Princip rada turbine: opis, uređaj, značajke

Da bi se povećala snaga i okretni moment motora čovječanstvo je smislilo mnogo uređaja i jedinica. Najlakši način je povećati volumen komore za izgaranje. Što više goriva dospije u cilindar, to će biti korisniji rad. Ali postoje problemi. Prvo, veličina takvog motora može biti izvan granica, a drugo, rad takvog motora s unutarnjim izgaranjem zbog visoke potrošnje goriva neće biti isplativ. Dakle, nedavno automakers sve više opremanje njihovih automobila s turbina. Što je ova stavka. i što je princip turbine? U članku detaljno učimo.

svojstvo

Turbina je element usisnog sustava motora koji služi za povećanje tlaka zraka korištenjem energije iz ispušnih plinova. Zahvaljujući njenom radu, masa zraka u komori za izgaranje raste.

To vam omogućuje ubrzavanje motora i povećanje njegovog zakretnog momenta. Također imajte na umu da su prve turbine mehanički upravljane. Princip djelovanja takve turbine je bila pretvoriti energiju iz radilica. S posljednjim elementom spojenim pojasnim prijenosom. No, uskoro su se takve jedinice prestale koristiti. Sada svi proizvođači koriste plinska turbina princip koji omogućava povećanje učinkovitosti motora za 80 posto umjesto 30 posto.

Gdje se koristi

U osnovi, takva se jedinica može naći na suvremenim automobilima. Ali ovaj kompresor se ne koristi na svim ICE-ovima. Ograničavajući čimbenik u korištenju turbina na benzinskim motorima je visok stupanj detonacije. To je povezano s povećanjem učestalosti rotacije motora s unutarnjim izgaranjem i velikom temperaturom ispušnih plinova (do tisuću stupnjeva). S obzirom na to, često se koristi turbina. dizelski motor. Princip rada takvog motora s unutarnjim izgaranjem je nešto drugačiji. Postoji manji rizik od detonacije, a temperatura plinova ne prelazi 600 stupnjeva. Pogotovo često se kompresori nalaze na komercijalnim vozilima. Nemoguće je zamisliti moderan traktor za autobuse ili dalekovod koji nema takvu turbinu. Ako govorimo o robnim markama, turbina je instalirana na sljedećim automobilima:

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

Postoje i druga područja na koja se primjenjuje sličan element. Na primjer, to je elektrana i motor s unutarnjim izgaranjem brodova. Ali ovdje se već koristi parna turbina, čije će načelo djelovanja razmotriti malo kasnije.

mane

Zašto ovaj element nije prisutan na svim motorima s unutarnjim izgaranjem? Prije svega, korištenje turbine povećava troškove proizvodnje automobila. Osim samog puža, potrebni su i brojni drugi elementi.

Osim toga, motoru je potreban još robustniji klipni sustav i jedinica za rad s turbinom. To također uključuje dodatne troškove. Također među nedostacima može se primijetiti tzv turboboyu (kada motor ne može dobiti zamah za pravo vrijeme). Razlog za ovaj fenomen je inercija kompresora.

dizajn

Dakle, razmotrimo uređaj i princip rada turbine. Ovaj se element sastoji od tri glavne komponente:

• Središnja zgrada.
• Centrifugalni kompresor.
• Puževa.

Konstrukcija potonjeg uključuje kotače turbine i kompresora, osovinu rotora, klizni ležajevi i brtveni prstenovi. Sve se to nalazi u kućištu otpornom na toplinu. Budući da se princip turbinskog motora temelji na korištenju energije ispušnih plinova, vrući dio pužnice može svijetliti do tisuću ili više stupnjeva Celzija.

Pomoćne stavke

Budući da je turbina dio usisnog sustava, njegov rad nije moguć bez uporabe zračnog filtra, prigušnog ventila, kao i intercoolera.

Potonji je dizajniran da hladi kisik koji se ubrizgava u komoru pod tlakom. Što je zrak u intercooleru hladniji, to je bolja smjesa u cilindrima. Također u dizajnu ne radi bez spajanja i crijeva za ulje.

Kako djeluje

Važno je napomenuti da je princip rada turbine na benzinskom motoru isti kao i kod dizelskog. Tijekom rada motora s unutarnjim izgaranjem nastaju ispušni plinovi. Oni ulaze u tijelo (vrući dio pužnice), gdje se kreću duž lopatica turbinskog kotača. Potonji se vrti do nevjerojatnih brzina - 100 ili više tisuća okretaja u minuti. Budući da je turbinski kotač čvrsto spojen na osovinu, moment se prenosi na drugi hladni dio turbine. To pak zauzima kisik iz atmosfere. Ona prodire iznutra nakon što prođe kroz filtar. Zatim, zrak pod tlakom ulazi u usisni razvodnik, gdje se miješa s gorivom i ulazi u komoru za izgaranje. Kao materijali za kućište turbine koriste se čelici otporni na toplinu i legura željeza i nikla.

Performanse kompresora ovise o njegovom obliku i dimenzijama. Što je veći njegov promjer, to je više zraka usisano u usisni razvodnik. Ali ne možete stalno povećavati veličinu kompresora. To može dovesti do turbopunjenja. Mala turbina okreće se mnogo brže pri nazivnoj brzini. Ali na vrhuncu ima manje produktivnosti. Stoga su veličina i oblik elementa odabrani strogo pojedinačno za svaki motor. Ne možete instalirati jedinicu iz benzinskog automobila na dizel, i obrnuto. Iako ima isti princip rada turbine, on će djelovati drugačije na različitim automobilima.

Važna točka: poseban bypass ventil je predviđen za reguliranje tlaka potiska. Pneumatski se pokreće i kontrolira ECU motora.

Sustav podmazivanja

To je sastavni dio svake turbine. Princip rada sustava podmazivanja je jednostavan. Ulje se dovodi između ležaja i kućišta kompresora kroz više kanala pod tlakom. Ali nemojte misliti da je ovaj sustav potreban samo za podmazivanje. Također hladi grijane dijelove kompresora. Na nekim motorima, turbina je povezana sa zajedničkim sustavom hlađenja. Zbog toga se postiže bolje hlađenje, ali je ovaj dizajn mnogo složeniji i skuplji za proizvodnju.

Kako bi se oslobodili turbina, proizvođači stalno poboljšavaju dizajn turbine na dizelskom motoru. Načelo njegova djelovanja ostaje isto, ali se mijenjaju sljedeće točke:

• Masa kompresora. Turbina je izrađena od laganih i izdržljivih materijala istovremeno (na primjer, od keramike).
• Dizajn ležaja. Što je manji gubitak trenja, to je veća snaga turbine. Kotač se lakše okreće prema svojim nominalnim vrijednostima.

Vrste turbina

Trenutno postoji nekoliko popularnih vrsta kompresora:

• Odvojeni. Ima dvije mlaznice za svaki par cilindara i dva ulaza za ispušne plinove. Prva mlaznica je dizajnirana za brzu reakciju, druga je za maksimalne performanse. Dizajn ima odvojene ispušne kanale. To se radi kako bi se spriječilo preklapanje kanala s otpuštanjem ispušnih plinova.
• Kompresor promjenjive mlaznice. Također je poznat kao turbina promjenjive geometrije. Koristi se na motorima s TDI oznakama tvrtke Volkswagen. Ovdje u dizajnu ima 9 pokretnih noževa. Oni mogu regulirati protok ispušnih plinova koji idu u turbinu. Kut nagiba lopatica je podesiv, što vam omogućuje da uskladite tlak ubrizganog zraka i brzinu kretanja plinova s ​​okretajima motora.

Za veću učinkovitost mogu se ugraditi dva kompresora na vozilo. Takvi sustavi imaju oznaku "twin-turbo".

Ti su mehanizmi postavljeni uzastopno. U ovom slučaju, prva turbina radi na niskim okretajima, a druga na visokoj. Kod V-motora su paralelno postavljeni superpunjači (jedna turbina za svaki red). Kao što praksa pokazuje, instalacija dvaju malih kompresora mnogo je učinkovitija od korištenja jednog, ali velikog.

Parna turbina

Načelo njegova rada je malo drugačije. Para koja se formira u kotlu, pod tlakom pada na rotor turbine. Potonji proizvodi revolucije, stvarajući mehaničku energiju. Tipično, ova turbina je spojena na generator i koristi se u elektranama. Zahvaljujući mehaničkoj energiji, generator proizvodi električnu energiju. Snaga takvih jedinica može doseći 1000 MW.

Međutim, ovaj pokazatelj značajno ovisi o padu tlaka pare na ulazu i izlazu. Također, slične turbine koriste se za pogon pumpe za napajanje, na brodovima i brodovima s nuklearnim postrojenjem. Što se tiče ratnih brodova, ovdje se koristi plinska turbina. Načelo njegova djelovanja je kako slijedi. Plin teče kroz jedinicu mlaznice kompresora u područje niskog tlaka. Istovremeno se širi i ubrzava. Tada protok plina pomiče lopatice turbine. Potonji prenose silu na osovinu kroz diskove. To stvara koristan okretni moment.

U zaključku

Tako smo otkrili princip rada dizelske turbine, kao i benzina i pare. Kao što možete vidjeti, ovi elementi se ugrađuju s jednim ciljem - razviti koristan okretni moment. U slučaju automobila troši se na dovod zraka pod tlakom na ulaz. A na elektranama je potrebna turbina za rad generatora, koji proizvodi struju.