Настоящий любитель скоростной езды не побрезгует установкой на автомобиль турбокомпрессора, основным предназначением которого является увеличение мощности работы мотора. Наверное, каждый хотел бы хотя бы глубоко в душе произвести тюнинг с тем, чтобы получить в конечном итоге прибавку к мощности. В современных реалиях установить турбокомпрессор и получать адреналин от скоростной езды, достаточно легко и просто.
Сегодня на рынке можно найти много самых разных узлов, элементов и агрегатов, которые в той или иной мере смогут приблизить Вас к ожидаемому результату. Есть масса разных способов, благодаря выполнению которых можно получить серьезную прибавку мощности к Вашему двигателю. Выделим несколько из них:
- Электронный чип-тюнинг. За счет оптимизации работы датчиков и электронного бортового устройства позволит либо сделать Ваш автомобиль более мощным и скоростным, либо спокойнее и экономным
- Установка на мотор и другие системы автомобиля специальных доработанных деталей и элементов
- Расточка блока цилиндров с соответствующей заменой поршней.
Наиболее оптимальным вариантом будет установка турбины или турбокомпрессора. Не все правильно понимают, что это такое и какой будет эффект.
Так называемая турбина – это небольшой и мощный автомобильный компрессор, механическое устройство, которое сможет увеличить мощность работы мотора за счет искусственного нагнетания воздуха в рабочий объем цилиндра, образование его большего объема. Принцип действия турбокомпрессора достаточно простой и понятный. Тут имеется крыльчатка выпускного коллектора, которая соединена жесткой связкой с крыльчаткой впускного коллектора. В тот момент, когда из мотора выходят отработанные газы, происходит раскручивание крыльчатки выпускного коллектора, та, в свою очередь, вращает крыльчатку на впускном коллекторе. Результатом этого процесса будет наличие поступления большего объема воздуха и топлива в цилиндры. А это, незамедлительно, приведет к большему сгорания топлива, чем продуктивнее будет этот процесс, тем большей мощности получит мотор.
Итак, необходимость и принцип действия турбокомпрессора, увеличивающего нагнетание воздуха в цилиндры и мощь мотора уже понятны. Нельзя не заметить, что крыльчатка компрессора может достигать значение оборотов до 200 тысяч, а это влияет на большую инерционность и появление эффекта турбо – ямы. Внешне оно будет ощущаться во время резкого нажатия на педаль газа, тогда как набор оборотов двигателя начнется с некоторой задержкой. Нужно около 2-3 секунд для того, чтобы крыльчатка набрала обороты, а, следовательно, чтобы и воздух нагнетался в цилиндры. Процесс довольно не приятный и не нужный. Данная проблема лечится очень просто, для чего устанавливаются дополнительно два отдельных перепускных клапана. Один из них призван регулировать выход отработанных газов, второй – оптимизировать поступление воздуха к цилиндрам из впускного коллектора. С такими клапанами во время отпускания педали газа обороты будут уменьшаться достаточно медленно, а при резком нажатии мотор получит прибавку воздуха в нужном объеме.
Говоря о возможности установки турбокомпрессора не редко можно услышать следующие термины: твинтурбо и битурбо. Как можно догадаться из названия «битурбо» - это два компрессора, которые устанавливаются один параллельно другому, собственно эффективность работы от турбины увеличивается вдвое. В понятие «твинтурбо» вкладывается наличие трех турбокомпрессоров. Чаще всего такие турбины устанавливают либо на истинно спортивные автомобили, болиды, либо на машины, которые имеют спортивный заряд и соответствующий «характер».
Настоящие любители тюнинга наверняка знают, что такое «интеркулер». Его зачастую устанавливают вместе с компрессором. Основная задача состоит в том, чтобы охлаждать поступающий в коллектор воздух до минимально возможного значения. В своем роде это небольшой миниатюрный дополнительный радиатор под капотом.
Один из самых известных и распространенных вариантов турбокомпрессора сегодня получил название GARRETT gt17, однако есть и масса других, каждый из которых по-своему привлекателен и может обеспечить значительное увеличение технических характеристик мотора.
Привела к появлению турбокомпрессоров. Данное решение оказалось самым эффективным как на бензиновых, так и на дизельных моторах.
Становится вполне очевидным, что итоговая мощность ДВС пропорциональна количеству топливовоздушной рабочей смеси, которая попадает в цилиндры двигателя. Закономерно, что двигатель с большим объемом способен пропускать больше воздуха и тем самым выдавать больше мощности сравнительно с двигателем меньшего объема. Если перед нами стоит задача добиться от малообъемного ДВС такой же мощности, которую демонстрируют моторы большего объема, тогда необходимо принудительно уместить как можно больше воздуха в цилиндрах такого двигателя.
Читайте в этой статье
Небольшой прирост или солидное увеличение мощности
Существует несколько способов форсирования силовой установки без турбонаддува. Можно произвести ряд доработок конструкции головки блока цилиндров, обеспечить установку спортивных распредвалов, поставить фильтр нулевого сопротивления, улучшить продувку и тем самым обеспечить подачу большего количество воздуха в цилиндры при езде в режиме максимально высоких оборотов.
Вполне можно и вовсе не стремится менять количество поступающего в мотор воздуха, а вместо этого увеличить степень сжатия и перейти на использование горючего с более высоким октановым числом. Доступно даже расточить цилиндры и нарастить их объем. Это также позволит увеличить КПД Вашего мотора.
Все указанные способы уместны и работают, но только тогда, когда мощность планируется увеличить всего на 15-20%.
Если речь заходит о кардинальных изменениях и значительном увеличении мощности мотора, тогда без компрессора уже не обойтись. Наиболее эффективным методом будет установка турбокомпрессора. Более того, установка турбонаддува способна увеличить мощность любого специально подготовленного для таких возросших нагрузок мотора.
В предыдущих статьях мы поверхностно перечислили основные элементы системы турбонаддува. Теперь давайте подробнее рассмотрим те главные этапы и процессы, когда сначала воздух проходит в системе с установленным турбокомпрессором, а затем отработавшие газы приводят в действие компрессор. Для примера возьмем турбокомпрессор дизельного ДВС.
- В самом начале пути воздух пропускается через воздушный фильтр и оказывается на входе в турбокомпрессор;
- Внутри турбонагнетателя попавший туда воздух проходит процесс сжатия. При этом возрастает количество необходимого для эффективного сгорания топливно-воздушной смеси кислорода на единицу объема воздуха. В этот самый момент сжатия проявляется нежелательный в данном случае эффект нагрева воздуха от сжатия и снижение его плотности;
- Для охлаждения после сжатия в турбокомпрессоре воздух попадает в интеркулер. В интеркулере температура воздуха практически полностью возвращается на начальный уровень. Благодаря охлаждению достигается как увеличение плотности воздуха, так и снижается вероятность появления детонации от использования последующей топливовоздушной смеси;
- За интеркулером охлажденный воздух минует дроссельную заслонку и оказывается во впускном коллекторе. Последним этапом становится такт впуска, когда рабочая смесь окажется в цилиндрах двигателя;
- Объем цилиндра представляет собой неизменную постоянную величину, которая зависит от его диаметра и хода поршня. Благодаря турбокомпрессору этот объем активно заполняется сжатым и охлажденным воздухом. Это означает, что количество кислорода в цилиндре сильно возрастает по сравнению с атмосферными моторами. Не трудно догадаться, что чем большее количество кислорода поступило, тем больше горючего можно сжечь за рабочий такт. Сгорание большего количества горючего в результате приводит к заметному увеличению итоговой мощности мотора;
- После эффективного сгорания топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя наступает такт выпуска. На этом такте отработавшие газы уходят в выпускной коллектор через . Весь этот поток разогретого (от 500С до 1100С зависимо от типа двигателя) газа проникает в турбину и начинает воздействовать на турбинное колесо. Колесо под давлением выхлопных газов передает энергию на вал турбины, а на другом конце вала находится компрессор.
Так и происходит процесс сжатия свежей порции воздуха для следующего рабочего такта. Одновременно происходит падение давления отработавших газов, а также снижается температура выхлопа. Это получается по причине того, что часть энергии газов уходит на обеспечение работы турбокомпрессора на другой стороне вала турбины;
Дополнительные элементы системы турбонаддува
Если говорить о конкретных модификациях мотора, а также о компоновке различных элементов в подкапотном пространстве, турбокомпрессор может иметь ряд дополнительных элементов. Мы уже упоминали такие детали системы, как Wastegate и Blow-Off. Давайте рассмотрим их более подробно.
Блоу-офф представляет собой перепускной клапан. Данное устройство устанавливается в воздушной системе. Местом расположения становится участок между выходом из компрессора и дроссельной заслонкой. Главной задачей блоу-офф клапана становится предотвращение выхода компрессора на характерный режим работы surge.
Под таким режимом стоит понимать момент резкого закрытия дросселя. Если описать происходящее простыми словами, то скорость воздушного потока и сам расход воздуха в системе резко понижаются, но турбина еще определенное время продолжает вращение по инерции. Инерционно турбина вращается с той скоростью, которая уже больше не соответствует новым потребностям мотора и упавшему таким образом расходу воздуха.
Последствия после циклических скачков давления воздуха за компрессором могут быть плачевны. Явным признаком скачков является характерный звук воздуха, который прорывается через компрессор. С течением времени из строя выходят опорные подшипники турбины, так как они испытывают сильные нагрузки в момент указанных скачков давления при сбросе газа и последующей работе турбины в этом переходном режиме.
Блоуофф реагирует на разницу давлений в коллекторе и срабатывает благодаря установленной внутри пружине. Это позволяет выявить момент резкого перекрытия дросселя. Если дроссель резко закрылся, тогда блоу-офф осуществляет стравливание в атмосферу внезапно появившегося в воздушном тракте избытка давления. Это позволяет существенно обезопасить турбокомпрессор и уберечь его от избытка нагрузок и последующего разрушения.
Данное решение представляет собой механический клапан. Вестгейт установливают на турбинной части или же на самом выпускном коллекторе. Задачей устройства является обеспечение контроля за тем давлением, которое создает турбокомпрессор.
Стоит отметить, что некоторые дизельные силовые агрегаты используют в своей конструкции турбины без вейстгейта. Для моторов, которые работают на бензине, в большинстве случаев наличие такого клапана является обязательным условием.
Главной задачей вейстгейта становится обеспечение возможности беспрепятственного выхода для выхлопных газов из системы в обход турбины. Запуск части отработавших газов в обход позволяет осуществлять контроль за необходимым количеством энергии этих газов. Взаимосвязь очевидна, ведь именно выхлоп вращает через вал колесо компрессора. Данный способ позволяет эффективно управлять давлением наддува, которое создается в компрессоре. Наиболее частым решением становится контроль вейстгейта за давлением наддува, который осуществляется при помощи противодавления встроенной пружины. Такая конструкция позволяет контролировать обходной поток выхлопных газов.
- Вейстгейт может быть как встроенным, так и внешним. Встроенный вейстгейт конструктивно имеет заслонку, которая встроена в турбинный хаузинг. Хаузинг в народе попросту называют «улитка» турбины. Дополнительно wastegate имеет пневматический актуатор и тяги от данного актуатора к дроссельной заслонке.
- Гейт внешнего типа представляет собой клапан, который установлен на выпускной коллектор перед турбиной. Необходимо заметить, что внешний гейт имеет одно неоспоримое преимущество сравнительно со встроенным. Дело в том, что сбрасываемый им обходной поток можно возвращать обратно в выхлопную систему достаточно далеко от выхода из турбины, а на спортивных авто и вовсе осуществить прямой сброс в атмосферу. Это позволяет заметно улучшить прохождение отработавших газов через турбину благодаря тому, что наблюдается отсутствие разнонаправленных потоков. Все это очень важно применительно к ограниченному компактному объему «улитки».
Выбираем турбину для мотора
Правильный подбор турбокомпрессора является главным моментом в процессе постройки качественного турбомотора. Подбирать турбину следует на основе многих данных.
Первым и основным фактором при выборе является та мощность, которую Вы хотите получить в итоге от мотора. Очень важно подходить к этому показателю разумно и реально взвешивать возможности ДВС применительно к той или иной степени наддува.
Мы знаем, что мощность силовой установки напрямую зависит от количества топливно-воздушной смеси, которая попадет в цилиндры за единицу времени. Нужно в самом начале определить желаемый показатель мощности. Только затем можно осуществлять выбор турбины, которая будет способна обеспечить достаточный поток воздуха для получения итогового показателя запланированной отдачи от построенной силовой установки.
Вторым по значимости показателем при выборе турбины становится скорость ее выхода на эффективный наддув. Более того, этот выход на наддув сопоставляется с минимальными оборотами двигателя, на которых и будет происходить нагнетание. Чем меньше турбина или меньше сам горячий хаузинг (улитка), тем больше шансов на улучшение этих показателей. Учтите, что максимальная мощность при этом однозначно будет ниже по сравнению с турбиной большего размера.
На деле все может оказаться не так плохо, ведь меньшая турбина обеспечивает больший рабочий диапазон в процессе работы двигателя. Такая турбина способна быстрее выходить на наддув при открытии дроссельной заслонки, а итоговый результат в конечном итоге может оказаться даже намного более положительным. Использование же большей турбины с большой максимальной мощностью позволит обеспечить преимущество только в достаточно узком диапазоне работы мотора на высоких оборотах.
Особенности эксплуатации турбокомпрессора
Наиболее частой причиной выхода из строя современных турбокомпрессоров является то, что масло забивает центральный картридж турбины. Закоксовка маслом происходит после быстрой остановки турбомотора после серьезных и продолжительных нагрузок. Дело в том, что усиленный теплообмен между турбиной и разогретым выпускным коллектором сопровождается отсутствием потока свежего масла и поступлений охлажденного наружного воздуха в компрессор. Возникает общий перегрев картриджа и происходит закоксовка оставшегося в турбине масла.
Свести такой негативный эффект к минимуму позволяет решение водяного охлаждения турбины. Магистрали с охлаждающей жидкостью создают теплопоглощающий эффект и снижают уровень температуры в центральном картридже. Это происходит даже после полной остановки двигателя и при отсутствии принудительной циркуляции ОЖ. С учетом этого рекомендуется обеспечить минимум неравномерностей по вертикальной линии подачи ОЖ, а также осуществить разворот центрального картриджа вокруг оси турбины (это можно сделать под углом около 25 градусов).
Дополнительно в ряде случаев потребуется установка «турботаймера». Под этим решением понимается устройство, которое не позволяет двигателю сразу остановиться после того, когда водитель выключил зажигание. Устройство позволяет вынуть ключ, выйти из автомашины, поставить автомобиль под охрану сигнализации, а затем само заглушит мотор спустя заданное количество времени. Для повседневной эксплуатации турботаймер очень удобен, прост и практичен в использовании.
Виды турбин: втулочные и шарикоподшипниковые турбины
Турбины втулочного типа были сильно распространены достаточно долгое время. Они имели ряд конструктивных недостатков, которые не позволяли в полной мере наслаждаться преимуществами турбомотора. Появление более эффективных шарикоподшипниковых турбин нового поколения постепенно вытесняет втулочные решения. Для примера можно упомянуть шарикоподшипниковые турбины Garrett, которые являются венцом инженерной мысли и используются на многих гоночных двигателях.
На сегодняшний день шарикоподшипниковые турбины являются оптимальным решением, так как требуют значительно меньшего количества масла сравнительно с втулочными аналогами. Учтите, что установка масляного рестриктора на входе в турбокомпрессор является очень желательной, особенно если давление масла в системе находится на отметке выше 4 атм. Осуществлять слив масла необходимо путем специального подвода в поддон, причем с учетом того, что слив должен быть выше уровня масла.
Всегда помните, что слив масла из турбины происходит самостоятельно и под действием силы гравитации. Знание этого диктует необходимость ориентирования центрального картриджа турбины так, чтобы слив масла был направлен вниз.
Тот показатель, который определяет реакцию турбины на нажатие педали газа, демонстрирует сильную зависимость от самой конструкции центрального картриджа турбины. Шарикоподшипниковые решения от Garrett способны на 15% быстрее выйти на наддув сравнительно с втулочными аналогами. Шарикоподшипниковые турбины снижают эффект турбо-ямы и делают использование турбомотора максимально похожим на езду с таким атмосферным двигателем, который имеет большой рабочий объем.
Шарикоподшипниковые турбины имеют еще один положительный момент. Такие турбины требуют заметно меньшего потока масла, которое проходит через картридж и осуществляет смазку подшипников. Решение ощутимо снижает вероятность возникновения утечки масла через сальники. Шарикоподшипниковые турбины не являются излишне требовательными к качеству масла, а также менее подвержены закоксовке после плановой или внезапной остановки двигателя.
Подведем итоги
Использование современных турбин от ведущих производителей позволяет говорить о получении двигателей с выдающимися динамическими показателями. Эффект турбоямы, а также жесткие требования к особенностям эксплуатации турбомоторов за последнее время заметно снизились, возросла надежность массовых систем турбонаддува. Активное использование электронных блоков управления позволило поднять турбокомпрессоры на абсолютно новый качественный уровень.
Такие характеристики позволяют данному решению уверенно опережать большеобъемные атмосферники практически всем. Сегодня автомобиль с турбонаддувом для многих автовладельцев является мощным, надежным, динамичным и практически идеальным выбором как для повседневной, так и для спортивной езды!
Для того, чтобы окончательно убедиться во всесильности турбокомпрессора, просто посмотрите следующий увлекательный видеоролик. Нам же на этой позитивной ноте пора заканчивать и остается только пожелать читателям стабильного наддува и полного отсутствия турбоям!
Кто-то ценит в автомобилях комфорт, другие выбирают себе транспортное средство в зависимости от престижности, третье отдают предпочтение сверхсовременной электронике. Предпочтений множество. Но всех водителей объединяет желание иметь быстрый и мощный автомобиль.
Внимание! Турбонаддув позволяет добиться роста мощности автомобиля.
Вам, наверное, не раз приходилось замечать на машине надпись turbo. Обычно подобные шильды крепятся на багажнике неподалёку от названия вместе с объёмом двигателя. Но что означает для автомобиля система турбонаддува, знают немногие.
Зачем нужен турбонаддув
Чтобы узнать, что такое турбонаддув в общих чертах, необходимо понять мотивацию автомобилестроителей. Каждый автомобильный концерн желает, чтобы его машины имели высокую скорость и хорошие динамические показатели. Именно поэтому инженеры идут на самые разнообразные шаги, чтобы усовершенствовать свои концепты. Турбонаддув — это один из наиболее эффективных и простых шагов повышения мощности.
Вспомните хотя бы эволюцию автомобильного двигателя. Сначала серийные автомобили не разгонялись быстрее 50 миль в час, но прошло не более 20 лет, как этот показатель пересёк отметку в 100. Если же говорить про количество лошадиных сил и объёмы двигателей, то они росли просто с ошеломляющей скоростью.
Внимание! Установка в своё время на автомобили турбонаддува значительно помогла в борьбе за мощность.
Чтобы не быть голословными, сравним Ford Model T (это первый серийный автомобиль) и Ferrari 458 Speciale. Первый имел 20 лошадиных сил, а вторая больше 600. Прогресс за сто лет более чем впечатляющий. Естественно, важную в нём роль сыграла установка на машины турбонаддува.
Желая ещё больше увеличить динамические показатели мотора, автомобильные производители прибегали к самым разным хитростям. Одной из самых интересных технических новинок является система турбонаддува.
Принцип работы
Автомобильный двигатель работает за счёт сгорания топлива. Чем больше его сжигается, те выше прирост мощности. Это простая, но действенная закономерность, которой воспользовались инженеры, создавая систему турбонаддува.
Но не всё так просто как может показаться, на первый взгляд. Чтобы топливо горело, необходим кислород. Поэтому в цилиндры попадает не топливо в чистом виде, а его смесь с воздухом.
Важно! Топливо и воздух должны быть перемешаны в правильной пропорции, иначе ничего работать не будет. Турбонаддув позволяет не только подавать правильное количество воздуха, но и делать это максимально эффективно.
Если в качестве примера взять бензиновый двигатель, то на одну часть топлива припадает 14—15 частей бензина. Это довольно грубый подсчёт, так как во внимание необходимо брать состав топлива, а также характеристики всей системы.
Простой двигатель работает по следующему принципу: он засасывает воздух в цилиндры благодаря разности давлений. Как результат, чем больше объём цилиндра, тем больше количество кислорода. Естественно, это напрямую влияет на размеры двигателя: система турбонаддува помогает значительно уменьшить габариты конструкции.
Внимание! Турбонаддув позволяет загнать в цилиндры намного больше воздуха, без увеличения размеров последних.
История создания турбонаддува и его прототипов
Придумал систему турбонаддува Вильгельм Даймлер. Этот немецкий учёный изобрёл двигатель. Через несколько лет экспериментов он начал использовать для закачки воздуха в нагнетатель.
Нагнетатель и был прототипом современного турбонаддува. Он состоял из вентилятора, последний вращался за счёт работы двигателя. В результате эффективность всей системы повышалась в несколько раз.
Но это было только началом истории турбонаддува. Альфред Бюхи пошёл куда дальше. В 1905 он запатентовал аппарат, использующий для своей работы энергию выхлопных газов. Именно так была создана первая в мире система турбонаддува.
Всё что нужно знать о турбонаддуве
Использование системы турбонаддува на бензиновых и дизельных двигателях
Система турбонаддува применяется как на дизельных, так и на бензиновых двигателях. Но не всё так просто уровень эффективности кардинально отличается. Использование данного устройства на дизеле позволяет добиться качественно других результатов.
Внимание! Всё дело в повышенной степени сжатия. Также дизельные двигатели с системой турбонаддува имеют меньшую частоту вращения вала.
Нужно заметить, что использование системы турбонаддува на бензиновых двигателях имеет определённые ограничения. Во-первых, существует риск детонации из-за слишком высоких оборотов двигателя. Во-вторых, на устройствах, работающих за счёт бензина, слишком высокая температура выхлопных газов.
Если проводить сравнение, то температура выхлопных газов в двигателе, работающем на дизеле, составляет около 600 градусов по Цельсию. Аналогичный показатель в бензиновых агрегатах достигает отметки в 1000, что крайне негативно сказывается на системе турбонаддува.
Устройство
Устройство системы турбонаддува не представляет особой сложности. По внешнему виду конструкция напоминает две улитки, соединённые между собой шлангом. Аппарат состоит из таких элементов, как:
- интеркуллер,
- турбокомпрессор,
- воздухозаборник,
- воздушный фильтр,
- дроссельная заслонка,
- напорные шланги,
- впускной коллектор,
- соединительные патрубки.
Некоторые производители добавляют в свои устройства впускные заслонки. Если же говорить об общей схеме, то они все практически идентичны, за исключением некоторых элементов.
Главным элементом конструкции считается турбокомпрессор. Именно он обеспечивает нагнетание воздуха. Узел состоит из таких деталей:
- корпус,
- турбинный корпус,
- турбинное колесо,
- подшипники,
- компрессорное колесо,
- уплотнительные кольца.
Турбинное колесо находится в специальном корпусе, который является устойчивым к повышенным температурам. Данная деталь отвечает за превращение энергии отработанных газов. Именно благодаря ей вращается компрессорное колесо.
В результате работы колеса воздух попадает внутрь, где происходит процесс сжимания. Лишь после этого полученная смесь направляется в цилиндры. Колёса крепятся к валу ротора. Нормальное вращение возможно благодаря подшипникам.
Интеркуллер — это простой радиатор. Он отвечает за охлаждение аппарата. Обычно в конструкции допускается использование интеркуллеров двух типов: жидкостный и воздушный. Первый считается более эффективным.
Важно! Интеркуллер охлаждает воздух. В результате увеличивается его плотность.
Системой управляет регулятор. По сути — это припускной клапан. Он ограничивает энергию газов. В результате та часть, которая может навредить системе, перенаправляется мимо турбинного колеса.
Регулятор позволяет достичь оптимальной величины давления наддува. Привод может быть двух видов: пневматический или электрический. Чтобы он сработал, вначале должна поступить информация с датчика.
Плюсы и минусы системы турбонаддува
Любая технология имеет как свои достоинства, так и недостатки. Турбонаддув не стал тому исключением. К основным плюсам устройства можно причислить:
- повышение КПД двигателя,
- рост экономичности всей системы,
- экологичность.
Главное достоинство аппарата в том, что он работает за счёт отработанных газов. Это позволяет сэкономить ресурс мотора для обеспечения большей мощности.
Рассматривая плюсы системы турбонаддува, не помешает рассмотреть их в сравнении с «атмосферником», выполняющим те же функции. На первый взгляд, «амтосферник» является куда более экономичным решением. С ним двигатель сжигает меньше топлива, но при этом мощность всей системы падает.
Важно! Система турбонаддува обеспечивает практически полное сгорание горючего. За счёт этого, мощность машин, оснащённых подобными устройствами гораздо выше.
Ещё одним немаловажным достоинством турбонаддува является то, что подобная система позволяет добиться более низкой температуры в камере сгорания топливно-воздушной смеси. Из-за этого уменьшается образование оксида азота.
А теперь к минусам. Подобное устройство является весьма хрупким и требует к себе особенного отношения. К примеру, если вы только что использовали возможности двигателя по максимуму, не стоит его сразу глушить. Дайте мотору немного поработать на холостых оборотах. В противном случае возможен перегрев всей системы.
Важно! Выйти из этой ситуации помогает турботаймер, который не заглушит двигатель до достижения нормальной температуры.
Ещё одним весомым недостатком данной системы нагнетания воздуха является наличие так называемых турбоям. Когда вы нажимаете на педаль газа — машина откликается не сразу.
Устройство может эффективно работать только тогда, когда коленвал вращается в определённом диапазоне. Достойно справиться с этой проблемой помогает двойной турбонаддув. Такой аппарат имеет две турбины. Крыльчатки у них разного размера, каждая способна эффективно работать в своём диапазоне.
Итоги
Турбонаддув — это, безусловно, важная деталь, позволяющая значительно увеличить мощность мотора. Но из-за определённых особенностей её не особо выгодно устанавливать в бензиновых двигателях. Дело в том, что лишком большая температура сгорания топливно-воздушной смеси в камере, крайне негативно сказывается на устройстве.
ТУРБИНА
первичный двигатель с вращательным движением рабочего органа для преобразования кинетической энергии потока жидкого или газообразного рабочего тела в механическую энергию на валу. Турбина состоит из ротора с лопатками (облопаченного рабочего колеса) и корпуса с патрубками. Патрубки подводят и отводят поток рабочего тела. Турбины, в зависимости от используемого рабочего тела, бывают гидравлические, паровые и газовые. В зависимости от среднего направления потока через турбину они делятся на осевые, в которых поток параллелен оси турбины, и радиальные, в которых поток направлен от периферии к центру.
ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫ
Основные элементы паровой турбины - корпус, сопла и лопатки ротора. Пар от внешнего источника по трубопроводам подводится к турбине. В соплах потенциальная энергия пара преобразуется в кинетическую энергию струи. Вырывающийся из сопел пар направляется на изогнутые (специально спрофилированные) рабочие лопатки, расположенные по периферии ротор. Под действием струи пара появляется тангенциальная (окружная) сила, приводящая ротор во вращение.
Сопла и лопатки.
Пар под давлением поступает к одному или нескольким неподвижным соплам, в которых происходит его расширение и откуда он вытекает с большой скоростью. Из сопел поток выходит под углом к плоскости вращения рабочих лопаток. В некоторых конструкциях сопла образованы рядом неподвижных лопаток (сопловой аппарат). Лопатки рабочего колеса искривлены в направлении потока и расположены радиально. В активной турбине (рис. 1,а) проточный канал рабочего колеса имеет постоянное поперечное сечение, т.е. скорость в относительном движении в рабочем колесе по абсолютной величине не меняется. Давление пара перед рабочим колесом и за ним одинаковое. В реактивной турбине (рис. 1,б) проточные каналы рабочего колеса имеют переменное сечение. Проточные каналы реактивной турбины рассчитаны так, что скорость потока в них увеличивается, а давление соответственно падает.
R1; в - облопачивание рабочего колеса. V1 - скорость пара на выходе из сопла; V2 - скорость пара за рабочим колесом в неподвижной системе координат; U1 - окружная скорость лопатки; R1 - скорость пара на входе в рабочее колесо в относительном движении; R2 - скорость пара на выходе из рабочего колеса в относительном движении. 1 - бандаж; 2 - лопатка; 3 - ротор.">
Рис. 1. РАБОЧИЕ ЛОПАТКИ ТУРБИНЫ. а - активное рабочее колесо, R1 = R2; б - реактивное рабочее колесо, R2 > R1; в - облопачивание рабочего колеса. V1 - скорость пара на выходе из сопла; V2 - скорость пара за рабочим колесом в неподвижной системе координат; U1 - окружная скорость лопатки; R1 - скорость пара на входе в рабочее колесо в относительном движении; R2 - скорость пара на выходе из рабочего колеса в относительном движении. 1 - бандаж; 2 - лопатка; 3 - ротор.
Турбины обычно проектируют так, чтобы они находились на одном валу с устройством, потребляющим их энергию. Скорость вращения рабочего колеса ограничивается пределом прочности материалов, из которых изготовлены диск и лопатки. Для наиболее полного и эффективного преобразования энергии пара турбины делают многоступенчатыми.
Тепловые циклы. Цикл Ранкина. В турбину, работающую по циклу Ранкина (рис. 2,а), пар поступает от внешнего источника пара; дополнительного подогрева пара между ступенями турбины нет, есть только естественные потери тепла.
Цикл с промежуточным подогревом. В этом цикле (рис. 2,б) пар после первых ступеней направляется в теплообменник для дополнительного подогрева (перегрева). Затем он снова возвращается в турбину, где в последующих ступенях происходит его окончательное расширение. Повышение температуры рабочего тела позволяет повысить экономичность турбины.
Цикл с промежуточным отбором и утилизацией тепла отработанного пара. Пар на выходе из турбины обладает еще значительной тепловой энергией, которая обычно рассеивается в конденсаторе. Часть энергии может быть отобрана при конденсации отработанного пара. Некоторая часть пара может быть отобрана на промежуточных ступенях турбины (рис. 2,в) и использована для предварительного подогрева, например, питательной воды или для каких-либо технологических процессов.
Конструкции турбин. В турбине происходит расширение рабочего тела, поэтому для пропуска возросшего объемного расхода последние ступени (низкого давления) должны иметь больший диаметр. Увеличение диаметра ограничивается допустимыми максимальными напряжениями, обусловленными центробежными нагрузками при повышенной температуре. В турбинах с разветвлением потока (рис. 3) пар проходит через разные турбины или разные ступени турбины.
Применение. Для обеспечения высокого КПД турбина должна вращаться с высокой скоростью, однако число оборотов ограничивается прочностью материалов турбины и оборудованием, которое находится на одном валу с ней. Электрогенераторы на тепловых электростанциях рассчитывают на 1800 или 3600 об/мин и обычно устанавливают на одном валу с турбиной. На одном валу с турбиной могут быть установлены центробежные нагнетатели и насосы, вентиляторы и центрифуги. Низкоскоростное оборудование соединяется с высокоскоростной турбиной через понижающий редуктор, как, например, в судовых двигателях, где гребной винт должен вращаться с частотой от 60 до 400 об/мин.
ДРУГИЕ ТУРБИНЫ
Гидравлические турбины. В современных гидротурбинах рабочее колесо вращается в специальном корпусе с улиткой (радиальная турбина) или имеет на входе направляющий аппарат, обеспечивающий нужное направление потока. На валу гидротурбины обычно устанавливается и соответствующее оборудование (электрогенератор на гидроэлектростанции).
Газовые турбины. В газовой турбине используется энергия газообразных продуктов сгорания из внешнего источника. Газовые турбины по конструкции и принципу работы аналогичны паровым и находят широкое применение в технике.
См. также
АВИАЦИОННАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ;
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ ;
СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ДВИЖИТЕЛИ ;
ГИДРОЭНЕРГЕТИКА .
ЛИТЕРАТУРА
Уваров В.В. Газовые турбины и газотурбинные установки. М., 1970 Верете А.Г., Дельвинг А.К. Судовые пароэнергетические установки и газовые турбины. М., 1982 Трубилов М.А. и др. Паровые и газовые турбины. М., 1985 Саранцев К.Б. и др. Атлас турбинных ступеней. Л., 1986 Гостелоу Дж. Аэродинамика решеток турбомашин. М., 1987
Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .
Синонимы :Смотреть что такое "ТУРБИНА" в других словарях:
- (фр. turbine). В механике: колесо с вертикальной осью, приводимое в движение течением воды; горизонтальное водяное колесо. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ТУРБИНА водяные двигатели, устраиваемые в… … Словарь иностранных слов русского языка
ТУРБИНА, турбины, жен. (от лат. turbo вертящийся предмет) (тех.). Двигатель с вращательным движением, в котором используется энергия пара, газа или движущейся воды, преобразуемая в механическую работу. Гидравлическая турбина. Паровая турбина.… … Толковый словарь Ушакова
Турбинка, полукаплан Словарь русских синонимов. турбина сущ., кол во синонимов: 12 газотурбина (1) … Словарь синонимов
ТУРБИНА, вращающееся устройство, приводимое в движение потоком газа или жидкости. Турбины дают возможность преобразовать энергию ветра, воды, пара и других текучих сред в полезную работу. Простейший пример турбины ВОДЯНОЕ КОЛЕСО. В ранних… … Научно-технический энциклопедический словарь
турбина - ы, ж. turbine f. < лат. turbo кружение, вращение. 1. Лопаточный двигатель, преобразующий энергию воды, пара, газа в механическую энергию. БАС 1. Машина, с лежащим водяным колесом. Даль. Тюрбины. Энц. Дельфина 1860 200. Турбины горизонтальныя… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
ТУРБИНА, машина, с лежачим водяным колесом. Толковый словарь Даля. В.И. Даль. 1863 1866 … Толковый словарь Даля
- (франц. turbine от лат. turbo вихрь, вращение с большой скоростью), первичный двигатель с вращательным движением рабочего органа ротора, преобразующий в механическую работу кинетическую энергию подводимого рабочего тела пара, газа, воды. Струя… … Большой Энциклопедический словарь
ТУРБИНА, ы, жен. Двигатель, в к ром энергия пара, газа или движущейся воды преобразуется в механическую работу. Паровая, газовая, гидравлическая т. | прил. турбинный, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
Turbine первичный двигатель с вращательным движением рабочего органа (ротора с лопатками), преобразующий кинетическую энергию рабочего тела (пара, газа, воды) в механическую работу. Термины атомной энергетики. Концерн Росэнергоатом, 2010 … Термины атомной энергетики
Турбина - - двигатель с вращательным движением рабочего органа (ротора), преобразующий кинетическую энергию и/или внутреннюю энергию в механическую работу при помощи подводимого рабочего тела - пара, газа, воды. Струя рабочего тела воздействует … Нефтегазовая микроэнциклопедия
В этой статье мы ознакомимся с ответом на вопрос, что такое турбина. Здесь читатель найдет информацию о ее характеристике, видах и способах эксплуатации человеком, а также рассмотрим исторические сведенья, связанные с развитием этого механического устройства.
Введение
Что такое турбина и как она действует? Это лопаточная система (машина), которая занимается преобразованием энергий: внутренней и/или кинетической. Этот ресурс дает рабочее тело и позволяет выполнять валу его механическое предназначение. На лопатки оказывают воздействие посредством струи рабочего тела, что закрепляют около окружностей роторов. Она же приводит к их движению.
Может находить свое применение в качестве турбины электростанций (АЭС, ТЭС, ГЭС), фрагмента приводов для различного типа транспортов, а также может служить составной частью гидронасосов и газотурбинных двигателей. Настоящая энергетическая промышленность не способна обходиться без этих устройств. Вид теплопередачи вращения турбины на тепловых электростанциях, обладает высокой производительностью, он очень энергоемкий. Это позволяет человеку использовать различные ресурсы в относительно малых количествах, в сравнение с объемом получаемого электричества.
Исторические данные
Множество попыток создать устройство, схожее с современной турбиной, было совершено еще задолго до ее полноценного вида, приобретенного ею в конце девятнадцатого века. Первая попытка принадлежит Герону Александрийскому (1 век н.э.).
И. В. Линде утверждал, что именно в XIX веке была рождена масса планов и проектов, позволивших человеку превзойти «материальные трудности», мешающие выполнению и созданию такой техники. Главными событиями тех годов являлось развитие термодинамической науки, а также металлургической и машиностроительной отраслей. В конце XIX два ученых, по отдельности и независимо, смогли создать паровую турбину, пригодную в различных отраслях промышленности. Это были Густав Лаваль родом из Швеции и Чарлз Парсонс родом из Великобритании.
Хронологические данные событий
А теперь ознакомимся с некоторыми событиями, связанными с историей изобретения турбины :
- В I в. н. э. паровую турбину попытался создать Герон Александрийский, однако несколько столетий после этого ее не изучали в силу ошибочного мнения о несостоятельности идеи.
- В 1500 г. можно найти упоминание о «дымовом зонте» - приборе, поднимающем горячие потоки воздуха от пламени через лопасти, соединенные между собой и вращающие вертел.
- Джованни Бранкой в 1629 г., было совершено создание турбины, лопатки которой поднимались за счет действия сильной струи пара.
- В 1791 г., Джоном Барбером родом из Англии было приобретено право на владение патентом, который позволил ему стать первым обладателем и создателем современной газовой турбины.
- Турбины, работающие на воде, впервые были созданы в 1832 г. французским ученым Бюрденом.
- В 1894 г. была запатентована идея о корабле, который заставляла двигаться паровая турбина, а его обладателем стал Сэр Ч. Парсонс.
- 1903 год: Эджидиус Эллинг из Норвегии сконструировал первую в своем роде турбинную систему на газе, которая смогла передавать больше энергии, чем затрачивать на внутреннее обслуживание компонентов самой турбины. Эта технология стала значительным прорывом тех времен. Проблемы обуславливались недостаточным уровнем развития термодинамических знаний, однако были преодолены.
- В 1913 году Никола Тесла стал обладателем патента на турбину, работающую на основе эффекта пограничного слоя.
- 1920 год: практическая теория протекания газового потока через каналы позволила сформулировать четкие данные для развития теоретического представления о процессе протекания, в котором газ движется вдоль аэродинамической плоскости. Эта работа была проделана доктором А. А. Грифицем.
- Для самолета турбина реактивного движения была создана Сэром Ф. Уиттлом, а сам двигатель тестировали с успехом в апреле 1937 г.
Труды Густава Лаваля
Первым создателем турбины на пару стал Густав Лаваль, изобретатель родом из Швеции. Бытует мнение о том, что к конструированию такого механизма его привело желание обеспечить собственноручно сделанный сепаратор для молока механическим действием, выполняющимся без прямого вмешательства человеком. Двигатели тех времен не позволяли создавать необходимую скорость вращения.
Рабочим телом в машине Лаваля послужил пар. В 1889 году он сделал дополнение сопла турбин, на которые поставил конические расширители. Его труд стал инженерным прорывом, и это ясно, ведь анализ величины нагрузки, которую оказывали на рабочее колесо, показывает, что она была сверхсильной. Такое воздействие даже при малейшем нарушении привело бы к сбою в удержании центра тяжести и вызвало бы незамедлительное возникновение неполадок в работе подшипников. Избежать такой проблемы изобретатель смог при помощи использования тонкой оси, прогибающейся при вращении.
Чарлз Парсонс и его работа
Чарлзу Парсонсу был присвоен патент на изобретение первой многоступенчатой турбины, а сделал он это в 1884 году. Работа механизма приводила в действие устройство электрогенератора. Годом позже, в 1885-м, он модифицировал свою же версию, начавшую масштабно распространяться и применяться на электростанциях. Устройство обладало выравнивающим аппаратом, который образовывался из венцов, с лопатами турбины, которые направлялись в обратную сторону. Сами венцы оставались неподвижными. Механизм имел 3 ступени с разными показателями силы давления и геометрическими параметрами лопаток, а также путями их установления. Турбина использовала как активную, так и реактивную силу.
Устройство турбины
Теперь мы рассмотрим вопрос, что такое турбина, углубившись в механизм ее действия.
Турбинная ступень образуется при помощи двух главных частей:
- Рабочего колеса (лопатки на роторе, непосредственно создающие вращение);
- Соплового механизма (лопатки стартера, отвечающие за поворот рабочего тела, который придаст потоку нужный угол для атаки в отношении к рабочему колесу).
В зависимости от направления движения потоков рабочие тела можно разделить на аксиальные и радиальные турбинные механизмы. У первых поток р. т. движется по направлению вдоль турбинной оси. Радиальными называют турбины, у которых поток направляется перпендикулярно валовой оси.
Количество контуров позволяет разделять такие механизмы на одно-, двух- и трехконтурные. Иногда можно встретить турбины с четырьмя или пятью контурами, но это крайне редкое явление. Многоконтурное устройство турбины дает возможность пользоваться большими скачками в тепловых перепадах энтальпии. Это обуславливается размещением большого числа ступеней с разным давлением, а также влияет на мощность турбины.
В соответствии с количеством валов можно различать одно-, двух- и иногда трехвальные турбины. Они связываются общими параметрами тепловых явлений или механизмом редуктора. Валы могут располагаться коаксиально и параллельно.
Устройство и принцип действия турбины следующие: в местах, где происходит проход вала через стенки корпуса, располагаются утолщения, которые предупреждают утечку рабочего тела наружу и засасывание воздуха в корпус.
Передний конец вала оборудован предельным регулятором, который в случае необходимости автоматически остановит турбину. Это случается, например, в результате повышения показателя вращательной частоты, которая допустима для конкретного устройства.
Преобразование энергии газа
Что такое турбина? В общем виде - это машина, предназначение которой заключается в преобразовании энергии в работу. Их существует несколько видов, и одним из таких является газовая турбина.
Устройство газовой турбины основано на переводе энергетического потенциала газа в сжатом или нагретом состоянии в работу, которую выполняет механизм вала. Главные элементы - это ротор и статор. Свое применение находит в качестве детали газотурбинного двигателя, ГТУ и ПГУ.
Механизм газовой турбины
Работа турбины осуществляется, когда сопловой аппарат пропускает газы под давлением внутрь корпуса, в те места, где оно небольшое. При этом молекулы газа расширяются и ускоряются. Далее они попадают на поверхность рабочих лопаток и отдают им процент своего кинетического заряда энергии. Происходит сообщение крутящего момента лопаток.
Механическое устройство газовой турбины может быть гораздо проще, чем поршневого двигателя внутреннего сгорания. Современные турбореактивные двигатели могут обладать несколькими валами и сотнями лопаток как на стартере, так и на валу. Примером могут служить турбины самолетов. Их характеристикой также является наличие сложной системы расположения трубопровода, теплообменников и камер, предназначенных для сгорания.
Подшипники как радиального, так и упорного типа служат критическим элементом в этой разработке. Традиционно применялись гидродинамические или охлаждаемые маслом шарикообразные подшипники, однако в скором времени их обошли воздушные. По сей день их применяют для создания микротурбин.
Тепловые двигатели
Тепловая турбина преобразовывает работу, выполняемую паром, в механическую. Внутри лопаточного аппарата происходит превращение потенциальной энергии пара в нагретом и сжатом состоянии в кинетическую форму. Последняя, в свою очередь, преобразуется в механическую и обуславливает вращение вала.
Поступление пара происходит посредством парокотельного устройства и направляется на каждую криволинейную лопатку, закрепленную по окружности ротора. Далее пар воздействует на нее, и все вместе лопатки заставляют ротор вращаться. Турбина на пару является элементом ПТУ. Турбоагрегат образуется при помощи совмещения работы паровой турбины и электрогенератора.
Основная часть парового двигателя
Паровые механизмы образуются, так же, как и газовые, при помощи ротора и статора. На первом закрепляются способные к движению лопатки, а на последнем - не способные.
Движение потока протекает в соответствии с аксиальной или радиальной формой, что зависит от типа направления потоков пара. Аксиальная форма характеризуется перемещением пара периметра оси, котором обладает турбина. Радиальная турбина обладает потоками паров, которые двигаются перпендикулярно. При этом лопатки располагают параллельно к оси, по которой происходит вращение. Могут иметь от одного до пяти цилиндров. Число валов также может варьироваться. Существуют устройства, располагающие одним, двумя или тремя валами.
Корпус - это неподвижная часть, которую именуют статором. Он обладает рядом выточек, в которые устанавливаются диафрагмы, с соответствующими плоскости разъема турбинного корпуса разъемами. По их периферии размещают ряд сопловых каналов (решеток), которые образуются посредством криволинейных лопаток, залитых в диафрагму или приваренных к ней.
Турбокомпрессор
Существует механизм, который использует отработавшую часть газов с целью увеличения показателя давления в пространстве впускной камеры. Такой агрегат называют турбокомпрессором.
Основные части представлены доцентровым или осевым компрессором и газовой турбиной, необходимой для приведения его в действие. Обладает одним валом. Главная функция заключается в повышении давления, оказываемого рабочим телом. Это становится возможным в силу нагревания газотурбинного двигателя работой самого компрессора, приобретающего мощность благодаря турбине.
В заключение
Теперь читатель располагает общими представлениями об устройстве, принципе работы, механизме действия, способах эксплуатации турбин. Здесь также были рассмотрены конкретные виды турбин, отличающиеся видом рабочего тела, и исторические сведенья, показывающие общий ход развития данных механизмов. Подведя итоги, можно сказать, что турбины - это устройства, преобразовывающие энергию. Попытки их создания были совершены еще задолго до нашей эры. В настоящее время они широко используются человеком в различных отраслях промышленности, что значительно упрощает процесс работы, усиливает производительность и позволяет совершать механические действия, ранее недоступные человечеству.