Основные плюсы и минусы газовой турбины

Основные плюсы и минусы газовой турбины

Газовой турбиной принято называть непрерывно действующий двигатель. Далее пойдёт речь о том, как устроена газовая турбина, в чем заключается принцип работы агрегата. Особенностью такого двигателя является то, что внутри него энергия продуцируется сжатым или нагретым газом, результатом преобразования которого является механическая работа на валу.

История создания газовой турбины

Интересно, что механизмы турбин начали разрабатываться инженерами уже очень давно. Первая примитивная паровая турбина была создана ещё в I веке до н. э.! Конечно же, своего существенног о расцвета данный механизм достиг только сейчас. Активно разрабатываться турбины начали в конце XIX века одновременно с развитием и совершенствованием термодинамики, машиностроения и металлургии.

Менялись принципы механизмов, материалы, сплавы, всё совершенствовалось и вот, на сегодняшний день человечеству известна наиболее совершенная из всех ранее существующих форм газовой турбины, которая разграничивается на различные типы. Есть авиационная газовая турбина, а есть промышленная.

Технические характеристики газовой турбины

Газовой турбиной принято называть своеобразный тепловой двигатель, его рабочим частям предопределено только одно задание – вращаться вследствие воздействия струи газа.

Устроена она таким образом, что главная часть турбины представлена колесом, на которое прикреплены наборы лопаток. Газ, воздействуя на лопатки газовой турбины, заставляет их двигаться и вращать колесо. Колесо в свою очередь жёстко скреплено с валом.

Этот тандем имеет специальное название – ротор турбины.

Вследствие этого движения, происходящего внутри двигателя газовой турбины, достигается получение механической энергии, которая передаётся на электрогенератор, на гребной винт корабля, на воздушный винт самолёта и другие рабочие механизмы аналогичного принципа действия.

Основные плюсы и минусы газовой турбины

Активные и реактивные турбины

Воздействие газовой струи на лопатки турбины может быть двояким. Поэтому турбины разделяются на классы: класс активных и реактивных турбин. Отличаются реактивная и активная газовая турбина принципом устройства.

Активная турбина

Активная турбина характеризуется тем, что здесь отмечается большая скорость поступления газа на рабочие лопатки. При помощи изогнутой лопатки, струя газа отклоняется от своей траектории движения.

В результате отклонения развивается большая центробежная сила. С помощью этой силы лопатки приводятся в движение. Во время всего описанного пути газа происходит потеря части его энергии.

Такая энергия и направлена на движение рабочего колеса и вала.

Реактивная турбина

В реактивной турбине всё несколько иначе. Здесь поступление газа к рабочим лопаткам осуществляется на незначительной скорости и под воздействием большого уровня давления. Форма лопаток так же отлична, благодаря чему скорость газа значительно увеличивается. Таким образом, струя газа создаёт своего рода реактивную силу.

Из описываемого выше механизма следует, что устройство газовой турбины достаточно непростое. Дабы такой агрегат работал бесперебойно и приносил своему владельцу прибыль и выгоду, следует доверить его обслуживание профессионалам.

Сервисные профильные компании обеспечивают сервисное обслуживание установок, использующих газовые турбины, поставки комплектующих, всевозможных частей и деталей.

DMEnergy — одна из таких компаний (подробнее), которые обеспечивают своему клиенту спокойствие и уверенность в том, что он не останется один на один с проблемами, возникающими в ходе эксплуатации газовой турбины.

  Как менять щетки на генераторе ваз 2110

Газовая турбина – это двигатель, в котором в процессе непрерывной работы основной орган устройства (ротор) превращает внутреннюю энергию газа (в других случаях пара или воды) в работу механического плана.

При этом струя рабочего вещества воздействует на закрепленные по окружности ротора лопатки, приводя их в движение.

По направлению газового потока турбины делятся на осевые (газ перемещается параллельно оси турбины) или радиальные (перпендикулярное движение относительно той же оси). Существуют как одно- , так и многоступенчатые механизмы.

Основные плюсы и минусы газовой турбины

Газовая турбина может действовать на лопатки двумя способами. Во-первых, это активный процесс, когда газ подается в рабочую зону на высоких скоростях. При этом газовый поток стремится перемещаться прямолинейно, а стоящая на его пути изогнутая лопаточная деталь отклоняет его, поворачиваясь сама.

Во-вторых, это процесс реактивного типа, когда скорость подачи газа невелика, однако при этом используются высокие давления. Двигателей реактивного типа в чистом виде почти не встречается, т. к. в их турбинах присутствует центробежная сила, которая действует на лопатки вместе с силой реакции.

Основные плюсы и минусы газовой турбины

Где сегодня применяется газовая турбина? Принцип работы устройства позволяет использовать его для приводов генераторов электротока, компрессоров и др.

Широкое распространение турбины такого вида получили на транспорте (судовые газотурбинные установки).

По сравнению с паровыми аналогами они имеют сравнительно небольшой вес и габариты, для них не нужно обустройство котельной, конденсационной установки.

Газовая турбина достаточно быстро готова к работе после запуска, развивает полную мощность приблизительно за 10 минут, проста в обслуживании, требует небольшого количества воды для охлаждения. В отличие от двигателей внутреннего сгорания, она не имеет инерционных воздействий от кривошипно-шатунного механизма.

Газотурбинная установка в полтора раза короче, чем дизельные двигатели и более чем в два раза легче. У устройств есть возможность работать на топливе низкого качества. Вышеуказанные качества позволяют считать двигатели такого плана представляющими особый интерес для судов на воздушной подушке и на подводных крыльях.

Газовая турбина как основной компонент двигателя имеет и ряд существенных недостатков. В их числе отмечают высокую шумность, меньшую, чем у дизелей, экономичность, небольшой срок работы при высоких температурах (если используемая газовая среда имеет температуру около 1100 о С, то сроки использования турбины могут составлять в среднем до 750 часов).

Основные плюсы и минусы газовой турбины

КПД газовой турбины зависит от того, в какой системе она используется. Например, устройства, применяемые в энергетике с начальной температурой газов выше 1300 градусов Цельсия, со степенью сжатия воздуха в компрессоре не более 23 и не менее 17 имеют при автономных операциях коэффициент около 38,5%.

Такие турбины не очень широко распространены и применяются в основном для перекрытия нагрузочных пиков в электросистемах. Сегодня около 15 газовых турбин с мощностью до 30 МВт работают на ряде теплоэлектростанций России.

На многоступенчатых установках достигается гораздо более высокий показатель полезного действия (около 0,93) за счет высокой эффективности конструктивных элементов.

  Как определить растяжение цепи грм

Довольно часто возникают ситуации, когда некоторые промышленные и хозяйственные объекты вынужденно располагаются на больших расстояниях от основных электрических сетей. В таких случаях питание подается с помощью передвижных и стационарных установок.

В этом списке широко используется газотурбинная электростанция, представляющая собой высокотехнологичную современную конструкцию, обладающую высоким коэффициентом полезного действия.

Установки этого типа успешно генерируют электрическую и тепловую энергию, обеспечивая нормальное функционирование закрепленных за ними объектов.

Типовая схема агрегата

Стандартная газотурбинная установка представляет собой тепловую машину, где используется теплоноситель, находящийся в газообразном состоянии, нагретый до высокой температуры. В результате определенных процессов, которые будут рассмотрены ниже, его энергия превращается в механическую.

Конструкция такой электростанции состоит из следующих частей: компрессора, камеры сгорания и самой газовой турбины. Взаимодействие этих компонентов и управление ими в процессе работы обеспечивается специальными вспомогательными системами, входящими в конструкцию установки.

Газотурбинная установка и электрический генератор образуют в совокупности газотурбинный агрегат. Мощностью от нескольких десятков киловатт до показателей, измеряемых в мегаваттах.

Электростанция, в зависимости от целевого назначения и количества потребителей, имеет одну или несколько газотурбинных установок.

Основные плюсы и минусы газовой турбины

Сама газотурбинная установка разделяется на две части, размещенные в общем корпусе: газогенератор и силовая турбина. Газогенератор состоит из камеры сгорания и турбокомпрессора. Именно здесь создается газовый поток с высокой температурой, оказывающий воздействие на лопатки турбины.

Выхлопные газы утилизируются в теплообменнике, и одновременно производят нагрев паровых или водогрейных котлов. Газотурбинные установки могут работать на жидком или газообразном топливе.

В стандартном рабочем режиме используется газ, а в критических ситуациях установка автоматически переходит на жидкое топливо.

В нормальных условиях ГТЭС осуществляет комбинированное производство электричества и тепловой энергии. Как правило, они работают в базовом режиме, но при необходимости успешно перекрывают пиковые нагрузки. Вырабатываемое тепло, в количественном отношении существенно выше, чем производимое обычными поршневыми устройствами.

Как работает газотурбинная установка

По сравнению с переносными бензиновыми или дизельными электростанциями, газотурбинные установки имеют более сложную конструкцию и принципиальную схему. Тем не менее, основная задача у тех и других агрегатов совершенно одинаковая: преобразование исходного топлива в электрическую энергию.

Преимуществом газотурбинных установок является возможность дополнительно вырабатывать тепло.

Основные плюсы и минусы газовой турбины

Работа агрегатов этого типа происходит в следующем алгоритме:

  • Газ, поступающий в качестве топлива, вначале воспламеняется, а затем переходит в стадию горения. Образуется газовый поток с высокой температурой, представляющий собой тепловую энергию.
  • Попадая в турбину, раскаленный газ начинает вращать вал, создавая тем самым механическую энергию.
  • С вала турбины вращательный момент передается на ротор генератора, который начинает вырабатывать уже электрическую энергию. Далее она уходит к трансформатору, и пройдя через него, поступает к потребителям.

Газ в турбинный двигатель поступает непрерывным потоком. Вначале воздух сжимается компрессором, смешивается с топливом и в таком виде попадает в камеру сгорания. Смесь воспламеняется, а высокое давление обеспечивает большой выход энергии в виде продуктов горения.

Современные модификации агрегатов могут работать не только на газе. В качестве горючего используется дизельное топливо, керосин, нефть. Эти установки отличает высокая производительность и надежность в работе.

При поломке какого-либо элемента, ремонт легко производится на месте, что существенно снижает эксплуатационные расходы.

  Быстрый разгон на механике

Газотурбинные установки малой мощности отличаются низким расходом смазочных материалов, им не требуется водяное охлаждение. При соблюдении рекомендация завода-изготовителя, они могут безопасно работать в течение длительного времени, без аварий и поломок.

Основные виды газотурбинных агрегатов

Газотурбинные электростанции нашли широкое применения в самых разных сферах. Они снабжают электроэнергией крупные объекты промышленного назначения, удаленные здания и сооружения.

В случае необходимости, газотурбинная электростанция в состоянии обеспечить электричеством целые населенные пункты.

Агрегаты малой мощности нередко используются в частном секторе и на сельскохозяйственных объектах.

Основные плюсы и минусы газовой турбины

Основным критерием классификации электростанций являются их размеры, в соответствии с которыми выбирается и место их использования:

  • Стационарные установки и сопутствующее оборудование. Монтируются на капитальных неподвижных фундаментах. На них устанавливаются самые мощные турбины и электрические генераторы.
  • Передвижные или мобильные установки. Также обладают высокой мощностью, но при этом могут перемещаться с места на место. Работают не только на газе, но и на жидком топливе.
  • Мини-установки или микротурбины. Вырабатывают электрическую и тепловую энергию, но при этом отличаются компактными размерами и низким уровнем шума во время работы. Последнее качество дает возможность размещать такие агрегаты в непосредственной близости от частных домов. Они могут работать в режиме когенерации, вырабатывая воду и пар для систем отопления, и в режиме тригенерации, преимущественно, в вентиляционных системах.
Читайте также:  Плюсы и минусы работы в прокуратуре

Преимущества и недостатки ГТЭС

Основные плюсы и минусы газовой турбины

К несомненным плюсам можно отнести следующие:

  • Максимально простое устройство. В отличие от паровой установки, котел не нужен. В связи с этим отсутствуют градирни, паропроводы и другие приспособления. Существенно снижена масса и материалоемкость таких установок.
  • Вода расходуется в минимальном количестве, охлаждая смазку в подшипниках.
  • Быстрый монтаж и ввод в эксплуатацию. Мощный турбогенератор запускается в работу в течение 15-20 минут, а паровая турбина – в течение нескольких часов.
  • Возможность дополнительно производить тепловую энергию, что способствует более быстрой окупаемости установки.
  • Токсичные выбросы отсутствуют, вибрация незначительная. Можно без ограничений использовать в населенных пунктах.
  • Доступное газовое топливо.
  • Использование в труднодоступных районах, где отсутствует центральное электроснабжение.

Тем не менее, нельзя сбрасывать со счетов и определенные минусы, характерные для данного типа установок:

  • Для достижения полезной мощности изначально требуется высокая температура газа – свыше 550 градусов. В связи с этим, для изготовления турбины используются жаростойкие материалы. Требуется система охлаждения мест, подверженных сильному нагреву.
  • Фактическая полезная мощность довольно низкая, поскольку ее значительная часть расходуется на привод компрессорной установки.
  • Твердым видам топлива необходима предварительная обработка.
  • Большие турбины отличаются высоким уровнем шума.

Источник: https://womaninred.ru/gazovaja-turbina-gde-ispolzuetsja/

Матчасть по Компресорам, турбо, твинтурбо, и тд — DRIVE2

  • Всем доброго дня, приятного аппетита.
  • По причинам частых вопросов мне в личный ящик, я решил произвести маленький ликбез, поехали

Основные плюсы и минусы газовой турбиныСегодня будет небольшой пост, в котором я расскажу не про какой либо двигатель, а про комбинированную систему наддува.

Сейчас у каждого производителя есть турбодвигатели. И у каждого из них есть свои плюсы и минусы — плюсы я думаю все знают, поэтому о минусах: это лаг или турбояма. Турбояма — это недостаток давления наддува при низких оборотах двигателя и, соответственно, низком количестве выхлопных газов, раскручивающих крыльчатку турбины. О компенсации такого провала мы сегодня и поговорим.

Помимо турбины (улитки) воздух так же можно нагнетать компрессором (SuperCharger), подсоединенным непосредственно к коленвалу.

Основные плюсы и минусы газовой турбины

Он создает сравнительно небольшое давление в цилиндрах и не способен давать такую отдачу как газотурбинная система. Основной недостаток в том, что из за конструктивных особенностей порог давления невысок и излишки воздуха попадают назад сквозь роторы.

Этот эффект можно уменьшить за счет подгонки роторов или за счет громоздких многоуровневых систем. В основном компрессоры используют для увеличения мощности в зоне малых и средних оборотов.

В одиночку данная система не очень эффективна и понижает КПД двигателя.

Но если применять компрессор как средство достижения оптимального давления на низких оборотах вкупе с улиткой, то они очень удачно дополняют друг друга. Скажете ненадежно? Вполне надежно) Смотрите:

Пока двигатель работает в зоне оборотов, где турбина не создает нормальное давление, за нее это делает компрессор, подавая сжатый воздух в систему еще до турбины. Но при увеличении оборотов турбина раскручивается и при достижении определенного давления компрессор выключается из системы и воздух идет в обход него сразу к турбине.Вся система работает по следующей схеме:

Основные плюсы и минусы газовой турбины

здесь все наглядно представлено.

Так же я нашел информацию про наддув, про который не слышал ни разу в жизни, думаю здесь тоже мало кто знает про такую штуку как резонансный наддув.Постоянное давление в момент впуска не обязательно — достаточно «продавить» прямо перед закрытием клапана.

Для кратковременного повышения давления вполне подойдет волна сжатия, «гуляющая» по впускному трубопроводу при работе мотора. Достаточно лишь рассчитать длину самого трубопровода, чтобы волна, несколько раз отразившись от его концов, пришла к клапану в нужный момент.

Теория проста, а вот воплощение ее требует немалой изобретательности: клапан при разных оборотах коленчатого вала открыт неодинаковое время, а потому для использования эффекта резонансного наддува требуются впускные трубопроводы переменной длины.

При коротком впускном коллекторе мотор лучше работает на высоких оборотах, при низких оборотах более эффективен длинный впускной тракт. Переменные длины впускных трубопроводов можно создать двумя способами: или путем подключения резонансной камеры, или через переключение на нужный впускной канал или его подключение.

Последний вариант называют еще динамическим наддувом. Как резонансный, так и динамический наддув могут ускорить течение впускного столба воздуха. Эффекты наддува, создаваемые за счет колебаний напора воздушного потока, находится в диапазоне от 5 до 20 миллибар

Основные плюсы и минусы газовой турбины

Для тех кто плохо понял, что написано видео на примере двигателя Volkswagen:

Отличие biturbo от twinturbo.Многие заблуждаются, считая эти системы турбирования принципиально разными!Твин-турбо и БиТурбо-это лишь разные коммерческие названия системы наддува, состоящей из 2-х турбин.

Название не отображает схему работы турбин (параллельное или последовательное(секвентальное)Например, Мицубиши 3000 VR-4 имеет название TwinTurbo, там V6 и две турбины, каждая из которых питается от своих 3 цилиндров и дует в общий коллектор. Аналогично на Ауди S4 2.7, но там уже в названии BiTurbo.Аналогично на Мазере Джибли или Кватропорте.

На Тойоте Супра TwinTurbo рядная шестерка, и турбины там работают в хитром порядке, включаясь и выключаясь с помощью специальных перепускных клапанов(последовательно-параллельная схема)На Субару В4-там две турбины, но работают они секвентально: на низких оборотах работает одна-маленькая-турбина, на высоких к ней подключается вторая-большая.

Би-турбо (biturbo) — система турбонаддува, состоящая из двух последовательно включаемых в работу турбин.

В такой системе применяют 2 турбины, одну маленького размера другую большого, сделано это потому, что маленькая турбина раскручивается значительно быстрее, и вступает в работу первой, затем, при достижении более высоких оборотов мотора, раскручивается вторая, большая турбина, идобавляет значительно больший воздушный заряд.

Таким образом прежде всего минимизируется лаг, образуется достаточно ровная разгонная характеристика автомобиля без рывка, свойственного большим турбинам, и достигается возможность использовать большие турбины на двигателях устанавливаемых в автомобилях предназначенных не только для езды по гоночным трассам, но и по городским дорогам, где возможность крутить мотор постоянно есть не всегда, а получить больше мощности с мотора небольшого объема имеет смысл, по каким либо причинам, например связанным с законодательством по налогам данной страны на литраж мотора. Системы би-турбо весьма дороги, и по этому их установка, как правило в серийном производстве, производится на автомобили высокого класса, типа MASERATI или ASTON MARTIN (там компрессоры).

Такая система может быть установлена как на двигатель V6, каждая турбинабудет висеть на своей головке по выхлопу, впуск общий, так и на рядном моторе например рядная 4-ка, в этом случае турбины можно включить по выхлопу как параллельно, 2 цилиндра на одну, 2 на другую, так и последовательно — сначала большая турбина, потом маленькая. Встречаются так же варианты, когда к маленько турбине подходит выхлоп только с 2-хцилиндров, а к большой соответственно с 2-х оставшихся, и с выхода малой турбины.

Основные плюсы и минусы газовой турбины

Твин-турбо (twinturbo) — в данной системе в отличии от системы би-турбо, основной задачей является не снизить лаг, а добиться большей производительности по прокачиваемому воздуху либо большего давления наддува.

Производительность по прокачиваемому воздуху необходима, в случаях когда мотор работая на высоких оборотах, потребляет воздух больше, чем турбина способна обеспечить, таким образом возможно падение давления наддува. В системах Twinturboприменяются две одинаковые турбины.

Соответственно производительность такой системы в 2 раза больше чем системы состоящей из одной турбины, при этом если применить 2 небольших турбины которые по производительности будут равны одной большой, то можно достигнуть эффекта снижения лага, при идентичной производительности.

Существуют так же ситуации, когда производительности имеющихся в наличии больших турбин, оказывается недостаточно, например при построении моторадрэгстера, тогда так же используется комбинация из 2-х турбин. Данная схема как и вариант biturbo может работать как на двигателях с Vобразным развалом головок, так и на рядных двигателях.

Варианты включения турбин такие же как и в битурбо.Существуют так же системы состоящие из 3-х и более одинаковых турбин, результат преследуется тот же что и в twinturbo. Такие системы в гражданском применении как правило не имеют распространения, и применяются как правило, для построения мощных спортивных моторов а, для автомобилей участвующих вдрагрэйсинге.

В современных турбированных двигателях (в частности RRS V8 дизель) турбины имеют изменяемую геометрию крыльчаток. Это минимизирует проблему турбоямы и даёт высокий потенциал турбонадувва уже на самых низких оборотах коленвала двигателя. Кроме того этодобавляет экономию топлива

Основные плюсы и минусы газовой турбины

Чем же отличаются друг от друга турбина и компрессор? Компрессор – это механический нагнетатель, который приводится в движение, как правило, ремнем (то есть так или иначе нагнетатель соединен с двигателем). Турбину же раскручивают выхлопные газы: они крутят одну крыльчатку, соединенную валом с другой, которая, собственно, и «всасывает» воздух в мотор.

Имейте в виду, что установка любого из двух типов нагнетателей в рамках тюнинг-проекта потребует серьезных изменений в моторе.

Придется кардинально дорабатывать впускную систему (а в случае с турбиной – и выпускную), возросшие нагрузки на мотор заставят раскошелиться на более прочную поршневую группу, на иные клапаны и т.д.

Отдача будет высокой, но если вы не готовы к серьезным финансовым вложениям, то лучше спасовать.

Механические компрессоры бывают трех основных видов: центробежный, типа Roots и типа Лисхольм (винтовый). Центробежный компрессор гонит воздух через свой корпус подобно турбине, с помощью крутящейся крыльчатки – это наиболее распространенный тип компрессоров в мире тюнинга.

Компрессор типа Roots считается «объемным» нагнетателем, в нем два ротора крутятся в разные стороны, сжимая воздух на выходе из агрегата.

Последний тип – винтовый – встречается довольно редко (такие агрегаты выпускает, к примеру, специализирующаяся на производстве компрессоров для двигателей Mercedes-Benz компания Kleemann).

Функционирует такой компрессор почти как мясорубка, с единственной разницей, что в нем два винта, которые, соприкасаясь, двигаются в унисон. Любой компрессор заметно поднимает мощность двигателя, единственный недостаток – большие энергозатраты, турбина все-таки эффективнее.

Турбины особым разнообразием не отличаются. Они работают по принципу центробежного компрессора, не без нюансов, впрочем. Недостаток турбонаддува – «инертность» агрегата, какое-то время он «не хочет» раскручиваться и развивать требуемое давление (это явление называется турболагом, турбоямой).

Борьба с турболагом привела к тому, что автопроизводители и тюнинг-ателье вместо одной большой турбины (серьезно повышающей мощность, но бесконечно долго раскручивающейся) стали применять две – одну небольшую и вторую, более крупную.

Одна добавляет живости двигателю на низких оборотах, а вторая обеспечивает бурное ускорение в зоне повышенных оборотов.

Кстати сказать, некоторые фирмы в целях борьбы с турболагом начали выпускать нагнетатели с изменяемой геометрией… Турбина всегда снабжена перепускным клапаном, который стравливает избыточное давление (например, при резком закрытии дроссельной заслонки), а также вейстгейтом, который позволяет регулировать давление наддува (тем самым, повышая или снижая мощность; буст-контроллер позволяет делать то же самое, не выходя из машины). Эксплуатация автомобиля с турбиной предполагает соблюдение нескольких простых правил: во-первых, нужно заливать качественное масло, а также следить за его количеством и вовремя его менять, во-вторых – нельзя сразу после остановки глушить двигатель, от 30 секунд до минуты он должен поработать на холостом ходу, иначе подшипники со временем заклинят (если совсем невмоготу, то можно установить турбо-таймер, который по прошествию определенного количества времени сам выключит двигатель, позволяя владельцу авто сразу же отправиться по делам).

  1. На этом все)
  2. кстати, у меня в гараже находится один компресорный автомобиль — альтеза и второй турбированный, это Эвик)
Читайте также:  Стоит ли переезжать в город заводоуковск

Основные плюсы и минусы газовой турбины

  • больше моих фото тут:vk.com/storogilov_fotoлибо моя страничка, добавляйтесь в друзья)
  • vk.com/storogilov_a
  • инстаграм Storogilov

Источник: https://www.drive2.com/b/253707/

Принцип работы газовых турбин

Основные плюсы и минусы газовой турбины

Газовой турбиной принято называть непрерывно действующий двигатель. Далее пойдёт речь о том, как устроена газовая турбина, в чем заключается принцип работы агрегата. Особенностью такого двигателя является то, что внутри него энергия продуцируется сжатым или нагретым газом, результатом преобразования которого является механическая работа на валу.

История создания газовой турбины

Интересно, что механизмы турбин начали разрабатываться инженерами уже очень давно. Первая примитивная паровая турбина была создана ещё в I веке до н. э.! Конечно же, своего существенног
о расцвета данный механизм достиг только сейчас. Активно разрабатываться турбины начали в конце XIX века одновременно с развитием и совершенствованием термодинамики, машиностроения и металлургии.

Менялись принципы механизмов, материалы, сплавы, всё совершенствовалось и вот, на сегодняшний день человечеству известна наиболее совершенная из всех ранее существующих форм газовой турбины, которая разграничивается на различные типы. Есть авиационная газовая турбина, а есть промышленная.

Технические характеристики газовой турбины

Газовой турбиной принято называть своеобразный тепловой двигатель, его рабочим частям предопределено только одно задание – вращаться вследствие воздействия струи газа.

Устроена она таким образом, что главная часть турбины представлена колесом, на которое прикреплены наборы лопаток. Газ, воздействуя на лопатки газовой турбины, заставляет их двигаться и вращать колесо. Колесо в свою очередь жёстко скреплено с валом.

Этот тандем имеет специальное название – ротор турбины.

Вследствие этого движения, происходящего внутри двигателя газовой турбины, достигается получение механической энергии, которая передаётся на электрогенератор, на гребной винт корабля, на воздушный винт самолёта и другие рабочие механизмы аналогичного принципа действия.

Основные плюсы и минусы газовой турбины

Активные и реактивные турбины

Воздействие газовой струи на лопатки турбины может быть двояким. Поэтому турбины разделяются на классы: класс активных и реактивных турбин. Отличаются реактивная и активная газовая турбина принципом устройства.

Активная турбина

Активная турбина характеризуется тем, что здесь отмечается большая скорость поступления газа на рабочие лопатки. При помощи изогнутой лопатки, струя газа отклоняется от своей траектории движения.

В результате отклонения развивается большая центробежная сила. С помощью этой силы лопатки приводятся в движение. Во время всего описанного пути газа происходит потеря части его энергии.

Такая энергия и направлена на движение рабочего колеса и вала.

Реактивная турбина

В реактивной турбине всё несколько иначе. Здесь поступление газа к рабочим лопаткам осуществляется на незначительной скорости и под воздействием большого уровня давления. Форма лопаток так же отлична, благодаря чему скорость газа значительно увеличивается. Таким образом, струя газа создаёт своего рода реактивную силу.

Из описываемого выше механизма следует, что устройство газовой турбины достаточно непростое. Дабы такой агрегат работал бесперебойно и приносил своему владельцу прибыль и выгоду, следует доверить его обслуживание профессионалам.

Сервисные профильные компании обеспечивают сервисное обслуживание установок, использующих газовые турбины, поставки комплектующих, всевозможных частей и деталей.

DMEnergy — одна из таких компаний (подробнее), которые обеспечивают своему клиенту спокойствие и уверенность в том, что он не останется один на один с проблемами, возникающими в ходе эксплуатации газовой турбины.

   Бесплатная публикация статей на Promdevelop.ru

Основные плюсы и минусы газовой турбины

Источник: https://promdevelop.ru/printsip-raboty-gazovyh-turbin/

Интернет-издание о высоких технологиях

Основные плюсы и минусы газовой турбины

Основное назначение газотурбинных электростанций — автономная работа в местах разработки новых месторождений полезных ископаемых, чаще всего — нефти, в поисковых буровых установках, на строительстве железных дорог, на лесозаготовках, на строительстве объектов удаленных от линий электропередач.

Одним из основных плюсов газовых турбин является их мобильность. Кроме того, автономные электростанции, созданные на основе газовых турбин, имеют, как правило, высокую степень автоматизации и дистанционное управление.

Периодически газовым турбинам предрекают постепенный уход с рынка автономного энергоснабжения, ввиду того, что на смену старой технологии пришла новая — парогазовая. С другой стороны, несмотря на то, что во всем мире парогазовые электростанции нашли самое широкое применение и активно выпускаются, они недалеко ушли от своих  предшественников и имеют множество недостатков.

Прежде всего, это высокий уровень шума, требующий их монтажа и установки в специально оборудованных контейнерах и помещениях, дающих также влагозащищенность — этот минус существенно повышает их себестоимость и снижает фактор мобильности. Кроме того, КПД подобных электростанций ниже, чем у поршневых двигателей.

Еще больше он снижается при снижении нагрузки, повышении температуры окружающей среды, а также низком качестве топлива. Кстати, топливо для газовых турбин требуется подготовить — произвести очистку, осушку и компрессию.

При несоблюдении правильных условий эксплуатации предстоит пройти сложный и очень дорогой капитальный ремонт.

Конструкция и назначение

Газовая турбина — это тепловой двигатель непрерывного действия, преобразующий энергию газа в механическую работу на валу газовой турбины.

В отличие от поршневого двигателя, в газовотурбинном двигателе процессы происходят в потоке движущегося газа.

Качество газовой турбины характеризуется эффективностью КПД, то есть соотношением работы, снимаемой с вала, к располагаемой энергии газа перед турбиной.

Конструкция нынешних газовых турбин прошла многолетнюю обкатку, и на сегодняшний день представляет собой четко сгенерированный агрегат, весьма эргономичный в работе. И все же, КПД современной многоступенчатой парогазовой турбины составляет всего 25%-35%, в зависимости от параметров работы конкретной модели турбины и характеристик топлива.

Основное назначение газотурбинных электростанций — автономная работа в местах разработки новых месторождений полезных ископаемых, чаще всего — нефти, в поисковых буровых установках, на строительстве железных дорог, на лесозаготовках, на строительстве объектов удаленных от линий электропередач.

Одним из основных плюсов газовых турбин является их мобильность, ведь конструктивно такие электростанции могут размещаться на железнодорожных платформах, прицепах, в гусеничном вездеходе, на самоходных шасси и т.д. Кроме того, автономные электростанции, созданные на основе газовых турбин, имеют, как правило, высокую степень автоматизации и дистанционное управление.

Требуется совсем мало персонала для обслуживания. И пуск станции, приём нагрузки, работа вспомогательного оборудования (например, пополнение топливных и масляных баков) автоматизированы.

Кроме того, в состав автономных газотурбинных электростанций помимо первичного двигателя и электрического генератора, входит дополнительное оборудование — распределительное устройство, комплект кабельной сети, комплект запасных частей, система сигнализации.

Газовая ретроспектива

Первая газовая турбина была изобретена еще в 1791 году, патент на нее получил англичанин Джон Барбер. Но, как это часто бывает с техническим прогрессом, он вдруг сделал крутой вираж в сторону паровых двигателей, более удобных для производства и установки. Газовые турбины начали производить только в конце XIX века.

Тогда они использовались в качестве части газотурбинного двигателя и по конструктивному выполнению были близки к паровой турбине. В 1900 году Петр Кузычинский, инженер из России, впервые в мировой истории попробовал установить газовую турбину на морской крейсер.

Однако дальше опытного образца дело не пошло — корабль так и не был спущен на воду.

Первая стационарная газовая турбина была создана в Швейцарии в 1939 году. Разработку словака Аурелия Стодолы разместили в альпийской пещере. Мощность газовой электростанции Стодолы составляла всего 4 МВт. Кстати, она работает по сей день, что говорит не столько о гениальности конструктора, сколько об отличных эксплуатационных качествах газовых турбин в целом.

Мировая война активно подталкивала техническую мысль в борьбе за превосходство над противником, и в мае 41-го британский инженер Фрэнк Уиттл придумал, как оснастить газовой турбиной истребитель. Аналогичную технологию взяли на вооружение и силы Вермахта. История умалчивает, была ли это собственная разработка немцев, или им удалось похитить перспективную технологию.

В мирное время газотурбинные двигатели нашли свое применение в энергетике. Случилось это уже в 50-60-х гг. И сегодня в США и Великобритании ТЭЦ мощностью свыше 500 МВт, как правило, снабжаются газотурбинными установками в 25—35 МВт для покрытия нагрузок в «пиковые» часы.

Первые газовые турбины в СССР стали производиться в 60-х годах.

Согласно конструкторской мысли, Шатская буроугольная подземногазовая электростанция  должна была работать на продуктах подземной газификации углей и существенно снизить объемы потребляемой электроэнергии.

Но впоследствии оказалось, что экономически данное решение не обосновано — в связи с быстрым износом лопаток газовых турбин под воздействием частиц угля, которыми был насыщен шахтный газ.

Параллельно развивались и парогазотурбинные установки, о которых так много говорят сегодня — как об одном из наиболее перспективных направлений развития энергоснабжения — в том числе и автономного.

Впервые практическое применение парогазовая турбина получила еще в 1932 в высоконапорных парогенераторах «Велокс» фирмы «Броун, Бовери унд компани» (Швейцария).

Газовая турбина работала на отходящих газах парогенератора и приводила в действие дутьевой турбокомпрессор, осуществляющий наддув топки, что позволило существенно интенсифицировать теплообмен. Парогенераторы типа «Велокс» получили распространение и в СССР.

Первая в нашей стране парогазотурбинная установка общей мощностью 16 МBт была пущена в 1964 на Ленинградской ГЭС-1 в качестве надстройки над существующей паровой турбиной (30 МBт). Вслед за этой установкой был создан проект парогазовой установки мощностью 200 МBт. Впоследствии парогазовые турбины, в основном, нашли применение в энергетике крупных ТЭЦ.

В 90-е годы благодаря повсеместному переходу на использование природного газа в качестве основного топлива для электроэнергетики, газовые турбины заняли существенный сегмент рынка. Мировая энергетика активно развивается в этом направлении. На газовые и парогазовые установки приходится до 70% вводимых в мире генерирующих мощностей.

Читайте также:  Микроблейдинг бровей: стоит ли делать, плюсы и минусы процедуры

Будущее газотурбинных электростанций

Дальнейшее развитие газотурбинных электростанций конструкторы, прежде всего, связывают с созданием новых жаропрочных материалов и надёжных систем охлаждения лопаток, а также совершенствования проточной части. Правда, мало кто верит, что в этой области случится серьезный прорыв. Скорее стоит ожидать перспектив от парогазовых установок. А в области автономного энергоснабжения — в первую очередь, от дизеля.

Установка даже самого современного парогазотурбинного комплекса, говорят профессионалы, сегодня далеко не всегда оправдана в силу целого ряда факторов.

Прежде всего, необходимо учесть климатические условия, в которых будет работать электростанция, нагрузку, наличие топливных ресурсов и цены на них в заданном регионе, местные тарифы на электроэнергию и так далее. Но, даже просчитав все до мелочей, не стоит надеяться на быструю прибыль.

Статистика утверждает, что в среднем срок окупаемости газотурбинной установки с учетом амортизации составляет 3-4 года. На сегодняшний день передвижные дизельные электростанции серьезно потеснили передвижные электростанции на основе газовых турбин.

Они имеют более высокий КПД и, самое главное, их стоимость гораздо ниже. Именно по этой причине сегодня наиболее широкое распространение получили дизельные электростанции малой мощности и энергопоезда с дизель-электрическими агрегатами большой мощности.

Правда, отдельные специалисты полагают, что рано списывать газовые турбины со счетов. Ведь существуют экономичные разработки передвижных парогазотурбинных установок, способные составить конкуренцию даже дизельным электростанциям.

Вот и российское правительство, если судить по публикациям в прессе, при перестройке старых ТЭЦ решило делать упор на инновациях в области парогазовых установок. Правда, по мнению экспертов, в области автономного энергоснабжения имеются пока только отдельные, пусть порой и весьма перспективные, разработки, которые еще требуется проверить временем.

А что касается оптимизма, источаемого предприимчивыми продавцами новых решений, то их обещаниям не всегда стоит верить.

Источник: https://cnews.ru/reviews/free/ups2008/articles/gas4.shtml

Турбинный двигатель: плюсы и минусы

К выбору автомобиля каждый потребитель относится трепетно. Важно учесть все нюансы, чтобы приобретенная машина обеспечила полноценный комфорт, порадовала техническими характеристиками. Наибольшего внимания заслуживает «сердце» автомобиля.

Почитатели высоких мощностей нередко отдают предпочтение моделям с моторами, оснащенными турбинами. Начинающим автолюбителям, решившим выбрать турбинный двигатель, плюсы и минусы этих агрегатов стоит рассмотреть внимательно, чтобы избежать ошибки.

Принцип работы, особенности турбированного агрегата

Отличием турбированного двигателя от атмосферного аналога является наличие системы турбонаддува. В нее входит несколько важных элементов:

  • турбокомпрессор,
  • интеркулер,
  • регулятор давления,
  • предохранительный клапан.

Турбокомпрессор является главным механизмом турбонаддува. В его функции входит создание повышенного давления в системе выпуска. Увеличению давления способствует и интеркулер, охлаждающий сжатый воздух.

Управляет работой системы регулятор давления, отправляющий часть отработанного газа мимо турбины при необходимости. Предохранительный клапан исключает скачки, способные нарушить работу турбонаддува.

Снижение давления осуществляется отправлением воздуха в компрессор или стравливанием в атмосферу.

Основные плюсы и минусы газовой турбины

Наличие системы позволяет обеспечивать двигателю предельную мощность, даже при небольших объемах. Особенности конструкции, которыми отличается турбированный двигатель, и обеспечивают ему плюсы и минусы, которые нужно учитывать автовладельцам.

Плюсы и минусы двигателя с турбиной

Основные плюсы агрегата, оснащенного турбонаддувом, заключаются в его высокой мощности.

Работа этой системы обеспечивает двигателю показатели, существенно превышающие те, которыми обладают традиционные атмосферные варианты.

При этом мотор обладает компактными размерами, сравнительно небольшим весом, что позволяет снизить массу мощного автомобиля, следовательно, уменьшить расход топлива.

Главными почитателями моделей с турбированными агрегатами являются поклонники высоких скоростей. Они отмечают, что езда на такой машине доставляет истинное удовольствие. Дополнительным привлекательным моментом является характерный звук, сопровождающий разгон авто. Водителей экономичных устраивает сниженный расход топлива.

Преимущества моторов неоспоримы. Но минусы у таких двигателей, все же, имеются. Не секрет, что чем сложнее конструкция механизма, тем выше риск его поломки. Турбированные двигатели в этом плане не являются исключением. Постоянная работа при воздействии высоких температур снижает срок службы турбины. Быстрее изнашивается и сам агрегат.

Владельцам автомобилей с турбированным двигателем нужно внимательно относиться к выбору мастерской для сервисных работ. Не в каждой из них есть специалисты, способные грамотно, квалифицированно выполнить ремонт.

Такой двигатель требует особого ухода: применения специальных масел, оборудование турбо-таймеров. К тому же расход смазочных материалов у таких моторов высокий, что потребует дополнительных расходов.

Источник: https://gdesobiraut.com/sovety/turbinnyiy-dvigatel-plyusyi-i-minusyi/

Устройство и принцип работы турбонаддува

Некоторые машины отличаются от своих собратьев той же марки шильдиком «Turbo» на крышке багажника. Говорит он о том, что в таком автомобиле имеется турбонаддув двигателя. Что же это значит и для чего инженеры оснащают моторы дополнительными устройствами?

Теория турбонаддува

С самого начала эпохи автомобилестроения производители бились над задачей увеличения мощности двигателя внутреннего сгорания. Мощность силового агрегата напрямую зависит от его рабочего объема и количества топливно-воздушной смеси, подаваемой в цилиндры.

Таким образом, получается, что форсировать мотор можно либо, увеличив его объем (при этом нужно решить задачу, как поместить увеличившийся агрегат в автомобиле), либо, каким-то образом загнать в цилиндры большее количество воздуха и увеличить подачу топлива.

Первый способ влечет за собой значительный перерасход горючего, к тому же увеличиваются размеры и масса двигателя, что не всегда допустимо. Для решения задачи вторым способом применяются системы принудительного нагнетания воздуха в цилиндры.

Виды турбонаддува

Существует три способа увеличения подачи воздуха:

  1. резонансный (в данном случае используется кинетическая энергия воздуха во впускном коллекторе, нагнетатель не нужен);
  2. механический (воздух нагнетается при помощи компрессора, приводимого в действие от двигателя);
  3. газотурбинный (для работы нагнетателя используется энергия отработавших газов).

Поскольку в первом случае нагнетатель не применяется, а повышенное давление воздуха создается за счет четко выверенной формы и длины впускного коллектора, резонансный наддув в рамках данной статьи рассматриваться не будет. Гораздо интереснее два других варианта турбонаддува.

Механический наддув

Использование компрессора – это один из способов увеличить подачу воздуха в цилиндры двигателя. Принцип его работы заключается в следующем: компрессор приводится в действие от шкива коленчатого вала, и начинает нагнетать воздух с первых секунд работы мотора.

Плюсы такой системы в том, что нагнетание воздуха происходит на любых режимах работы силового агрегата, в том числе при минимальных оборотах, а давление увеличивается с ростом оборотов коленвала. Кроме того, в случае использования компрессора отсутствует такое явление, как турбояма.

Разумеется, данное устройство наддува имеет и свои минусы. Самым главным недостатком является то, что на обеспечение работы нагнетателя расходуется часть мощности двигателя автомобиля, а значит, снижается его КПД.

Помимо этого, механический наддув требует больше места для монтажа, нуждается в специальном приводе (для этого используется зубчатый ремень) и является источником повышенного шума.

Данный вид наддува появился раньше газотурбинного, но, несмотря на некоторую архаичность, его до сих пор можно встретить в современном автомобиле. Наиболее ярким примером может служить Мерседес, шильдик «compressor» на багажнике некоторых моделей этой марки указывает на то, что под капотом скрывается мотор, оснащенный системой механического наддува.

Газотурбинный наддув

Устройство турбонаддува

Чаще всего моторы современных автомобилей оснащаются газотурбинными нагнетателями. Их устройство сходно с механическими компрессорами, различается лишь принцип действия – вместо зубчатого ремня работают выхлопные газы.

«Турбина включилась, и машине как будто пинка дали», — такое довольно часто можно услышать от автовладельцев, моторы машин которых имеют турбонаддув.

На самом деле турбина – это только одна из составных частей всей системы, представляющая собой крыльчатку, жестко закрепленную на валу и приводящую в действие другую крыльчатку, также закрепленную на этом же валу.

Устройство турбонаддува газотурбинного типа несколько сложнее.

Основными составными частями являются:

  • корпус;
  • две крыльчатки;
  • вал, на котором располагаются крыльчатки;
  • две улитки, в которых вращаются крыльчатки;
  • три подшипника скольжения (один упорный и два опорных);
  • перепускной клапан (необходим для стравливания избыточного давления).

Принцип работы турбонаддува

Принцип работы турбонаддува довольно прост. На одном валу расположены крыльчатка-нагнетатель и крыльчатка-турбина, каждая из которых вращается в своей улитке.

Отработавшие газы из выпускного коллектора проходят через одну из улиток и вращают крыльчатку-турбину.

Вращение посредством общего вала передается второй крыльчатке, которая повышает давление атмосферного воздуха, проходящего через вторую улитку.

Турбонаддув — плюсы и минусы

Плюсы

Основные плюсы турбонаддува – повышение КПД и экономичности двигателя автомобиля. Причина этого в том, что система приводится в действие за счет энергии отработавших газов, не отнимая мощность у мотора. Необходимо различать удельную и общую экономичность двигателя автомобиля.

Силовой агрегат, имеющий турбонаддув, потребляет больше топлива, чем «атмосферник» того же объема, поскольку большее количество воздуха, загнанного в цилиндры, позволяет сжечь больше топлива, но массовая доля горючего из расчета на единицу мощности в час всегда ниже, чем у мотора без турбонаддува.

Перечисляя плюсы, необходимо упомянуть лучшую экологичность «наддутых» двигателей. Турбонаддув обеспечивает более полное сгорание горючего. Кроме того, наддув понижает температуру камеры сгорания, что приводит к уменьшению образования оксида азота.

Минусы

У турбонаддува есть и свои минусы. Во-первых, такое устройство требует аккуратного обращения. Дело в том, что масло к подшипникам компрессора подается под давлением, пока работает двигатель автомобиля. После поездки, когда мотор горячий, стоит только выключить зажигание, и масло подаваться перестанет.

Если двигатель работал в тяжелых режимах, то вполне вероятен перегрев компрессора и выход его из строя. Чтобы избежать поломки, необходимо дать мотору поработать некоторое время на холостых оборотах, и только потом заглушить. Некоторые автомобили оснащаются турботаймером, который берет эту заботу на себя.

Другие значительные минусы – это ограниченный диапазон эффективной работы турбокомпрессора и турбояма (замедленный отклик турбины на нажатие педали газа).

Система турборнаддува эффективно работает в довольно узком диапазоне частоты вращения коленвала, который зависит от размеров турбины. Для решения данной проблемы производители часто применяют двойной турбонаддув, т.е.

устанавливают две турбины с крыльчатками разного диаметра, каждая из которых эффективно работает в разных диапазонах, либо две одинаковых турбины (Би-турбо и Твин-турбо).

В первом случае система турбонаддува расширяет диапазон эффективности. Принцип действия заключается в том, что там, где первая турбина теряет эффективность, подхватывает вторая.

Во втором достигается максимальная производительность системы. Устанавливается двойной турбонаддув как на рядные, так и на V-образные моторы.

Для уменьшения эффекта турбоямы производители стараются максимально снизить вес валов и крыльчаток, чтобы уменьшить инерцию.

Источник: https://ZnanieAvto.ru/dvs/turbonadduv-dvigatelya-plyusy-i-minusy.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector