Zasada działania turbiny: opis, urządzenie, cechy

Aby zwiększyć moc i moment obrotowy silnika ludzkość wymyśliła wiele urządzeń i jednostek. Najprostszą metodą jest zwiększenie objętości komory spalania. Im więcej paliwa dostanie się do cylindra, tym więcej pracy zostanie wytworzone. Ale są problemy. Po pierwsze rozmiar takiego silnika może przekraczać granice, a po drugie, działanie takiego silnika spalinowego ze względu na wysokie zużycie paliwa będzie nieopłacalne. Dlatego ostatnio producenci samochodów coraz częściej wyposażają swoje samochody w turbinę. Czym jest ten przedmiot. i jaka jest zasada turbiny? Dowiemy się szczegółowo w naszym artykule.

Charakterystyczne

Turbina jest elementem układu dolotowego silnika, który służy do zwiększania ciśnienia powietrza poprzez wykorzystanie energii spalin. Dzięki pracy zwiększa się masa powietrza w komorze spalania.

Pozwala to na przyspieszenie silnika i zwiększenie jego momentu obrotowego. Zauważ również, że pierwsze turbiny były napędzane mechanicznie. Zasada działania takiej turbiny polegała na przekształceniu energii z wał korbowy. Z ostatnim elementem połączonym za pomocą przekładni pasowej. Ale wkrótce takie jednostki przestały być używane. Teraz wszyscy producenci używają turbina gazowa zasada ta pozwala na zwiększenie sprawności silnika o 80 procent zamiast 30.

Gdzie używany

Zasadniczo taką jednostkę można znaleźć na nowoczesnych samochodach. Ale ten supercharger nie jest używany na wszystkich LODACH. Czynnikiem ograniczającym użycie turbin w silnikach benzynowych jest wysoki stopień detonacji. Związane jest to ze wzrostem częstotliwości obrotów silnika spalinowego wewnętrznego spalania i ogromną temperaturą spalin (do tysiąca stopni). W związku z tym często stosuje się turbinę. silnik diesla. Zasada działania takiego silnika spalinowego jest nieco inna. Istnieje mniejsze ryzyko detonacji, a temperatura gazów nie przekracza 600 stopni. Szczególnie często sprężarki znajdują się w pojazdach użytkowych. Nie można sobie wyobrazić nowoczesnego autobusu lub ciągnika dalekiego zasięgu nie wyposażonego w taką turbinę. Jeśli mówimy o markach, turbina jest instalowana w następujących samochodach:

• Volkswagen.
• "Mercedes".
• Volvo.
• "Mazda".
• "Audi".
• Renault.
• "Toyota".

Istnieją inne obszary, w których zastosowano podobny element. Na przykład jest to elektrownia i silnik spalinowy statków. Ale tutaj jest już używana turbina parowa, której zasady działania rozważymy nieco później.

Wady

Dlaczego ten pierwiastek nie występuje we wszystkich silnikach spalinowych? Przede wszystkim użycie turbiny zwiększa koszt produkcji samochodów. Oprócz samego ślimaka wymagane są również inne elementy.

Ponadto silnik wymaga innego, bardziej wytrzymałego układu tłoków i jednostki do pracy z turbiną. Pociąga to również za sobą dodatkowe koszty. Również wśród niedociągnięć można zauważyć tak zwany turboboyu (gdy silnik nie może uzyskać impetu przez odpowiedni czas). Przyczyną tego zjawiska jest bezwładność sprężarki.

Budowa

Rozważmy zatem urządzenie i zasadę działania turbiny. Ten element składa się z trzech głównych elementów:

• Budynek centralny.
• Sprężarka odśrodkowa.
• Ślimaki

Konstrukcja tego ostatniego obejmuje koła turbiny i sprężarki, wał wirnika, łożyska ślizgowe i pierścienie uszczelniające. Wszystko to jest zamknięte w wytrzymałej metalowej obudowie odpornej na ciepło. Ponieważ zasada działania silnika turbinowego opiera się na wykorzystaniu energii spalin, gorąca część ślimaka może świecić do tysiąca lub więcej stopni Celsjusza.

Artykuły pomocnicze

Ponieważ turbina jest częścią układu dolotowego, jej działanie jest niemożliwe bez użycia filtra powietrza, zaworu dławiącego, a także chłodnicy międzystopniowej.

Ten ostatni jest przeznaczony do chłodzenia tlenu, który jest wtryskiwany do komory pod ciśnieniem. Im zimniejsze powietrze w chłodnicy międzystopniowej, tym lepiej mieszanina spala się w cylindrach. Również w projekcie nie obejdzie się bez podłączania i węży olejowych.

Jak to działa

Warto zauważyć, że zasada działania turbiny na silniku benzynowym jest taka sama, jak w przypadku silnika wysokoprężnego. Podczas pracy silnika spalinowego wytwarzane są spaliny. Wchodzą do ciała (gorąca część ślimaka), gdzie poruszają się wzdłuż ostrzy koła turbiny. Ten ostatni obraca się do niesamowitych prędkości - 100 lub więcej tysięcy obrotów na minutę. Ponieważ koło turbiny jest sztywno połączone z wałem, moment obrotowy przenoszony jest na drugą zimną część turbiny. To z kolei zaczyna wychwytywać tlen z atmosfery. Wnika do środka po przejściu przez filtr. Następnie powietrze pod ciśnieniem dostaje się do kolektora dolotowego, gdzie miesza się z paliwem i wchodzi do komory spalania. Jako materiały na obudowę turbiny stosuje się stale żaroodporne i stop żelazo-nikiel.

Wydajność sprężarki zależy od jej kształtu i wymiarów. Im większa jest jego średnica, tym więcej powietrza jest zasysane do kolektora dolotowego. Ale nie można stale zwiększać wielkości sprężarki. Może to prowadzić do turbodoładowania. Mała turbina obraca się znacznie szybciej przy znamionowej prędkości. Ale w szczycie ma mniejszą wydajność. Dlatego rozmiar i kształt elementu są wybierane ściśle indywidualnie dla każdego silnika. Nie można zainstalować jednostki z samochodu benzynowego na oleju napędowym i odwrotnie. Chociaż ma tę samą zasadę działania turbiny, będzie działać inaczej na różnych samochodach.

Ważny punkt: specjalny zawór obejściowy zapewnia regulację ciśnienia doładowania. Jest napędzany pneumatycznie i jest sterowany przez ECU silnika.

Układ smarowania

Jest to integralna część każdej turbiny. Zasada działania układu smarowania jest prosta. Olej jest dostarczany między łożyskiem a obudową sprężarki przez wiele kanałów pod ciśnieniem. Ale nie myśl, że ten system jest potrzebny tylko do smarowania. Chłodzi również podgrzewane części sprężarki. W niektórych silnikach turbina jest sprzężona z wspólnym układem chłodzenia. Dzięki temu uzyskuje się lepsze chłodzenie, ale konstrukcja ta jest o wiele bardziej skomplikowana i droższa w produkcji.

Aby pozbyć się turbo-ignamu, producenci stale ulepszają konstrukcję turbiny na silniku Diesla. Zasada działania pozostaje taka sama, ale zmieniają się następujące punkty:

• Masa sprężarki. Turbina jest wykonana z lekkich i trwałych materiałów w tym samym czasie (np. Z ceramiki).
• Konstrukcja łożyska. Im mniejsza jest strata tarcia, tym wyższa wydajność turbiny. Koło łatwiej obraca się do nominalnych wartości.

Typy turbinowe

Obecnie istnieje kilka popularnych typów sprężarek:

• Oddzielne. Posiada dwie dysze dla każdej pary cylindrów i dwa wloty dla spalin. Pierwsza dysza została zaprojektowana do szybkiej reakcji, a druga do maksymalnej wydajności. Konstrukcja ma oddzielne kanały wylotowe. Ma to na celu zapobieganie zachodzącym na siebie kanałom z uwolnieniem spalin.
• Zmienna dysza sprężarki. Jest również znany jako turbina o zmiennej geometrii. Jest stosowany w silnikach z oznaczeniami TDI firmy Volkswagen. Tutaj w projekcie znajduje się 9 ruchomych ostrzy. Mogą regulować przepływ spalin, które trafiają do turbiny. Kąt nachylenia ostrzy jest regulowany, co pozwala na pogodzenie ciśnienia wymuszonego powietrza z prędkością poruszania się gazów przy obrotach silnika.

Aby uzyskać lepszą wydajność, w pojeździe można zainstalować dwie sprężarki. Takie systemy są oznaczone jako "twin-turbo".

Te mechanizmy są instalowane sekwencyjnie. W tym przypadku pierwsza turbina działa przy niskich obrotach, a druga przy wysokich obrotach. W przypadku silników V, turbosprężarki są instalowane równolegle (jedna turbina dla każdego rzędu). Jak pokazuje praktyka, instalacja dwóch małych sprężarek jest znacznie wydajniejsza niż użycie pojedynczego, ale dużego.

Turbina parowa

Zasada jego pracy jest nieco inna. Powstająca w kotle para pod ciśnieniem spada na wirnik turbiny. Ten ostatni wytwarza obroty, generując w ten sposób energię mechaniczną. Zwykle turbina ta jest podłączona do generatora i jest wykorzystywana w elektrowniach. Dzięki energii mechanicznej generator wytwarza energię elektryczną. Moc takich jednostek może osiągnąć 1000 MW.

Jednak ten wskaźnik znacząco zależy od spadku ciśnienia pary na wlocie i wylocie. Podobne turbiny są używane do napędzania pompy zasilającej, na statkach i statkach z instalacją jądrową. Jeśli chodzi o okręty wojenne, używa się tu turbiny gazowej. Zasada działania jest następująca. Gaz przepływa przez dyszę sprężarki do obszaru niskiego ciśnienia. W tym samym czasie rozszerza się i przyspiesza. Następnie strumień gazu przesuwa łopatki turbiny. Te ostatnie przenoszą siłę na wał przez tarcze. Tworzy to użyteczny moment obrotowy.

Podsumowując

Tak więc odkryliśmy zasadę działania turbiny wysokoprężnej, a także benzyny i pary. Jak widać, elementy te są instalowane z jednym celem - aby uzyskać użyteczny moment obrotowy. W przypadku samochodów jest on wydawany na dostawę sprężonego powietrza do wlotu. A w elektrowniach turbina jest niezbędna do działania generatora, który wytwarza prąd.