Принципът на работа на турбината: описание, устройство, характеристики

За да се увеличи мощността и въртящ момент на двигателя човечеството измисли много устройства и устройства. Най-лесният метод е да се увеличи обемът на горивната камера. Колкото повече гориво попадне в цилиндъра, толкова по-полезна ще бъде работата. Но има проблеми. Първо, размерът на такъв мотор може да бъде извън границите, и второ, работата на такъв двигател с вътрешно горене поради високата консумация на гориво ще бъде нерентабилна. Ето защо, наскоро автопроизводителите все повече оборудват колите си с турбина. Какво представлява този елемент. и какъв е принципът на турбината? Ние научаваме подробно в нашата статия.

особеност

Турбината е елемент от системата за всмукване на двигателя, която служи за увеличаване на налягането на въздуха чрез използване на енергия от отработените газове. Благодарение на нейната работа, масата на въздуха в горивната камера се увеличава.

Това ви позволява да ускорите двигателя и да увеличите неговия въртящ момент. Също така имайте предвид, че първите турбини са задвижвани механично. Принципът на работа на такава турбина е да се преобразува енергията от коляновия вал. С последния елемент, свързан с колан. Но скоро такива единици са престанали да се използват. Сега всички производители използват газова турбина принципът на който позволява да се увеличи ефективността на двигателя с 80% вместо 30%.

Когато се използва

По принцип, такава единица може да се намери на съвременните автомобили. Но този нагнетател не се използва на всички ДВГ. Ограничаващ фактор при използването на турбини върху бензиновите двигатели е високата степен на детонация. Това е свързано с увеличаване на честотата на въртене на двигателя с вътрешно горене и огромната температура на отработените газове (до хиляда градуса). С оглед на това често се използва турбина. дизелов двигател. Принципът на работа на такъв двигател с вътрешно горене е малко по-различен. Има по-малък риск от детонация, а температурата на газовете не надвишава 600 градуса. Особено често компресорите се намират на търговски превозни средства. Невъзможно е да си представим модерен трактор за автобуси или дълги разстояния, който не е оборудван с такава турбина. Ако говорим за марки, турбината се инсталира на следните автомобили:

• "Фолксваген".
• "Мерцедес".
• "Волво".
• "Мазда".
• "Ауди".
• "Рено".
• "Тойота".

Има и други области, в които се прилага подобен елемент. Например, това е електроцентрала и двигател с вътрешно горене на кораби. Но тук вече се използва парна турбина, чийто принцип на работа ще разгледаме малко по-късно.

недостатъци

Защо този елемент не присъства във всички двигатели с вътрешно горене? На първо място, използването на турбина увеличава разходите за производство на автомобили. Освен самия охлюв са необходими и редица други елементи.

В допълнение, двигателят се нуждае от още по-здрава бутална система и устройство за работа с турбината. Това също води до допълнителни разходи. Също така сред недостатъците може да се отбележи, така наречените turboboyu (когато моторът не може да получи инерция за точното време). Причините за това явление са инерцията на компресора.

дизайн

Така че нека разгледаме устройството и принципа на работа на турбината. И този елемент се състои от три основни компонента:

• Централна сграда.
• Центробежен компресор.
• Охлюви.

Конструкцията на последната включва колелата на турбината и компресора, роторния вал, плъзгащи лагери и уплътнителни пръстени. Всичко това е затворено в здрав метален термоустойчив калъф. Тъй като принципът на турбинния двигател се основава на използването на енергия от отработените газове, горещата част на ушната мида може да свети до хиляда или повече градуса по Целзий.

Спомагателни елементи

Тъй като турбината е част от всмукателната система, нейното функциониране е невъзможно без използването на въздушен филтър, дроселна клапа, както и интеркулер.

Последният е предназначен да охлажда кислорода, който се инжектира в камерата под налягане. Колкото по-студен е въздухът в междинния охладител, толкова по-добре гори сместа в цилиндрите. Също така в дизайна не е без свързване и маркучи за масло.

Как работи

Заслужава да се отбележи, че принципът на работа на турбината на бензинов двигател е същият като на дизеловия. По време на работа на двигателя с вътрешно горене се произвеждат отработени газове. Те влизат в тялото (горещата част на ушната мида), където се движат по лопатките на турбинното колело. Последният се върти до невероятни скорости - 100 или повече хиляди оборота в минута. Тъй като турбинното колело е здраво свързано към вала, въртящият момент се предава на втората студена част на турбината. Това от своя страна започва да улавя кислорода от атмосферата. Той прониква вътре, след като преминава през филтъра. След това въздухът под налягане навлиза в смукателния колектор, където се смесва с горивото и влиза в горивната камера. Като материали за корпуса на турбината се използват топлоустойчиви стомани и желязо-никелова сплав.

Работата на компресора зависи от неговата форма и размери. Колкото по-голям е диаметърът му, толкова повече въздух се всмуква в смукателния колектор. Но не можете постоянно да увеличавате размера на компресора. Това може да доведе до турбокомпресор. Малката турбина се върти много по-бързо при номинална скорост. Но на върха има по-малко производителност. Следователно размерът и формата на елемента са подбрани строго индивидуално за всеки двигател. Не можете да инсталирате уреда от бензиновата кола на дизела и обратно. Въпреки че има същия принцип на работа на турбината, той ще действа по различен начин на различните автомобили.

Важен момент: предвиден е специален байпасен клапан за регулиране на налягането на бустера. Тя се задвижва пневматично и се управлява от ECU на двигателя.

Система за смазване

Това е неразделна част от всяка турбина. Принципът на работа на смазочната система е прост. Маслото се подава между лагера и корпуса на компресора през множество канали под налягане. Но не мисля, че тази система е необходима само за смазване. Той също така охлажда отопляемите части на компресора. При някои двигатели турбината е свързана с обща охладителна система. Благодарение на това се постига по-добро охлаждане, но този дизайн е много по-сложен и по-скъп за производство.

За да се отърват от турбо-ям, производителите непрекъснато подобряват дизайна на турбината на дизелов двигател. Принципът на неговата работа остава същият, но се променят следните точки:

• Масата на компресора. Турбината е изработена от леки и трайни материали едновременно (например от керамика).
• Носещ дизайн. Колкото по-ниска е загубата на триене, толкова по-висока е производителността на турбината. Колелото е по-лесно да се върти до номиналните си стойности.

Видове турбини

В момента има няколко популярни вида компресори:

• Отделни. Той има две дюзи за всяка двойка цилиндри и два входа за отработени газове. Първата дюза е проектирана за бърза реакция, втората е за максимална производителност. Дизайнът има отделни изпускателни канали. Това се прави, за да се предотвратят припокриващи се канали с освобождаването на отработени газове.
• Компресор с променлива дюза. Той е известен също като турбина с променлива геометрия. Използва се за двигатели с маркировка TDI от Volkswagen. Тук в дизайна има 9 подвижни остриета. Те могат да регулират потока на отработените газове, които преминават към турбината. Ъгълът на наклона на лопатките е регулируем, което ви позволява да съгласувате налягането на впръсквания въздух и скоростта на движение на газовете с оборотите на двигателя с вътрешно горене.

За по-голяма производителност на автомобила могат да се монтират два компресора. Такива системи са обозначени с "twin-turbo".

Тези механизми се инсталират последователно. В този случай първата турбина работи при ниски обороти, а втората при висока. При V-мотори, компресорите се инсталират успоредно (една турбина за всеки ред). Както показва практиката, монтирането на два малки компресора е много по-ефективно, отколкото използването на единични, но големи.

Парна турбина

Принципът на неговата работа е малко по-различен. Парата, която се образува в котела, под налягане пада върху работното колело на турбината. Последният прави обороти, като по този начин генерира механична енергия. Обикновено, тази турбина е свързана с генератор и се използва в електроцентралите. Благодарение на механичната енергия генераторът произвежда електричество. Мощността на такива блокове може да достигне 1000 MW.

Този индикатор обаче значително зависи от спадането на налягането на парите на входа и изхода. Също така подобни турбини се използват за задвижване на захранващата помпа, на кораби и кораби с ядрена инсталация. Що се отнася до военните кораби, тук се използва газова турбина. Принципът на неговата работа е следният. Газът преминава през дюзата на компресора до зоната с ниско налягане. В същото време тя се разширява и ускорява. След това газовият поток движи турбинните лопатки. Последните предават силата на вала чрез дискове. Това създава полезен въртящ момент.

В заключение

Така открихме принципа на работа на дизеловата турбина, както и бензин и пара. Както виждате, тези елементи се монтират с една единствена цел - да развият полезен въртящ момент. В случай на автомобили, той се изразходва за подаване на въздух под налягане към входа. А на електроцентралите турбината е необходима за работата на генератора, който произвежда ток.