Чем турбина отличается от компрессора: ✔Чем турбина отличается от турбокомпрессора?

Турбокомпрессор или механический нагнетатель?

Многие автолюбители очень часто задаются вопросом касательно того, какое решение окажется в итоге лучшим-турбина или компрессор? Такой вопрос может возникнуть как при выборе нового автомобиля, так и при покупке машины б/у. Не менее часто с задачей такого выбора сталкиваются и любители тюнинга.

Рекомендуем также прочесть статью о тюнинге топливной системы. Из этой статьи вы узнаете об устройстве системы, выборе форсунок и топливного насоса для форсированных двигателей.

Стоит отметить в самом начале, что оба устройства одновременно имеют как ряд определенных преимуществ, так и недостатков. Все это однозначно влияет на конечный выбор. Отличия указанных систем заключаются не только во внешнем виде, форме, весе, способе крепления на двигателе и габаритах, но и в главных принципах работы. Не всегда однозначно просто выявить все главные критерии при выборе того или иного устройства. Давайте разбираться в этом вопросе более подробно.

Содержание статьи

Механический нагнетатель и турбокомпрессор

Турбина представляет собой ротационный двигатель, особенностью которого является его постоянная и беспрерывная работа. Ранние попытки создать турбину предпринимались еще на заре развития человечества, но качественная реализация стала возможна только в 19 веке. Эпоха развития машиностроения позволила создать первые турбины, которые были паровыми. Турбина осуществляет преобразование кинетической энергии пара, газов или воды в полезную механическую работу. Турбины нашли свое применение во многих устройствах, а также стали неотъемлемой частью различных видов транспорта. Это касается как наземных средств передвижения, так и морских судов наряду с воздушными летательными аппаратами.

Если говорить о компрессоре, то конструктивно устройство может иметь разные модификации и успешно применяется во многих промышленных областях. Главной его задачей становится сжатие и подача газа под давлением.

Дальнейшее развитие технологий привело к появлению своеобразного симбиоза турбины и компрессора. Разработка турбокомпрессора позволила значительно повысить КПД и мощность двигателей.

Как известно, получить максимальную мощность мотора без увеличения его объема можно при помощи принудительного нагнетания в камеру сгорания большего количества воздуха. Остается только подать больше топлива и мощность силового агрегата существенно возрастет. Как показывают приведенные в различных источниках данные, в среднем компрессор обеспечивает прибавку мощности до 50% и обеспечивает около 30% прироста крутящего момента.

Сейчас механические и турбокомпрессоры устанавливаются отдельно и даже в совокупности для увеличения мощности двигателя легковых и грузовых автомобилей. Их ставят на бензиновые и дизельные агрегаты. Данные решения являются оптимальным и наиболее экономичным вариантом прибавки «лошадей» в том случае, если нужно качественно увеличить мощность ДВС без увеличения объема цилиндров.

С этой задачей успешно и по отдельности может справиться как полностью механический, так и турбокомпрессор. Но какое из этих решений лучше? Давайте сравним механический компрессор и турбокомпрессор.

Компрессор VS турбина

Разница между турбиной и компрессором наглядно продемонстрирована в тех отличиях, которые имеются у ряда устройств подобного типа.

К основным преимуществам компрессора заслуженно относят бесперебойное и равномерное сгорание рабочей смеси. Это качественно влияет на правильность работы всего двигателя и исключает ряд неисправностей, которые могут потенциально возникнуть в процессе эксплуатации такого мотора.
Основным преимуществом турбины является то, что она не имеет привода от двигателя и питается от энергии выхлопных газов. Это не вызывает потери мощности. Компрессор же берет энергию от двигателя, отнимая при этом до 30% его мощности. Справедливости ради стоит добавить, что эта потеря наиболее проявляется в режиме максимальных нагрузок на ДВС.
Процесс установки турбины на двигатель является крайне сложным и трудоемким. Не менее сложна и настройка турбокомпрессора, которая потребует существенных финансовых затрат, установки многочисленного дополнительного оборудования и большого количества времени. Еще одним нюансом является то, что перед установкой турбокомпрессора как сам двигатель, так и в ряде случаев трансмиссию нужно существенно и основательно доработать, подготовить к таким сильно возросшим нагрузкам. Если говорить о механическом компрессоре, то двигатель и КПП также дорабатывают, но делается это далеко не всегда, а сама доработка может быть поверхностной.

Установить компрессор в подкапотное пространство и далее качественно его настроить намного проще, а еще легче произвести последующий правильный подбор параметров необходимой для нормальной работы мотора топливовоздушной рабочей смеси. Установка компрессора облегчена еще и тем, что имеются уже готовые комплекты для решения этой задачи.
Если турбину в автомобиле нужно настраивать только при помощи квалифицированного специалиста или самостоятельно обладать специальными знаниями, то компрессор не потребует специального оборудования, знаний и навыков. Такие особенности еще более упрощают процесс установки механического наддува.
Автомобильный турбокомпрессор излишне требователен к смазке и качеству ГСМ. Необходимо реализовать подвод масла под давлением, намного чаще менять указанное масло, организовать слив масла в поддон. Все это увеличивает расходы на последующее содержание авто и на работы по установке турбонаддува. Межсервисные интервалы по замене масла заметно сокращаются. Если не обслуживать турбомотор с завидной регулярностью, тогда машина относительно быстро ответит неисправностями и дополнительными проблемами. Компрессор в этом плане намного менее требователен к качеству топлива и ГСМ.
За турбиной требуется особый уход. Решение подразумевает целый список периодических процедур по обслуживанию. Механическому компрессору же главное обеспечить только чистоту поступающего воздуха, да и то применительно к кулачковым и шнековым решениям.
Турбина демонстрирует негативный эффект на низких оборотах, который называется «турбояма». При низком количестве оборотов от турбины ожидать чудес вовсе не стоит. Только средние и максимальные обороты позволяют добиться полной отдачи от силовой установки. В режиме повседневной эксплуатации в городе это не всегда удобно.

Автовладелец вполне может приобрести турбины новейшего поколения, которые лишены в большей мере такого недостатка и не так сильно зависят от оборотов ДВС, но и сумма итоговых затрат после покупки и доработок будет внушительной. Компрессор по своей производительности не зависит от оборотов машины и выходит на наддув при низких оборотах, обеспечивая при этом прогнозируемую мощность при любой скорости.

Компрессор представляет собой отдельное и независимое устройство в конструкции всего ДВС, что упрощает процесс его демонтажа, обслуживания и проведения ремонтных работ. Обслуживать компрессор относительно просто, так что намного более доступно получить качественный, менее затратный и квалифицированный ремонт элемента в случае необходимости.
К плюсам турбины можно заслуженно отнести более высокие обороты сравнительно с компрессором. Но и уровень нагрева турбонаддува намного выше, а перегревается турбина заметно быстрее. Это негативно сказывается на всей работе и состоянии двигателя. Износ мотора при повышенных температурных режимах повышается, а также существенно возрастают требования к системе охлаждения ДВС.
Компрессор выходит на эффективный показатель практически сразу же после момента запуска двигателя. В этом заключается его безусловное преимущество. Турбина же на низких оборотах работать не будет. При этом не стоит забывать о том, что компрессор отнимает мощность у двигателя, а вот турбина не снимает с мотора часть мощности от дополнительной нагрузки.
К минусам компрессора однозначно относится повышенный расход топлива по сравнению с турбинами. КПД компрессора также заметно меньше. В плане топливной экономичности турбина в автомобиле представляется лучшим вариантом.
От двигателя компрессор приводится в действие приводным ремнем или цепью, что требует периодического обслуживания элемента. Если говорить о турбине, то затраты на её обслуживание по сравнению с уходом за компрессором все равно намного больше.
Подобрать компрессор или готовый комплект установки в свободной продаже однозначно проще и легче. На современном рынке представлен широкий выбор компрессоров различного типа. Выбор турбин сильно ограничен по сравнению с аналогичным выбором компрессоров.
Высококачественная современная турбина в ряде случаев стоит дороже механического компрессора. Несмотря на это, большинство автомобилей оснащаются именно турбонаддувом, так как турбина намного качественнее повышает производительность ДВС.

Что получается в итоге

Компрессор обеспечивает более правильную и стабильную работу двигателя во всех режимах работы, продлевается долговечность мотора;
Турбина не отнимает процент общей мощности ДВС;
Компрессор проще установить и настроить;
Турбина потребует организации подвода и слива масла;
Компрессор имеет постоянную отдачу, а турбина зависит от оборотов ДВС;
Турбина потребует регулярной диагностики и обслуживания, компрессор проще обслуживать;
Компрессор потребляет больше топлива и демонстрирует меньший показатель КПД сравнительно с турбиной;
Турбина устанавливается в двигатель с доработками, компрессор же представлен полностью отдельным устройством и обеспечивает простоту при монтаже;
Турбина предоставляет лучшие показатели на высоких и максимальных оборотах и пиковых скоростных режимах; Компрессор выделяется подхватом в самом «низу»;
Компрессор можно свободно подобрать и приобрести, причем сделать это можно практически под любую модель авто, а вот выбор турбин заметно ограничен;
Стоимость компрессора и его установки получается более доступной по сравнению с турбиной;

Как вы уже поняли из всего вышесказанного, установка любого типа компрессора является не самой простой задачей. Перед установкой стоит тщательно взвесить все «за» и «против» относительно каждого из доступных решений по обеспечению наддува, а также просчитать необходимые итоговые показатели мощности в соответствии с поставленной задачей.

Сегодня же оптимальным можно считать систему двойного наддува, когда на одном моторе задействованы механический компрессор и турбонаддув одновременно. При этом устройства работают на разных оборотах, обеспечивая максимум эластичности и комфорта в широком диапазоне оборотов двигателя.

Чем отличается турбина от компрессора

Зачастую перед автомобилистом возникает вопрос: что лучше выбрать – турбину или компрессор? Оба устройства имеют как определенные достоинства, так и недостатки, напрямую влияющие на выбор. Например, их отличия можно заметить не только во внешнем виде, но и в принципах работы, что, собственно, и является главным критерием при выборе устройства.

Определение

Турбина – ротационный двигатель, особенность которого заключается в беспрерывной работе. Ротор преобразует кинетическую энергию пара, газа или воды в механическую. Сегодня турбины активно применяются в качестве основного элемента привода самых различных транспортов (наземных, морских и воздушных). Как бы это не казалось невероятным, но попытка создать механизм, похожий на современную турбину, была предпринята еще до нашей эры. И лишь в конце 19 века с развитием термодинамики и машиностроения стали появляться паровые турбины, отличающиеся в первую очередь высокой функциональностью.

Турбина

Компрессор может быть разным и применяться в самых различных областях промышленности. Он необходим для сжатия и подачи газов (в том числе воздуха) под давлением. Это устройство были придуманы для того, чтобы заметно повысить максимальную мощность двигателя, ведь в камеру сгорания нагнетается больше воздуха. В результате в цилиндр попадает больше топлива, что в свою очередь означает то, что конечная цель достигнута.

Компрессор

Для наглядности можно привести некоторые цифры: в среднем компрессор позволяет добавить мощности примерно на 46 процентов (плюс 31 процент крутящего момента).

Сейчас эти устройства активно применяются для увеличения мощности двигателя как легковых, так и грузовых автомобилей. На сегодняшний день компрессоры являются наиболее оптимальным и экономичным вариантом для тех, кто хочет увеличить мощность двигателя, прибавить ему определенное количество лошадиных сил.

к содержанию ↑

Сравнение

Когда речь заходит о выборе компрессора или турбины, человек в первую очередь смотрит на основные признаки отличия, которые имеются у данных устройств:

Одним из главных преимуществ компрессора является обеспечение бесперебойного сгорания примеси. Это напрямую влияет на правильную работу двигателя в целом, помогает избежать различных неприятностей, связанных с поломкой.
В свою очередь определенные преимущества имеет и турбина: она не влияет на потерю лошадиных сил, в то время как компрессор этим похвастать не может. Правда, стоит заметить, что речь идет общей выходной мощности двигателя (потеря при компрессии составляет до 20 процентов).
Установка и настройка турбины – довольно сложный процесс, требующий значительных временных и денежных затрат. Кроме того, необходимо несколько видоизменить силовой агрегат. Для сравнения, чтобы использовать компрессор, необходимо фактически только одно – правильный подбор примеси. Установка осуществляется очень легко.
Если говорить о турбине в автомобиле, то без помощи специалиста установить ее не получится. Для компрессора не нужно специальное оборудование и знания. Это значительно упрощает процесс.
Турбина в автомобиле имеет существенный недостаток — она требует частый подвод масла под давлением, что увеличивает расходы на содержание транспорта. Если не проводить данную манипуляцию с определенной регулярностью, то автомобиль быстро ломается, создавая дополнительные проблемы. Компрессор в этом не нуждается.
Турбина требует особого ухода. Чтобы она работала надлежащим образом, автовладельцу придется раз в месяц посещать мастерскую, если он не имеет необходимого опыта.
Турбине необходима полноценная привязка к двигателю автомобиля. Если транспорт выдает небольшое количество оборотов, то от турбины практически нет толка. Лишь выжимая максимальные обороты, можно добиться хорошей мощи. Безусловно, автовладелец сейчас может купить устройство, которое работает вне зависимости от скорости автомобиля, но такая турбина стоит приличную сумму.
Работа компрессора не зависит от оборотов машины, он выдает фиксированную мощь при любой скорости.
Компрессор является независимым устройством в автомобиле, за счет чего упрощается процесс обслуживания и ремонта. Даже не имея большого опыта, практически каждый автовладелец может самостоятельно почить агрегат.
Турбина может набирать более высокие обороты, чем компрессор. Но и нагревается она на существенно быстрее, что ставит под удар двигатель. От такой работы он быстро изнашивается.
Компрессор приводится в действие сразу же после запуска двигателя. Это безусловное преимущество над турбиной, которая без движения транспорта работать не будет. Но вместе с этим, компрессор приводит в действие и весь двигатель. Турбина, напротив, освобождает «сердце» автомобиля от дополнительной нагрузки.
Компрессоры расходуют больше топлива, чем турбина. И КПД у них намного меньше. То есть турбина в автомобиле работает на полную мощь, не растрачивая бензин.
Компрессор приводится в действие ремнем, так как он является механическим нагнетателем. Турбина раскручивается выхлопными газами автомобиля, которые крутят две крыльчатки, соединенные между собой валом.
Если решитесь на покупку компрессора для автомобиля, то знайте, что на рынке его огромный выбор. Турбина же не имеет такого достоинства.
Наконец, турбина стоит на значительно дороже компрессора. Этот фактор и обуславливает высокую популярность устройства на российском рынке.

к содержанию ↑

Выводы TheDifference.ru

Компрессор обеспечивает правильную работу двигателя (бесперебойное сгорание примеси).
Турбина не влияет на потерю лошадиных сил (общая выходная мощность силового агрегата).
В степени сложности установки и настройки устройства. В этом плане преимущество у компрессора.
Турбина требует подвод масла, что влияет на всю работу автомобиля.
За турбиной придется постоянно ухаживать и проводить диагностику.
Турбина устанавливается напрямую в двигатель, а компрессор является самостоятельным устройством.
Компрессор имеет фиксированную мощность, а работа турбины зависит от оборотов автомобиля.
Турбина способна разогнать автомобиль на большую скорость, чем компрессор.
Компрессор расходует больше топлива с меньшим КПД, чем у турбины.
Компрессор можно подобрать под любую модель автомобиля, а у турбины небольшой выбор.
Стоимость самой турбины и ее установки выше цены компрессора.

Чем отличается турбина от механического компрессора

Еще будучи на школьной скамье, Вам рассказывали о том, что мощность устройства зависит от его габаритов – чем меньше по размеру механизм, чем меньшую мощность он будет выдавать. Но как же сделать так, чтобы этот принцип работал наоборот? Именно эта проблема долгое время не давала спать инженерам. Выходом из сложившейся ситуации стала установка в двигатель дополнительного устройства – компрессора. Благодаря компрессору в камеру сгорания поступало больше кислорода, от чего росло давление в поршне, а от этого увеличивалась мощность. Так же активно, как и компрессоры, стали использовать турбину, главной целью которой было обогащение горючего. Выходит, что цели у обеих устройств одинаковы, но все же разница между ними есть. Какая же?

Сфера применения и особенности эксплуатации турбины и компрессора

Для того, чтобы ответить на вопрос что же лучше – компрессор или турбина, нужно полностью разобраться в том, как устроены эти два приспособления. С конструкторской точки зрения, турбина является двигателем, который постоянно пребывает в движении за счет того, что энергия пара или жидкости преобразуется в энергию механическую. Выхлопы, которые образуются после сгорания топлива, заставляют колесо турбины вращаться по валу, на противоположном конце которого расположен центробежный насос, нагнетающий еще большое воздуха в цилиндры.

Для охлаждения сжатого турбиной воздуха необходимо использовать еще один радиатор – интеркулер. Турбины сегодня очень активно используются как основной элемент привода самых разнообразных транспортных средств (как наземных, так и воздушных, и морских). К сожалению, турбина является достаточно дорогим удовольствием, к тому же устроена она не самым простым образом, если брать во внимание два аспекта – установку в движок и подвод маслопроводов. Также к недостаткам данного механизма можно отнести и необходимость полной привязки к движку, так как турбина – устройство стационарное. К тому же на низких оборах турбина практически незаметна, результат ее работы можно заметить только на больших оборотах.

Компрессоры бывают разными, от чего могут применяться в разных областях. Прежде всего, компрессор нужен для того, чтобы сжимать и подавать воздух и другие газы под давлением. Главной целью разработки такого устройства было повышение отметки максимальной мощности двигателя за счет нагнетания большего количества воздуха в камеру сгорания. Благодаря этому в цилиндр поступает больший объем топлива, то есть двигатель будет работать с большей мощностью.

Различают компрессоры внешнего и внутреннего сжатия. Устройства первого типа отлично подходят для нагнетания большого объема воздуха на низких оборотах. Минусом такого механизма является тот факт, что подобный компрессор самостоятельно не нагнетает давление, отчего может возникнуть обратный поток. Компрессор внешнего сжатия воздействует на газ со сравнительно низким КПД.

В случае использования компрессоров внутреннего сжатия обратные потоки возникают достаточно редко. Подобные механизмы крайне эффективны при высоких оборотах, но могут заклинивать при перегревании. И компрессор, и турбина могут повысить максимальную мощность двигателя на 15 – 25%.

Сравнение турбины и компрессора

Чтобы определить, в чем заключается разница между этими двумя устройствами, нужно перечистить главные отличительные свойства как турбины, так и компрессора:

- Одно из наиболее весомых преимуществ компрессоров является непрерывность процесса сгорания топливно-воздушной смеси. От этого сильно зависит правильной работы автомобильного двигателя, а вероятность возникновения различного рода поломок сводится к минимуму;

- У турбины также есть ответный плюс – ее наличие никак не влияет на утерю лошадиных сил, а вот компрессор на подобное явление может повлиять. Но имеет смысл упомянуть в том, что это касается общей исходной мощности движка – если в машине стоит компрессор, то мощность упадет на 20%;

- Чтобы установить и настроить турбину, Вам потребуется помощь специалиста. Самостоятельно Вы не справитесь с этим достаточно сложным и требующим определенных знаний и навыков процессом. А вот чтобы установить компрессор, потратить много сил не нужно будет;

- У турбины есть один очень существенный минус – к ней необходимо часто подводить масло под давлением, а это влечет за собой дополнительные расходы на содержание машины. Если не соблюдать периодичность в проведении данной процедуры, то авто быстро сломается, от чего денег на восстановление нужно будет потратить еще больше. Подобную процедуру с компрессором проводить не нужно;

- В вопросе ухода за турбиной требуется особый подход. Дабы ее работа была правильной, придется раз в месяц ездить к специалисту, чтобы он провел диагностику;

- Турбина полностью привязана к двигателю в плане питания. Если машина дает малые обороты, то толку от турбины нет никакого. Только если выжать из машины максимум, то турбина «покажет» свою мощь. Сегодня на рынке есть такие турбины, работа которых не зависит от того, с какой скоростью двигается машина. Но такое устройство будет стоить приличную сумму;

- Компрессор работает вне зависимости от того, сколько оборотов выдает движок, его мощность фиксирована;

- Обслуживать и ремонтировать компрессор легче, так как это устройство независимо. Починить устройство сможет даже автовладелец без опыта;

- Развиваемые турбиной обороты выше, чем у компрессора. Но нагревается турбина быстрее и сильнее, поэтому под ударом оказывается двигатель автомобиля. Из-за такого явления движок может быстрее износиться;

- Компрессор начинает работать, как только запускается двигатель. В этом заключается огромное преимущество компрессора над турбиной, не работающая в случае, если машина стоит. Но вот с запуском компрессора запускается и движок, а вот под действием турбины на двигатель, наоборот, освобождается от дополнительных нагрузок;

- На работу компрессора уйдет больше горючего, нежели на работу турбины. Также коэффициент полезного действия у компрессора ниже, чем у турбины. Если говорить простым языком, то турбина работает на полную мощность, а бензин при этом не растрачивается;

- Компрессор начинает работать под воздействием механического нагнетателя – ремня. На турбину же действуют выхлопные газы, под действием которых начинают крутиться две крыльчатки, которые соединяются между собой с помощью вала;

- Количество моделей компрессоров на рынке очень велико, а вот турбин не так-то уж и много;

- Колоссальная разница в цене. За турбину придется выложить значительно больше, чем за компрессор. Именно поэтому второе устройство гораздо популярней, нежели первое.

Разница оборотов турбины и компрессора

Ранее уже упоминалось о том, что для работы компрессора достаточно минимальных оборотов, а вот турбина в таких условиях работать не будет. Зачастую, турбине нужно не менее 3500 оборотов в минуту для того, чтобы нагнать давление. Компрессор же не может расходовать горючее экономно. Когда Вы разгоняете машину, то компрессор будет работать эффективно слишком непродолжительное время.

Турбина запускается спустя немного времени, сначала будет ощущаться «яма», но через время она исчезнет. В итоге: если Вы предпочитаете быстро ездить, а Ваша машина ездит на бензине, то можете смело устанавливать компрессор и радоваться жизни. В случае дизельного движка, необходимо устанавливать турбину. Благодаря компрессору топливно-воздушная смесь будет подаваться непрерывно, но ощутимыми будут потери в мощности. При турбине такого явления не будет.

Чтобы турбина оставалась работоспособной, нужно проводить диагностику устройства у специалистов. Иначе можно получить вышедшую из строя систему. Турбине нужен дополнительный охладитель – интеркулер, так как воздушный поток нагрет очень сильно. Устанавливать еще один радиатор – вопрос достаточно сложный, так как найти место для монтажа проблематично. КПД у компрессора немного меньше, нежели у турбины. Сегодня люди отдают предпочтение не громоздким и прожорливым внедорожникам, а небольшим и экономичным автомобилям. Потому, как цена на бензин и дизельное горючее растет очень быстро, очень популярными среди автомобилистов становятся силовые устройствами с турбинной установкой. Так можно сэкономить на горючем, но никак не на содержании машины.

И первое, и второе устройство имеет как плюсы, как и минусы. Сделать выбор предстоит Вам. от этого будет зависеть то, чем Вы пожертвуете – мощностью или деньгами.

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

Плюсы и минусы турбины и компрессора

И турбина, и компрессор решают одну задачу повышают производительность двигателя. Но выбрать между ними непросто. Ведь хочется получить одновременно и надежный агрегат, и существенный КПД. Какой из двух распространенных вариантов увеличения мощности автомобиля лучше? Чтобы ответить на вопрос, рассмотрим достоинства и недостатки турбины и компрессора на авто.

Принцип работы компрессора

Компрессор механический нагнетатель воздуха, появился раньше турбо, эффективный метод повышения мощности ДВС. Для его установки не нужно вмешиваться в устройство движка. Популярны три вида устройств наддува (отличаются способом подачи воздуха):

Роторный внутри два кулачковых вала. Небольшой прирост мощности.
Винтовой внутри два лопастных ротора. Более эффективный.
Центробежный внутри крыльчатка. Обеспечивает наибольшую прибавку мощности.

Механизм устанавливается рядом с мотором и запускается с помощью приводного ремня или цепи от коленчатого вала. Ремень или цепь оборачивают вокруг колеса, подключенного к ведущей шестеренке. Ротор компрессора захватывает воздух, сжимает его в меньшем пространстве и сбрасывает во впускной коллектор. Поскольку шестерня компрессора меньше по размерам, то и вращается с большей скоростью и соответственно подача воздуха увеличивается.

Плюсы и минусы компрессора

+ Долговечность и прочность конструкции.	‑ Не дает такой прибавки мощности, как турбина.
+ Повышает производительность на 10%.	‑ Многие модели для авто уже не производятся.
+ Не прихотлив в уходе. Может работать длительный промежуток времени.	‑ Обороты компрессора ограничены: 7 ‑ 8 тысяч, максимально 10-12 тыс. Прибавка производительности составит 10-12%.
+ Компрессор не вмешивается в двигатель. Это отдельное устройство, раскручивается только ремнями. Не нужны отработавшие газы.	‑ Потребляет до 20% общей мощности двигателя. Дает дополнительную нагрузку на мотор.
+ Без турбоямы.
+ Не работает при высоких температурах.
+ Можно монтировать самостоятельно.
+ Не расходует масло из двигателя.

Механический нагнетатель по стоимости обходится дешевле, да и ремонт компрессора будет стоить меньше.

Принцип работы турбины

Турбина сложный технологичный агрегат. Работает на энергии отработанных газов. Чтобы турбина работала, нужно соединить ее с глушителем и другими системами, а это вмешательство в строение двигателя. Ведь для смазки и охлаждения устройства наддува используется моторное масло. Выхлопы из выпускного коллектора через приемный патрубок попадают на горячую крыльчатку и раскручивают ее. Лопатки компрессора турбины, расположенного на одном валу с крыльчаткой, нагнетают давление. Холодная крыльчатка подает воздух в цилиндры принудительно и под высоким давлением. Скорость ее вращения достигает 200 240 тыс. об/мин. Больший объем топливно-воздушной смеси дает прирост мощности 25-45%. При этом габариты двигателя не изменяются.

Плюсы и минусы турбины

+ Высокая производительность ‑ 25-45% прироста мощности.	‑ Используется моторное масло для смазки турбины. Поэтому его нужно менять чаще на 30-40%.
+ Раскручивается до 200-240 тысяч оборотов. Это в 16 раз больше, чем у компрессора.	‑ Низкий ресурс ‑ 150 тыс. км.
	‑ Стоит дорого, а ремонт турбины иногда обходится в половину ее стоимости.
	‑ Работает при высоких температурах: 700-800 0С Цельсия (для дизелей) и 1000 0С (для бензиновых)
	‑ Турбине нужно давать время остыть, устанавливать турботаймеры.
	‑ Больший расход масла ‑ до 1 л на 10 тыс. км.

Поскольку есть разница в устройстве компрессора и турбины, то и во время их ремонта есть свои нюансы. Тонкости ремонта турбины Ремонт турбины сложнее и затратнее. Конструкция агрегата на первый взгляд кажется простой, но на самом деле имеет несколько нюансов:

Есть мелкие детали, которые важно правильно поставить, почистить, смазать.
Должен быть допустимый заводскими стандартами люфт ротора. Измерить его на точно, прикинув на глаз, невозможно.
Обязательна строгая балансировка всех вращающихся элементов (отдельно ротора, компрессорного колеса, турбины в сборке). Проводить балансировку желательно на специальном оборудовании с точными показателями частоты вращения.
Незначительное ослабление или перетяжка болтов приведет к дисбалансу элементов турбины и поломке.

Работа турбоагрегата зависит от исправности нескольких взаимосвязанных систем (топливной, воздушной и др), поэтому его ремонт лучше доверить специалистам. Производители устройств турбонаддува рекомендуют проводить диагностику турбины регулярно через несколько тысяч километров пробега. Тонкости ремонта компрессора Компрессор проще в эксплуатации. Он отделен от двигателя и не зависит от исправности всех сопутствующих систем. Конструкция устройства простая, детали выдерживают большие нагрузки. Механический нагнетатель не нужно проверять на специальном оборудовании. Диагностический осмотр компрессора можно проводить каждые 10 тыс. км пробега. Для этого не нужны особенные технические знания. В случае, когда вам сложно выбрать, какой автомобиль брать: с компрессором вместо турбины или наоборот, берите машину с двигателем TSI. На них нередко устанавливают оба устройства наддува.

Вернутся к списку "Статьи и новости"

Чем отличается турбина от компрессора

Кроме турбокомпрессоров, увеличить мощность силового агрегата можно также за счет механических нагнетателей, или компрессоров. Установка подобных устройств началось в перовой половине двадцатого века, сразу после начала повсеместной эксплуатации автомобилей. Сам принцип работы компрессора заключается в нагнетании дополнительного воздуха в цилиндр, за счет части крутящего момента, производимого последним. Для того, чтобы крутящий момент от двигателя передавался на компрессор, используется система шкивов и ременная передача. Именно в этой конструкции и принципе работы компрессора лежит его главное достоинство и его же главный недостаток.

Достоинство заключается в том, что жесткая система связи позволяет компрессору более оперативно реагировать на изменение режимов работы двигателя. Это обеспечивает его эффективную работу даже на малых оборотах. Ну, а главным недостатком этой конструкции является то, что для ее эффективной работы требуется крутящий момент, который отнимает мощность автомобиля.

В настоящее время существует несколько видов конструкции механических компрессоров. Первый вид – волновой, он разработан компанией Asea Brown Boweri, работающей в электротехнической отрасли. Таким компрессоров, в наши дни, оснащены серийные модели японского производителя Мазда. Волновой компрессор работает на принципе возникновения своеобразных волн, в месте встречи отработанных газов с окружающим воздухом. Данные волны создают давление, которое передается в специальные камеры ротора компрессора. Наибольшую известность получила подобная конструкция, представленная братьями Рутс, она имеет, вращающиеся в противоположных направлениях парные роторы.

Именно отсутствие механической жесткой связи с силовым агрегатом и является основным недостатком турбокомпрессоров. Низкие обороты приводят к заметному сокращению отработанных газов, и их становится недостаточно для поддержания адекватной работы компрессора. Кроме того, большую известность получило такое явление, как «турбо яма». Оно представляет собой замедленную реакцию компрессора на повышение оборотов силового агрегата. Возникает такое явление, когда вам необходимо резко ускорится, но реакция двигателя на педаль газа происходит не сразу. Это обусловлено тем, что роторам турбонаддува необходимо время для того, чтобы раскрутиться и обеспечить необходимый прирост мощности.

Именно механические компрессоры имеют самое маленькое время, затрачиваемое на изменение режима работы при увеличении передачи. Увеличение передаваемого воздуха происходит практически сразу после увеличения оборотов силового агрегата. Несколько большим временем реакции обладает волновой компрессор, а самым большим – турбокомпрессор. Однако, именно последние наиболее перспективны, в плане развития, и поэтому конструкторы постоянно работают над улучшением конструкции. Так, было предложено делать лопасти ротора более легкими, чтобы они легче раскручивались небольшими объемами отработанных газов на малых оборотах. Кроме того, снижается и инерция лопастей, что также делает набор необходимых оборотов более быстрым. Для этого, в индустрии производства турбокомпрессоров активно используются сверхлегкие материалы. Однако, материалы эти должны быть не только легкими, но и выдерживать высокие температуры. Эти условия соблюдены в керамических материалах, которые являются надежными и современными, а также позволяют делать тонкий корпус, ведь, при повреждении ротора, отломившиеся керамические части не смогут нанести корпусу серьезных повреждений, за счет своего небольшого веса.

Кроме того, оптимизировать систему нагнетания воздуха можно с помощью специального устройства. Это устройство регулирует давление воздуха на разных режимах работы силового агрегата. Смысл в том, чтобы автоматически увеличивать давление при повышении оборотов двигателя, и уменьшать при понижении. Регулирование давлением воздуха происходит с помощью управления перепускными клапанами.

На сегодняшний день, турбокомпрессоры занимают лидирующее положение среди устройств, повышающих мощность силового агрегата. В этой нише, ими были полностью вытеснены традиционные компрессоры. Такая уверенная побед произошла по той причине, что подобные двигатели обладают большей мощностью, компактностью и меньшим выбросом отравляющих веществ в атмосферу, за счет того, что выхлопные газы, совершая работу в турбине, значительно охлаждаются, в следствие чего сильно меняется их химический состав и понижается токсичность.

Компрессор или турбина что лучше выбрать для автомобиля: преимущества и недостатки этих агрегатов

В наше время очень актуально увеличивать скоростные показатели своего автомобиля. Наиболее распространённые варианты это установка компрессора или турбины: что лучше пробуем разобраться в этой статье.

Но для начала разберёмся с принципами работы, плюсами и минусами данных улучшений для двигателя.

Принцип работы компрессора

Существуют объёмные нагнетатели, они подают воздух в двигатель равными порциями независимо от скорости, что даёт преимущества на низких оборотах.

Нагнетатель

Компрессоры внешнего сжатия, очень хорошо подходят там, где требуется много воздуха на низких оборотах. Минус, это то, что давления он сам не создаёт и может создать обратный поток. Его сжатие имеет довольно низкий КПД.

Компрессоры внутреннего сжатия довольно хороши на высоких оборотах и имеет намного меньший эффект обратного потока. Из-за высоких требований к изготовлению имеют высокую цену, а при перегреве имеют шанс заклинивания.

Динамические нагнетатели работают при достижении, определённых оборотов, но зато с большой эффективностью.

Компрессоры работают от коленчатого вала двигателя с помощью дополнительного привода. И поэтому обороты компрессора зависят от оборотов двигателя.

Видео: устройство и принцип работы винтового компрессора.

Так, переходим к турбо-наддуву, чтобы определиться, что лучше компрессор или турбина.

Принцип работы турбины

Турбина работает за счёт энергии отработавших газов. Турбокомпрессор — это комбинирование турбины и центробежного компрессора.

Выхлопные газы с большей скоростью вращают колесо турбины на валу, а в другом конце вала находится центробежный насос, который нагнетает больше воздуха в цилиндры.

Чтобы охладить сжатый турбиной воздух, используют дополнительный радиатор — интеркулер.

Недостатки компрессора и турбины

Турбина хорошо подходит для обогащения кислородом топливной смеси. Но всё же имеет свои минусы:

турбина — это стационарное устройство и требует полную привязку к двигателю;
на малых оборотах она не даёт большой мощности, а только на больших способна показать всю свою мощь;
переход с малых оборотов до высоких называется турбо — ямой, чем большую мощность имеет турбина, тем больше будет эффект турбо — ямы.

В наше время уже имеются турбины, отлично работающие на высоких и на низких оборотах двигателя, но и цена у них соответственно приличная. При выборе компрессора или турбины, многие отдают предпочтение турбо-наддуву, независимо от цены.

Что же лучше — компрессор или турбина

С компрессором намного проще при установке и эксплуатации. Работает он на низких и на высоких оборотах. Также он не требует больших усилий или затрат при ремонте, так как в отличие от турбины, компрессор независимый агрегат.

Чтобы настроить турбину, понадобится хороший специалист для настройки под топливную смесь. А что бы настроить компрессор не нужно больших усилий, или каких либо профессиональных знаний, всё настраивается топливными жиклёрами.

Помимо всего, турбо-наддув довольно сильно нагревается, из-за своей особенности, развивать очень высокие обороты.

У приводных нагнетателей (компрессор), давление не зависит от оборотов и поэтому автомобиль очень чётко реагирует на нажатие педали газа, а это довольно ценное качество, когда машина разгоняется. Ещё они очень просты в своей конструкции.

Но есть недостатки и у компрессоров, моторы оборудованные нагнетателями с механическим приводом имеют большой расход топлива и меньший КПД, в сравнении с турбиной.

Также имеются большие различия в цене. Любая мощная турбина популярного производителя будет иметь большую стоимость и будет дорога в обслуживании. И к тому же требуется для её установки, немало дополнительного оборудования. Компрессору же, нужен только дополнительный привод.

Видео: как работает турбина и компрессор.

В любом случае решать вам, что лучше компрессор или турбина, взвесьте все положительные и отрицательные качества, и сделайте правильное решение!

Загрузка...

Турбокомпрессор: сердце системы наддува воздуха

Для повышения мощности двигателей внутреннего сгорания широкое применение находят специальные агрегаты — турбокомпрессоры. О том, что такое турбокомпрессор, каких типов бывают эти агрегаты, как они устроены и на каких принципах основана их работа, а также об их обслуживании и ремонте читайте в статье.

Что такое турбокомпрессор?

Турбокомпрессор — основной компонент системы агрегатного наддува двигателей внутреннего сгорания, агрегат для повышения давления во впускном тракте двигателя за счет энергии отработавших газов.

Турбокомпрессор применяется для повышения мощности двигателя внутреннего сгорания без коренного вмешательства в его конструкцию. Данный агрегат повышает давление во впускном тракте двигателя, обеспечивая подачу в камеры сгорания увеличенного количества топливно-воздушной смеси. В этом случае сгорание происходит при более высокой температуре с образованием большего объема газов, что приводит к повышению давления на поршень и, как следствие, к росту крутящего момента и мощностных характеристик двигателя.

Применение турбокомпрессора позволяет увеличить мощность двигателя на 20-50% с минимальным увеличением его стоимости (а при более значительных доработках рост мощности может достигать 100-120%). Благодаря своей простоте, надежности и эффективности системы наддува на основе турбокомпрессоров находят самое широкое применение на всех типах транспортных средств с ДВС.

Типы и характеристики турбокомпрессоров

Сегодня существует большое разнообразие турбокомпрессоров, но их можно разделить на группы по назначению и применимости, типу используемой турбины и дополнительному функционалу.

По назначению турбокомпрессоры можно разделить на несколько типов:

Для одноступенчатых систем наддува — один турбокомпрессор на двигатель, либо два и более агрегатов, работающих на несколько цилиндров;
Для последовательных и последовательно-параллельных систем надува (различные варианты Twin Turbo) — два одинаковых или разных по характеристикам агрегата, работающих на общую группу цилиндров;
Для двухступенчатых систем наддува — два турбокомпрессора с различными характеристиками, которые работают в паре (последовательно друг за другом) на одну группу цилиндров.

Наиболее широкое применение находят одноступенчатые системы наддува, построенные на основе одного турбокомпрессора. Однако такой системе может присутствовать два или четыре одинаковых агрегата — например, в V-образных двигателях используются отдельные турбокомпрессоры на каждый ряд цилиндров, в многоцилиндровых моторах (более 8) могут применяться четыре турбокомпрессора, каждый из которых работает на 2, 4 или более цилиндров. Меньшее распространение получили двухступенчатые системы наддува и различные вариации Twin-Turbo, в них используется два турбокомпрессора с различными характеристиками, которые могут работать только в паре.

По применимости турбокомпрессоры можно условно разделить на несколько групп:

По типу двигателя — для бензиновых, дизельных и газовых силовых агрегатов;
По объему и мощности двигателя — для силовых агрегатов малой, средней и большой мощности; для высокооборотистых двигателей, и т.д.

Турбокомпрессоры могут оснащаться турбиной одного из двух типов:

Радиальной (радиально-осевой, центростремительной) — поток отработавших газов подается на периферию крыльчатки турбины, движется к ее центру и выводится в осевом направлении;
Осевой — поток отработавших газов подается вдоль оси (к центру) крыльчатки турбины и выводится с ее периферии.

Сегодня применяются обе схемы, но на двигателях небольшого объема чаще можно встретить турбокомпрессоры с радиально-осевой турбиной, а на мощных силовых агрегатах предпочтение отдается осевым турбинам (хотя это и не является правилом). Независимо от типа турбины, все турбокомпрессоры оснащаются центробежным компрессором — в нем воздух подается к центру крыльчатки и отводится от ее периферии.

Современные турбокомпрессоры могут иметь различный функционал:

Двойной вход — турбина имеет два входа, на каждый из них поступают отработавшие газы от одной группы цилиндров, такое решение снижает перепады давления в системе и улучшает стабильность наддува;
Изменяемая геометрия — турбина имеет подвижные лопасти или скользящее кольцо, посредством которых можно изменять поток отработавших газов на рабочее колесо, это позволяет изменять характеристики турбокомпрессора в зависимости от режима работы двигателя.

Наконец, турбокомпрессоры отличаются основными эксплуатационными характеристиками и возможностями. Из основных характеристик этих агрегатов следует выделить:

Степень повышения давления — отношение давления воздуха на выходе компрессора к давлению воздуха на входе, лежит в пределах 1,5-3;
Подача компрессора (расход воздуха через компрессор) — масса воздуха, проходящая через компрессор за единицу времени (секунду), лежит в пределах 0,5-2 кг/с;
Рабочий диапазон оборотов — лежит в пределах от нескольких сотен (для мощных тепловозных, промышленных и иных дизелей) до десятков тысяч (для современных форсированных двигателей) оборотов в секунду. Максимальная скорость ограничена прочностью рабочих колес турбины и компрессора, при слишком высокой скорости вращения за счет центробежных сил колесо может разрушиться. В современных турбокомпрессорах периферийные точки колес могут вращаться со скоростями 500-600 и более м/с, то есть — в 1,5-2 раза быстрее скорости звука, это и обуславливает возникновение характерного свиста турбины;
Рабочая/максимальная температура отработавших газов на входе в турбину — лежит в пределах 650-700°С, в отдельных случаях достигает 1000°С;
КПД турбины/компрессора — обычно составляет 0,7-0,8, в одном агрегате КПД турбины обычно меньше КПД компрессора.

Типовая схема системы агрегатного наддува воздуха ДВС

Также агрегаты отличаются размерами, типом монтажа, необходимостью применять вспомогательные компоненты и т.д.

Конструкция турбокомпрессора

В общем случае турбокомпрессор состоит из трех основных узлов:

Турбина;
Компрессор;
Корпус подшипников (центральный корпус).

Турбина — агрегат, преобразующий кинетическую энергию отработавших газов в механическую энергию (в крутящий момент колеса), которая обеспечивает работу компрессора. Компрессор — агрегат для нагнетания воздуха. Корпус подшипников связывает оба агрегата в единую конструкцию, а расположенный в нем вал ротора обеспечивает передачу крутящего момента от колеса турбины на колесо компрессора.

Разрез турбокомпрессора

Турбина и компрессор имеют схожую конструкцию. Основой каждого из этих агрегатов выступает корпус-улитка, в периферийной и центральной части которого расположены патрубки для соединения с системой наддува. У компрессора впускной патрубок всегда находится в центре, выпускной (нагнетательный) — на периферии. Такое же расположение патрубков у осевых турбин, у радиально-осевых турбин расположение патрубков обратное (на периферии — впускной, в центре — выпускной).

Внутри корпуса располагается колесо с лопатками специальной формы. Оба колеса — турбинное и компрессорное — удерживаются общим валом, который проходит через корпус подшипников. Колеса — цельнолитые или составные, форма лопаток турбинного колеса обеспечивает максимально эффективное использование энергии отработавших газов, форма лопаток компрессорного колеса обеспечивает максимальный центробежный эффект. В современных турбинах высокого класса могут использоваться составные колеса с керамическими лопатками, которые имеют низкую массу и обладают лучшими характеристиками. Размер колес турбокомпрессоров автомобильных двигателей — 50-180 мм, мощных тепловозных, промышленных и иных дизелей — 220-500 и более мм.

Оба корпуса монтируются на корпус подшипников с помощью болтов через уплотнения. Здесь располагаются подшипники скольжения (реже — подшипники качения специальной конструкции) и уплотнительные кольца. Также в центральном корпусе выполняются масляные каналы для смазки подшипников и вала, а в некоторых турбокомпрессорах и полости водяной рубашки охлаждения. При монтаже агрегат соединяется с системами смазки и охлаждения двигателя.

В конструкции турбокомпрессора могут быть предусмотрены и различные вспомогательные компоненты, в том числе детали системы рециркуляции отработавших газов, масляные клапаны, элементы для улучшения смазки деталей и их охлаждения, регулировочные клапаны и т. д.

Детали турбокомпрессора изготавливаются из специальных марок стали, для колеса турбины применяются жаропрочные стали. Материалы тщательно подбираются по коэффициенту температурного расширения, что обеспечивает надежность конструкции на различных режимах работы.

Турбокомпрессор включается в систему наддува воздуха, в которую также входят впускной и выпускной коллекторы, а в более сложных системах — интеркулер (радиатор охлаждения наддувного воздуха), различные клапаны, датчики, заслонки и трубопроводы.

Принцип работы турбокомпрессора

Функционирование турбокомпрессора сводится к простым принципам. Турбина агрегата внедряется в выпускную систему двигателя, компрессор — во впускной тракт. Во время работы мотора выхлопные газы поступают в турбину, ударяются о лопатки колеса, отдавая ему часть своей кинетической энергии и заставляя ее вращаться. Крутящий момент от турбины посредством вала напрямую передается на колеса компрессора. При вращении колесо компрессора отбрасывает воздух на периферию, повышая его давление — этот воздух подается во впускной коллектор.

Одиночный турбокомпрессор имеет ряд недостатков, основной из которых — турбозадержка или турбояма. Колеса агрегата имеют массу и некоторую инерцию, поэтому не могут мгновенно раскручиваться при повышении оборотов силового агрегата. Поэтому при резком нажатии на педаль газа турбированный двигатель разгоняется не сразу — возникает короткая пауза, провал мощности. Решением этой проблемы служат специальные системы управления турбиной, турбокомпрессоры с изменяемой геометрией, последовательно-параллельные и двухступенчатые системы наддува, и другие.

Вопросы обслуживания и ремонта турбокомпрессоров

Турбокомпрессор нуждается в минимальном техническом обслуживании. Главное — вовремя производить замену масла и масляного фильтра двигателя. Если мотор еще может какое-то время работать на старом масле, то для турбокомпрессора оно может стать смертельно опасным — даже незначительное ухудшение качества смазочного материала на высоких нагрузках может привести к заклиниванию и разрушению агрегата. Также рекомендуется периодически очищать детали турбины от нагара, что требует ее разбора, однако эту работу следует выполнять только с применением специального инструмента и оборудования.

Неисправный турбокомпрессор в большинстве случаев проще заменить, чем ремонтировать. Для замены необходимо использовать агрегат того же типа и модели, что был установлен на двигателе ранее. Монтаж турбокомпрессора с иными характеристиками может нарушить работу силового агрегата. Подбор, монтаж и настройку агрегата лучше доверять специалистам — это гарантирует правильное выполнение работ и нормальную работу двигателя. При правильной замене турбокомпрессора двигатель снова обретет высокую мощность и сможет решать самые сложные задачи.

Другие статьи

#Бачок ГЦС

Бачок ГЦС: надежная работа гидропривода сцепления

14.10.2020 | Статьи о запасных частях

Многие современные автомобили, особенно грузовые, оснащаются гидравлическим приводом выключения сцепления. Достаточный запас жидкости для работы главного цилиндра сцепления хранится в специальном бачке. Все о бачках ГЦС, их типах и конструкции, а также о выборе и замене этих деталей читайте в статье.

Почему в турбине меньше ступеней, чем в компрессоре газотурбинного двигателя?

Хорошо известно, что конструкторы всегда стремятся к меньшему весу и меньшей сложности, поэтому, если нет необходимости добавлять ступени к турбине, они не будут добавлять вспомогательные ступени. Таким образом, проблема состоит в том, почему компрессору требуется гораздо больше ступеней для достижения некоторой степени сжатия, чем количество ступеней турбины, проще говоря, с несколько меньшей (численно) степенью расширения. Если это так, то процесс расширения продолжается в выхлопном сопле.Но не это основная причина меньшего количества ступеней турбины. Объяснение следующее. Каждая ступень имеет определенный максимальный коэффициент нагрузки, который определяется аэродинамической возможностью (разумеется, без значительных потерь) изменять направление потока на ступени (турбины или компрессора). Аэродинамическая возможность потока горячего газа с очень высокой температурой (то есть с очень высокой скоростью звука и очень меньшей плотностью, следовательно, поток дозвуковой и с высоким числом Re) намного больше, чем возможность потока холодного газа с более высокой плотностью. на компрессоре, потому что холодный поток имеет более низкую скорость звука, и обычно поток является сверхзвуковым или сильно дозвуковым, а также с гораздо меньшим числом Re (большее влияние вязкости).Это вызывает большие трудности при значительном изменении направления потока без существенных потерь. И необходимо добавить очень важный момент, что поток газа в компрессоре движется в сторону зон с более высоким давлением (градиент давления положительный), что может привести к отрыву потока (встречный поток в пограничном слое), в то время как в турбине отрицательное давление. существует градиент, препятствующий отрыву потока.
Поэтому лопатки турбины делаются толще, с большой кривизной и более «обтекаемыми», чем лопатки компрессора.Следовательно, турбина ступень имеет гораздо больший коэффициент нагрузки, чем ступень компрессора, и, следовательно, турбина может быть сделана с меньшим количеством ступеней.

Согласование компрессора и турбины

Самые современные пассажирские и военные самолеты оснащены двигателями газотурбинные двигатели, также называемые реактивными двигатели. Первый и самый простой вид газовая турбина - турбореактивный. в турбореактивный двигатель, большое количество окружающего воздуха подводится в двигатель через впуск. Воздух давление и температура увеличиваются компрессором, который выполняет работу над потоком.В горелке воздух смешивается с небольшим количеством топлива и воспламеняется. Горячий выхлоп затем проходит через турбину. Турбина забирает немного энергии из горячего выхлопа, чтобы повернуть вал, приводящий в действие компрессор. Но есть достаточно энергии, чтобы обеспечить тягу реактивного двигателя за счет увеличение скорости через сопло.

На отдельных страницах описываются аспекты термодинамики и производительности. впуска, компрессора, горелка, турбина, и насадка. Изменение давления EPR и изменение температуры ETR через двигатель можно определить, если мы знаем компонентные характеристики.Общая мощность двигателя, тяга и расход топлива, затем можно легко определенный. Задача упрощена (немного) потому, что компрессор и турбина соединены между собой главным валом . Работа, выполняемая турбиной, должна равняться требуемой работе. компрессором. На этом слайде мы воспроизводим рабочие уравнения из компонент скользит, а затем упростите уравнение, чтобы решить для степень сжатия турбины TPR в пересчете на компрессор степень сжатия CPR , общая температура в компрессоре поверхность Tt2 или общая температура набегающего потока, а общая температура на входе в турбину Tt4 .((гамма -1) / гамма) - 1) / (nc * nt * Tt4)

Мы можем использовать это уравнение двумя способами. Мы можем указать давление увеличения компрессора, чтобы определить потерю давления через турбина. Или, если мы знаем потерю давления в турбине, мы может решить проблему повышения давления через компрессор. Первое использование уравнения используется в предварительном проектировании двигателя, в то время как второе использование используется для определения характеристик «вне конструкции».

Каждый двигатель разработан с учетом определенного набора желаемых условий.Те условия могут включать размер двигателя, тягу на взлет, или максимальная тяга на некоторой заданной высоте. На расчетного условия, мы можем выбрать значения важных термодинамических переменные: максимальная температура горелки, CPR и форсунка область. Все остальные условия полета, скорость и высота, а также дроссельная заслонка. установка будет "не по дизайну". Для существующего двигателя давление потери через турбину можно определить по потоку воздуха через форсунка и дроссельная заслонка Tt4 , как показано на отдельной горка.Из приведенного выше уравнения мы можем определить компрессор степень сжатия.

Активности:

Экскурсии с гидом

EngineSim - Симулятор двигателя:

Навигация ..

Руководство для начинающих Домашняя страница

Компрессоры с турбинным двигателем | Aviation Pros

Один механик однажды сказал своему другу, не связанному с авиацией, что у газотурбинного двигателя есть четыре стадии работы - всасывание, сжатие, удар и удар.В этом простом объяснении за сжатие отвечает секция компрессора. Он обеспечивает необходимый объем высокотемпературного воздуха под высоким давлением в секции сгорания, чтобы удовлетворить потребности двигателя в сгорании. Он также обеспечивает отвод воздуха для различных систем самолета. В этой статье, основанной на AC65-12A, будет кратко рассмотрена основная конструкция и работа типовых секций компрессора газотурбинного двигателя.

Типы компрессоров

Есть два основных типа компрессоров - осевые и центробежные.Разница между ними заключается в том, как воздух проходит через компрессор.

Осевой поток

В компрессоре с осевым потоком воздух сжимается, сохраняя первоначальное направление потока. От входа до выхода воздух проходит по осевому пути и сжимается в соотношении приблизительно от 1,25 до 1,

Осевой компрессор имеет два основных элемента - ротор и статор. Ротор имеет лопасти, закрепленные на шпинделе. Эти лопасти толкают воздух назад так же, как пропеллер.По сути, это небольшие крыловидные профили. Ротор вращается с высокой скоростью и прогоняет воздух через ряд ступеней. Создается воздушный поток с высокой скоростью.

После того, как воздух нагнетается лопастями ротора, он проходит через лопатки статора. Лопатки статора закреплены и действуют как диффузоры на каждой ступени. Они частично преобразуют воздух с высокой скоростью в воздух под высоким давлением. Каждая пара ротор / статор представляет собой ступень компрессора.

Каждая последующая ступень компрессора сжимает воздух еще больше. Количество ступеней определяется требуемым количеством воздуха и общим повышением давления.Чем больше количество ступеней, тем выше степень сжатия.

Центробежно-проточный

В двигателе с центробежным потоком компрессор выполняет свою работу, собирая поступающий воздух и ускоряя его наружу за счет центробежного действия. Он в основном состоит из рабочего колеса (ротора), диффузора (статора) и коллектора компрессора. Двумя основными элементами являются крыльчатка и диффузор.

Крыльчатка предназначена для захвата и ускорения потока воздуха наружу к диффузору.Это может быть как однократная, так и двукратная запись. Оба аналогичны по конструкции крыльчатке нагнетателя поршневого двигателя. Двойное рабочее колесо аналогично двум рабочим колесам, расположенным вплотную друг к другу. Однако из-за гораздо более высоких требований к воздуху для горения в турбореактивных двигателях рабочие колеса больше, чем рабочие колеса нагнетателя.

Основными различиями между двумя типами рабочих колес являются размер и расположение каналов. Типы с двойным входом имеют меньший диаметр, но обычно работают с более высокой скоростью вращения, чтобы обеспечить достаточный воздушный поток.Рабочее колесо с одинарным входом позволяет удобно подавать воздуховоды непосредственно к проушине рабочего колеса (лопатки индуктора) в отличие от более сложных воздуховодов, необходимых для доступа к задней стороне крыльчатки с двойным входом. Хотя они немного более эффективны в приеме, рабочие колеса с одним входом должны быть большого диаметра, чтобы доставлять такое же количество воздуха, как и у крыльчаток с двойным входом. Конечно, это увеличивает общий диаметр двигателя.

Водоотводящая камера включена в воздуховод для двигателей с двойным входом компрессора.Эта камера необходима, потому что воздух должен входить в двигатель почти под прямым углом к оси двигателя. Следовательно, для создания положительного потока воздух должен окружать компрессор двигателя под положительным давлением перед входом в компрессор.

Некоторые секции центробежного компрессора также включают в себя двери для забора дополнительного воздуха (заслонки для продувки) как часть водоотводящей камеры. Эти двери обеспечивают подачу воздуха в моторный отсек во время наземной эксплуатации, когда потребность двигателя в воздухе превышает поток воздуха через впускные каналы.Когда двигатель не работает, дверцы удерживаются закрытыми с помощью пружины. Во время работы двери автоматически открываются, когда давление в моторном отсеке падает ниже атмосферного. Во время взлета и полета давление набегающего воздуха в моторном отсеке помогает пружинам удерживать двери закрытыми.

Диффузор секции центробежного компрессора представляет собой кольцевую камеру, снабженную несколькими лопатками, которые образуют серию расходящихся каналов в коллекторе. Лопатки диффузора направляют поток воздуха от крыльчатки к коллектору под углом, предназначенным для удержания максимального количества энергии, обеспечиваемой крыльчаткой.Они также подают воздух в коллектор со скоростью и давлением, подходящими для использования в камерах сгорания.

Коллектор компрессора направляет воздушный поток из диффузора, который является неотъемлемой частью коллектора, в камеры сгорания. Коллектор имеет по одному выпускному отверстию для каждой камеры, так что воздух распределяется равномерно. Выходное колено компрессора прикреплено болтами к каждому из выходных отверстий. Эти отверстия для выпуска воздуха имеют форму каналов и известны под разными названиями, например, каналы для выпуска воздуха, выпускные колена или входные каналы для камеры сгорания.Эти воздуховоды выполняют очень важную часть процесса диффузии - они изменяют радиальное направление воздушного потока на осевое, где процесс диффузии завершается после поворота. Чтобы помочь локтям эффективно выполнять эту функцию, внутри локтей иногда устанавливают поворотные лопатки (каскадные лопатки). Эти лопатки уменьшают потери давления воздуха за счет гладкой поворотной поверхности.

Каждому типу компрессора присущи преимущества и недостатки.Зная это, некоторые современные производители двигателей используют преимущества каждого типа, комбинируя их в своей компрессорной секции. Вот некоторые из преимуществ и недостатков каждого типа компрессора.

Центробежный компрессор

Преимущества: Легкий вес. Повышение высокого давления на ступень. Простота изготовления (при этом низкая стоимость). Малый вес.

Недостатки: Большая передняя поверхность для заданного воздушного потока. Использование более двух ступеней нецелесообразно из-за потерь в очереди между ступенями.

Осевой компрессор

Преимущества: способность обрабатывать большие объемы воздушного потока и высокий коэффициент давления. Небольшая передняя поверхность для заданного воздушного потока. Прямоточный поток, обеспечивающий высокую эффективность гидроцилиндра.

Недостатки: Более подвержен повреждениям посторонними предметами. Дорого в производстве. Очень тяжелый по сравнению с центробежным компрессором с такой же степенью сжатия.

Удаление воздуха

Сжатый высокотемпературный воздух, производимый компрессорной секцией, можно отводить и использовать для различных функций.Отводимый воздух можно отбирать из любой из ступеней давления компрессорной секции. Расположение отверстия для отвода воздуха зависит от давления или температуры, необходимых для конкретной работы. Отверстия для стравливания воздуха представляют собой небольшие отверстия в корпусе компрессора на соответствующей ступени компрессора. Таким образом, различные степени давления или температуры достигаются путем включения соответствующей ступени. Часто воздух удаляется из последней ступени, так как именно здесь давление и температура самые высокие.

Некоторые области применения для стравливания воздуха включают:

Герметизация, обогрев и охлаждение кабины
Противообледенительная
Пневматический пуск двигателей
Вспомогательные приводы
Управляюще-усилительные следящие устройства
Мощность для работающих инструментов

Иногда необходимо охладить отбираемый из двигателя воздух, как в случае наддува кабины. В этих случаях для охлаждения воздуха используется какой-либо холодильный агрегат или теплообменник.

Компрессоры двигателя обеспечивают сжатие, необходимое для поддержки систем сгорания газотурбинного двигателя и стравливания воздуха. Какой компрессор сжимает воздух в вашем двигателе?

В чем разница между турбинными двигателями?

Турбореактивный двигатель GEnx в настоящее время используется в самолетах Boeing 747-8 и Boeing 787 Dreamliner. В двигателе, который на 15% более экономичен по сравнению с двигателем GE CF6, используются лопасти вентилятора из углеродного волокна и корпус вентилятора для снижения веса. (Предоставлено GE Aviation)

Газовая турбина - одна из наиболее широко используемых форм силовых установок для современных авиационных двигателей.Ядро двигателя, определяемое как компрессор, горелка и турбина, также известно как газогенератор, поскольку на выходе получается горячий выхлопной газ. Компрессор и турбина определяются как турбомашины, в которых энергия добавляется или извлекается из непрерывного потока за счет динамического и аэродинамического действия вращающихся лопастей.

Общие детали турбинного двигателя

Впуск

Впускное отверстие двигателя нагнетает «свободный поток воздуха» в двигатель. Воздухозаборник предназначен для замедления скорости поступающего воздуха и преобразования его кинетической энергии в статическое давление.

На этом разрезе типичного реактивного двигателя показаны сечения, разделенные на две части: холодную и горячую. Горячая секция - это когда горение происходит за счет добавления топлива в воздушный поток, поступающий от впуска холодной секции.

• Дозвуковые воздухозаборники: Дозвуковые самолеты не превышают скорость звука. Повышение давления можно максимизировать, используя либо более длинный диффузор, либо больший угол расхождения диффузора (соотношение площадей диффузора).

Схема потока для дозвукового входа разделена на внешний (внешний / входной) и внутренний сегменты.Внешнее ускорение происходит при работе на низкой скорости с большой тягой (т. Е. В условиях взлета), что увеличивает скорость на входе и снижает давление на входе. Следовательно, зона входа спроектирована так, чтобы минимизировать внешнее ускорение во время взлета, так что внешнее замедление происходит в крейсерских условиях. На типичном дозвуковом входе поверхность входа представляет собой непрерывную гладкую кривую, имеющую некоторую толщину изнутри наружу. Впускная губа или выступ, самая верхняя часть впускного отверстия, относительно толстая.

• Сверхзвуковые воздухозаборники: Сверхзвуковой самолет все еще должен замедлять поток до дозвуковых скоростей, прежде чем воздух достигнет компрессора. Когда воздушный поток достигает торца двигателя, он имеет число Маха от 0,4 до 0,7. Диффузия потока от сверхзвукового к дозвуковому потоку, также известная как возврат плунжера, включает в себя удары. Обычный воздухозаборник - это простейший сверхзвуковой диффузор. Амортизаторы с узкой входной кромкой используются для одиночного нормального скачка (90 ° перпендикулярно потоку) при значениях Маха меньше 1.6.

Наклонные впускные патрубки амортизаторов обеспечивают более высокий общий возврат давления. Сверхзвуковое торможение потока достигается серией косых скачков (под определенным углом к потоку), за которыми следует слабый прямой скачок. В косом ударе сверхзвуковой поток превращается в себя; по мере увеличения числа косых скачков уплотнения ударные потери уменьшаются, особенно при высоких числах Маха.

Осесимметричный вход внешнего сжатия представляет собой диффузор конической формы, создающий конический скачок уплотнения. Из-за того, что обтекание конуса по своей природе является трехмерным, поле потока между скачком уплотнения и конусом больше не является однородным.Эффект приводит к более слабой ударной волне, чем для клина того же угла.

Компрессор

Компрессоры используются для повышения давления воздуха перед его поступлением в камеру сгорания.

• Центробежные компрессоры: эти компрессоры были реализованы в первых реактивных двигателях и до сих пор используются в турбореактивных и турбовальных двигателях. Они поворачивают воздушный поток перпендикулярно оси вращения. Вращающееся рабочее колесо перемещает воздух, который собирается в улитке или улитке.Между крыльчаткой и улиткой может быть диффузор.

• Осевые компрессоры: вместо перпендикулярного потока в осевых компрессорах воздух проходит параллельно оси вращения. Компрессор состоит из нескольких рядов роторов и статоров; которые представляют собой серию воздушной фольги. Роторы соединены с центральным валом и вращаются с высокой скоростью, сообщая жидкости угловой момент. Статоры закреплены, которые соединяются с внешним кожухом, увеличивают давление, не позволяя потоку закручиваться по спирали вокруг оси, возвращая его к параллельной оси (действуя как диффузоры).Длина лопаток и площадь кольцевого зазора уменьшаются по всей длине компрессора, уменьшая проходное сечение. Это компенсирует увеличение плотности жидкости при ее сжатии.

Горелка

Горелка или камера сгорания расположена между компрессором и турбиной, как кольцевое пространство. Здесь топливо смешивается с воздухом под высоким давлением и сжигается, чтобы создать высокотемпературный выхлопной газ, который вращает силовую турбину и создает тягу. Некоторые из желаемых свойств горелок заключаются в достижении полного сгорания с минимальными выбросами выхлопных газов, низкой общей потере давления, низкой потере тепла через стены и эффективном охлаждении.Однако многие из этих свойств конкурируют друг с другом; следовательно, оптимальная конструкция горелки - это один из компромиссов.

• Канально-кольцевые камеры сгорания: состоящие из серии цилиндрических горелок, расположенных вокруг общего кольцевого пространства, камеры сгорания с кольцевым каналом работают независимо друг от друга. На входе в каждую камеру установлен диффузор, который может снижать скорость от типичного выхода компрессора (100-150 м / с) до средней скорости объемного потока (20-30 м / с) в зоне горения. Он подает воздух в зону горения в виде стабильного и однородного поля потока.Это более старый метод конструкции горелки.

• Кольцевые камеры сгорания: более современной конструкцией является кольцевая камера сгорания. Это одиночная горелка с кольцевым поперечным сечением, которая подает газ на турбину. Сама зона горения занимает кольцевое пространство. Улучшенная зона горения обеспечивает однородность, простоту конструкции, уменьшенную линейную площадь поверхности и меньшую длину системы.

Турбина

Турбина похожа на компрессор тем, что состоит из нескольких рядов роторов и статоров.Ступень турбины начинается с ряда неподвижных лопаток, называемых направляющей лопаткой сопла, за которым следует ряд вращающихся лопаток. Турбина преобразует тепловую энергию в кинетическую, расширяясь через сопла, а затем в механическую энергию вращения во вращающемся роторе.

В потоке турбины преобладают благоприятные градиенты давления. Изменения давления могут быть довольно большими, а пограничные слои в турбине менее подвержены срыву по сравнению с компрессором. Охлаждение турбин - серьезная проблема; таким образом, они предназначены для работы в высокотемпературных и агрессивных средах.

Сопло

Функция сопла заключается в преобразовании тепловой энергии в кинетическую энергию для получения высокой скорости выхлопа. Тяга сопла, или полная тяга, складывается из импульса и давления. Максимальная общая тяга - это когда форсунка полностью расширена или давление окружающей среды равно давлению выхлопных газов.

• Дозвуковое сопло: для ускорения дозвукового потока поперечное сечение канала должно уменьшаться в направлении потока.Когда воздуховод заканчивается с наименьшим поперечным сечением, в результате получается сужающееся сопло. Давление на выходе из сопла ниже атмосферного. В результате поток ускоряется или расширяется до атмосферного или местного давления на выходе. Чем выше летит самолет, тем больше увеличивается скорость в соответствии с более низким атмосферным давлением. Предел достигается, когда струя выходит со звуковой скоростью и сопло считается забитым. Как только условие засорения реализуется, массовый расход сопла достигает максимума, и условия остаются неизменными независимо от снижения давления окружающей среды.Следовательно, сужающееся сопло никогда не может создать сверхзвуковой поток.

• Сверхзвуковое сопло: для высоких скоростей выхлопа, необходимых для сверхзвукового полета, используется сопло сходящегося-расширяющегося (CD) для создания сверхзвуковой скорости истечения. Конструкция сопла CD состоит из сужающегося канала, за которым следует расходящийся канал. Увеличение площади поперечного сечения сопла ЦД ускоряет сверхзвуковой поток. Сверхзвуковое сопло или сопло CD требует большой разницы давлений для ускорения газа до сверхзвуковой скорости в горловине и дальнейшего создания сверхзвукового потока в расширяющейся части CD.Значительный перепад давления может быть создан за счет снижения противодавления или давления на выходе из окружающей среды ниже по потоку.

Регулируемые сопла позволяют сверхзвуковому летательному аппарату адаптироваться к изменяющимся условиям давления окружающей среды и настройкам мощности двигателя для сверхзвукового полета. Насадки с адаптацией к высоте могут изменять форму угла наклона кромки сопла для достижения оптимальной производительности.

Проблема возникает, когда сопло слишком или недостаточно расширено. В условиях недостаточного расширения давление падает поперек волн расширения, и выхлопной шлейф расширяется за выходное отверстие сопла, снижая эффективность на больших высотах.Для чрезмерно расширенных сопел давление возрастает через наклонные ударные волны и смесь суб / сверхзвукового потока. Выхлопной шлейф зажимается высоким давлением окружающего воздуха, что снижает его эффективность на малых высотах. Чрезмерное расширение может привести к образованию областей со сложной волновой структурой в шлейфе, которые создают бело-желтое люминесцентное свечение, поскольку низкое давление выхлопных газов пытается соответствовать высокому окружающему давлению.

Турбореактивный двигатель

Турбореактивный двигатель - самый простой тип газовой турбины.Большое количество окружающего воздуха втягивается во впускное отверстие двигателя за счет компрессора. В задней части воздухозаборника воздух поступает в компрессор. Давление увеличивается по мере прохождения воздухом рядов лопастей. На выходе из компрессорной секции давление воздуха выше, чем в набегающем потоке. В секции горелки топливо смешивается с воздухом и воспламеняется. Горячий выхлоп происходит в основном из окружающего воздуха и проходит через турбину, когда выходит из горелки. Турбина извлекает энергию из горячего воздушного потока, заставляя лопасти вращаться в потоке.В реактивном двигателе энергия, извлекаемая турбиной, вращает компрессор, связывая его и турбину с центральным валом. Остальная часть горячего выхлопа используется для создания тяги за счет увеличения его скорости через сопло. Поскольку скорость на выходе больше, чем скорость набегающего потока, создается тяга. В поток добавляется очень мало топлива, поэтому массовый расход на выходе почти равен массовому расходу набегающего потока.

Турбовинтовой двигатель

В турбовинтовом двигателе горячий выхлоп используется для вращения гребного винта, а не для создания тяги на выходе из двигателя.

Двумя основными частями турбовинтовой силовой установки являются основной двигатель и воздушный винт. Основной двигатель очень похож на турбореактивный, за исключением того, как он обрабатывает энергию выхлопных газов. Вместо того, чтобы расширять горячий выхлоп через сопло для создания тяги, турбовинтовой двигатель использует большую часть энергии выхлопа для вращения турбины. Дополнительная ступень турбины может быть соединена с приводным валом, который, в свою очередь, соединен с коробкой передач. Пропеллер соединяется с коробкой передач, которая производит большую часть тяги.

Тяга, создаваемая скоростью выхлопа, мала, потому что большая часть энергии выхлопа сердечника используется для вращения приводного вала. Турбовинтовые (и турбовентиляторные) двигатели обычно имеют двухконтактный двигатель, в котором отдельные турбина и вал приводят в действие вентилятор и коробку передач соответственно. Турбовинтовые самолеты используются только для низкоскоростных самолетов, таких как грузовые. По мере увеличения скорости самолета пропеллеры становятся менее эффективными.

Турбореактивный двухконтурный двигатель

Пратт

Современные авиалинии используют турбовентиляторные двигатели для движения своих самолетов по воздуху.Это связано с их высокой тягой и топливной экономичностью. Турбореактивный двухконтурный двигатель - это самая современная разновидность базовой газовой турбины. В турбовентиляторном двигателе два вентилятора окружают основной двигатель. Один вентилятор находится в передней части основного двигателя, а другой - в задней части. Вентилятор и турбина вентилятора соединены с дополнительным валом вентилятора. Вал вентилятора проходит через стержневой вал в двухзолотном двигателе. Для повышения эффективности некоторые двигатели имеют дополнительные золотники.

Турбореактивный двухконтактный двигатель захватывает входящий воздух на входе.Часть воздуха проходит через вентилятор в основной компрессор, а затем в горелку. Отвод тепла проходит через сердечник, турбины вентилятора и выходит из сопла. Этот процесс повторяет процесс турбореактивного двигателя. Остальной входящий воздух перенаправляется вокруг двигателя после прохождения вентилятора. Воздух, проходящий через вентилятор, имеет немного более высокую скорость, чем набегающий поток.

Отношение воздуха, перенаправляемого вокруг двигателя, к воздуху, проходящему через сердечник, известно как коэффициент перепуска.Турбореактивные двигатели с малой степенью двухконтурности более экономичны, чем базовый турбореактивный двигатель. Турбореактивный двигатель создает большую тягу для почти равного количества топлива, используемого активной зоной, потому что расход топлива немного изменяется при добавлении вентилятора. В результате турбовентилятор отличается высокой топливной экономичностью.

Воздух, проходящий через сердечник, а также воздух, проходящий вокруг двигателя, составляют тягу. Вследствие того, что входное отверстие закрывает передний вентилятор и имеет множество лопастей, он может эффективно работать на более высоких скоростях, чем простой пропеллер.

Турбореактивный двигатель дожигания

Это изображение показывает Пратт Форсажные камеры

используются в сверхзвуковых самолетах, таких как Concorde, и выключаются после достижения крейсерской скорости. Многие современные истребители используют турбовентиляторные двигатели с малой степенью двухконтурности, оснащенные форсажными камерами для эффективных крейсерских условий и создания высокой тяги для воздушных боев, а на турбореактивных самолетах - для полета на сверхзвуковых скоростях, преодолевая резкое увеличение сопротивления, близкое к скорости звука. Форсажная камера впрыскивает топливо непосредственно в горячий выхлоп.Сопло базового турбореактивного двигателя удлиняется и после сопла устанавливается кольцо пламегасителей. Дополнительное топливо впрыскивается через обручи в поток горячего выхлопа. Горящее топливо создает дополнительную тягу, но с неэффективной скоростью.

Горящее топливо предлагает простой механический способ увеличения тяги, но с неэффективной скоростью. Расчет тяги такой же, как у обычного турбореактивного двигателя, за исключением того, что значение тяги на выходе - это тяга на выходе из форсажной камеры.

Уравнения тяги:

F _Turbojet _{или форсажный турбореактивный} = á5 _e ™ V _e - á - _FS ™ V _FS
F _Turboprop = á¹ _{™ (V _Pe - V _FS) + á¹ _e ™ (V _e - V _Pe)
F _{Турбореактивный двухконтурный двигатель} = á¹ _e âˆ ™ V _e - № _FS ™ V _FS + bpr ™ _c ™ V _f

где:
á¹ _FS = массовый расход набегающего потока воздуха
á¹ _e = массовый расход воздуха на выходе из активной зоны
á¹ _c = массовый расход горячего выхлопа проходящий через сердечник
á¹ _f = массовый расход потока вентилятора или байпасного потока
V _f = скорость воздуха на выходе из вентилятора
V _e = скорость воздуха на выходе из вентилятора сердечник
V _Pe = скорость воздуха на выходе из винта
V _FS = скорость набегающего потока воздуха

Ve = скорость воздуха на выходе из активной зоны
bpr = коэффициент байпаса, равный á¹ _f / á¹ _c}

Ищете запчасти? Зайдите в SourceESB.

ЛЕКЦИЯ 12

Для незначительное изменение кинетической и потенциальной энергии через контрольный объем,

Если контрольный объем хорошо изолирован (т.е.е. адиабатический), то q = 0.

Для устройства с постоянным потоком, такие как турбины, компрессоры и насосы, - передаваемая мощность через вал.

Единица измерения - м ² / с ², что эквивалентно в Джоуль / кг. Энтальпия обычно указывается в кДж / кг. Итак, кинетическая энергия должна выражаться в кДж / кг. Это достигается делением на 1000.

кинетическая энергетический член при низких скоростях пренебрежимо мал, но его следует учитывать при высокие скорости.

Автор аналогичный аргумент, разница высот между входом и выходом большинства промышленные устройства, такие как компрессоры и турбины, небольшие и потенциально Энергетический член незначителен (особенно для газов). Единственный раз, когда член потенциальной энергии имеет значение, - это когда Процесс включает перекачку жидкости на большие высоты.

турбина представляет собой ротационную машину со стационарным потоком, предназначенную для производства мощность на валу за счет давления рабочей жидкости.

Два Общие классы турбин - паровые и газовые турбины в зависимости от рабочего используемое вещество.

Обычно, изменения потенциальной энергии незначительны, как и входная кинетическая энергия.Часто кинетической энергией на выходе пренебрегают (в случае проблемы поток скорости указаны, термин кинетическая энергия должен быть включен) .

Обычно, процесс в турбине адиабатический, и производительность снижается до уменьшения в энтальпии от входного до выходного состояний.

Назначение компрессора (газ) или насоса (жидкость) одинаково, для увеличения давление жидкости за счет работы вала (мощности).Есть два принципиально разные типы компрессоров:

1. Роторного типа (осевой или центробежный расход)

2. Компрессор поршневого / цилиндрового типа.

первый тип анализируется с использованием подхода контрольного объема (установившийся стационарный поток процесс). Рабочая жидкость поступает в компрессор под низким давлением и выходит при высокое давление.

Обычно, изменения в потенциальной энергии незначительны, как и входная кинетическая энергия.Часто кинетической энергией на выходе также пренебрегают ( везде, где в задаче скорости указаны, термином ке пренебрегать нельзя).

Процесс сжатия обычно адиабатический.

Форсунка представляет собой устройство установившегося стационарного потока для создания высокоскоростного потока жидкости на за счет его давления. Он имеет соответствующую форму для расширения жидкость до более низкого давления.

Поскольку цель устройства - увеличить скорость потока, следовательно, кинетическую энергию, термин кинетической энергии нельзя игнорировать. Обычно процесс через сопло трактуется как адиабатическое.

С движущихся частей нет, работа вала нулевая. Член потенциальной энергии (для газы) незначительна и поэтому не учитывается.

Диффузор

Устройство установившегося постоянного потока, предназначенное для замедляют высокоскоростную жидкость, что приводит к увеличению давления жидкости.Это является противоположностью сопла по своему назначению. Предположения аналогичны предположениям для сопло.

Осевые и радиальные турбины - журнал Turbomachinery Magazine

Технология осевых газовых турбин является доминирующей и подходящей конфигурацией для больших газовых турбин. Крупные электростанции и промышленные предприятия используют осевые газовые турбины для обеспечения электроэнергией и теплом для систем централизованного теплоснабжения, технологических процессов, оборудования и электросети.Однако менее обсуждаются диапазоны более низких мощностей, где доступны как осевые, так и радиальные газовые турбины. Стоит сравнить осевые и радиальные турбины, где технологии пересекаются.

Двигатели с радиальными компрессорами и радиальными турбинами могут эффективно использоваться в одновальных турбинах в диапазоне мощности от 1 кВт до примерно 2 МВт.

Если конфигурация комбинируется с осевой силовой турбиной, эти типы турбин будут применимы для диапазона мощностей примерно до 4 МВт.

(Одновальная радиальная газовая турбина. Фото: OPRA Turbines)

Следовательно, в промышленных газотурбинных двигателях мощностью менее 2 МВт обычно используются центробежные (радиальные) компрессоры, но выбор типа турбины варьируется. По мере уменьшения диапазона радиальные турбины имеют больше преимуществ перед осевыми турбинами.

Разница во входящем воздушном потоке

Основное различие между осевыми и радиальными турбинами заключается в том, как воздух проходит через компрессор и турбину. В радиальной турбине входящий воздушный поток радиален валу, тогда как в осевой турбине воздушный поток параллелен валу.Обычно осевой диск турбины защищен от тепла, которому подвергаются лопатки турбины. Иначе обстоит дело с радиальной турбиной, где горячий массовый поток расширяется как в крыльчатке, так и в эксцентриковой части турбины. Однако радиальная турбина может обеспечивать степень расширения около 9/1 за одну ступень. Осевой турбине потребуется две-три ступени, чтобы справиться с таким расширением. Эту разницу в расширении между осевыми и радиальными турбинами можно объяснить следующим уравнением:

Ws = U2 * Cw2 - U3 * Cw3

Где Ws - работа ступени на единицу массового расхода, U2 - скорость входной лопасти, U3 - скорость выходной лопасти, Cw2 - тангенциальная скорость входа, а Cw3 - тангенциальная скорость выхода.

В осевой турбине U2 и U3 примерно равны, тогда как в радиальной турбине U2 больше, чем U3. Глядя на приведенное выше уравнение, можно увидеть, что работа ступени при одинаковом изменении тангенциальной скорости больше для радиальной турбины по сравнению с осевой турбиной.

В центробежном компрессоре воздух получает большую энергию, поскольку он ускоряется при увеличении диаметра. Эта энергия скорости преобразуется в энергию давления при замедлении в статическом диффузоре.Осевой компрессор направляет воздушный поток параллельно осям, обеспечивая увеличение подъемной силы (давления) в зависимости от количества ступеней и промежуточных статоров.

В камере сгорания добавляется тепло, в результате чего объем воздуха увеличивается. Горячие газы будут поступать в турбину через неподвижные направляющие лопатки сопла, направляя поток против турбины. Если турбина является радиальной, окружная скорость турбины должна быть равна или близка к скорости потока газа, входящего в турбину.

Радиальные турбины способны на это благодаря поперечному сечению «Эйфелевой башни» турбины с большой ступицей и более тонкими лопастями. Таким образом, не было бы дополнительной температуры «застоя», с которой столкнулась бы осевая турбина с более низкой скоростью.

(Подробнее в выпуске Turbomachinery International за ноябрь-декабрь)

Сотрудники и участники TMI

В блоге

Turbomachinery Blog публикуются сообщения от экспертов во всех областях турбомашиностроения, таких как газовые турбины, диагностика машин, материалы, ремонт и запасные части, и поощряется участие пользователей, основной целью которых является привлечение читателей и взаимодействие с ними.

Газотурбинный двигатель | Британника

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

Общие характеристики

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

Циклы газотурбинного двигателя

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

Газотурбинный двигатель открытого цикла постоянного давления.

Британская энциклопедия, Inc.

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

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

Фактическая производительность простого открытого цикла

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

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

Промежуточное охлаждение, повторный нагрев и регенерация

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

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

Второе усовершенствование включает повторный нагрев воздуха после частичного расширения через турбину высокого давления во втором наборе камер сгорания перед подачей его в турбину низкого давления для окончательного расширения.