагнетает воздух в двигатель. По сути, это турбореактивный двигатель, в котором вращается техника исключена. Его применение ограничено тем, что его степень сжатия полностью зависит от скорости движения вперед. ПВРД не развивает статических тяга и очень небольшая тяга вообще ниже скорости звука. Как следствие, ПВРД требует некоторой формы вспомогательного взлета, например, другого самолета. Он использовался в основном в системах управляемых ракет.Космические аппараты используют это тип струи.

Изображение прямоточного воздушно-реактивного двигателя

 

Вернуться к началу

Что такое воздухоплавание? | Динамика полета | Самолеты | Двигатели | История полета | Что такое УЭТ?
Словарь | Весело и игры | Образовательные ссылки | Урок Планы | Индекс сайта | Дом

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.