Как работает турбонаддув

Что еще необходимо турбомотору

Кроме турбокомпрессора для нормальной работы турбомотора нужен интеркулер. Он охлаждает излишне горячий воздух перед поступлением в цилиндры. Интеркулер очень похож на радиатор охлаждения ДВС, только сечение трубок здесь намного больше.

Блоу-офф (Blow-off) и Байпас (Bypass) клапаны. Они ставится зеркально вестгейту. Если перепускной клапан вестгейт управляет отработанными газами, то Байпас и Блоу-офф управляют воздухом наддува. Их задача «стравить» избыточное давление во впускном коллекторе при резком сбросе газа. Единственное их различие, что делают это они по разному: Блоу-офф выбрасывает лишний воздух наружу, а Байпас направляет избыток воздуха обратно во впускной коллектор.

Байпас клапан

Блоу-офф клапан

Для увеличенного потока воздуха требуется более производительный воздушный фильтр. Часто применяют фильтр «нулевого сопротивления».
И конечно же нужна мелочевка: патрубки, хомуты, уплотнители, крепеж и т.д.

Характеристики турбины

A\R корпуса турбины — Аббревиатура «A/R» (от англ. «Area/Radius», т. е. «площадь/радиус») служит для описания геометрической характеристики корпусов компрессора и турбины. Это отношение площади сечения впускного (или выпускного, в случае с корпусами компрессора) канала к расстоянию от центра вала турбины до центра сечения этого канала (радиус).

Соблюдается соотношение A1 / R1 = A2 / R2 = A3 / R3 = A4 / R4 = A5 / R5 = A6 / R6

Параметр A/R по-разному влияет на производительность компрессора и турбины.

A/R компрессора – производительность компрессора сравнительно слабо зависит от изменения параметра A/R. Корпуса с большим значением A/R иногда применяются для оптимизации производительности систем с низким уровнем наддува, а корпуса с меньшим значением A/R применяются для систем с высоким уровнем наддува. Однако в связи с тем, что влияние A/R на производительность компрессора не велико, значение A/R у большинства компрессорных корпусов почти не отличается.

A/R турбины – производительность турбины находится в сильной зависимости от изменения параметра A/R, поскольку он определяет пропускную способность крыльчатки турбины.
При меньшем значении A/R повышается скорость отработавших газов, направляемых в турбинное колесо. Это способствует увеличению отдачи турбины на малых оборотах двигателя, что позволяет ускорить реакцию турбины на повышение оборотов. Однако при небольшом значении A/R воздух попадает в крыльчатку турбины по более пологой траектории, что уменьшает максимальную пропускную способность турбинного колеса. В результате возрастает противодавление отработавших газов, а это приводит к ухудшению «продувки» двигателя на максимальных оборотах и негативно сказывается на пиковой мощности двигателя.
При большем значении A/R, напротив, скорость потока выхлопа снижается, а реакция турбины на повышение оборотов замедляется. В корпусе с большим значением A/R поток входит в крыльчатку турбины по более радиальной траектории, и эффективная пропускная способность крыльчатки возрастает, что приводит к снижению противодавления выхлопа и повышению мощности двигателя на высоких оборотах.

Индюсер (Inducer) – это диаметр той части колеса крыльчатки, в которую воздух входит.

Эксдюсер (Exducer) – диаметр крыльчатки, откуда воздух выходит.

Trim этим термином обозначается соотношение площадей индюсера и эксдюсера компрессорного или турбинного колеса.

Trim рассчитывается по формуле: Trim = ( inducer² / exducer² ) * 100

Например, для Garrett GT2860R имеется компрессорное колесо с эксдюсером 60,0 мм и индюсером 47,0 мм.
Значит Trim = ((47*47) / (60*60)) *100 = 61,3

От Trim крыльчатки турбины и компрессора зависит ее производительность. Чем больше значение Trim, тем больший поток воздуха проходит через крыльчатку за единицу времени, и тем больше воздуха будет поступать в цилиндры двигателя.

Характеристики стандартного турбокомпрессора собираются в единый график, который называется турбокарта. Каким образом читать турбокарты смотрите в отдельной статье.

Зачем устанавливать турбину

Чтобы разобраться в этом, сначала необходимо обратить внимание на принцип работы атмосферного мотора. Он функционирует таким образом: воздух попадает в него естественным путем, затем смешивается с топливом, переходит в цилиндр и воспламеняется от искры, в результате выделяется энергия, которая приводит в движение автомобиль

Установка турбины делает двигатель более мощным и износостойким, увеличивает крутящий момент и снижает уровень вредности выхлопных газов.

Благодаря турбине топливная смесь становится более насыщенной воздухом, интенсивнее горит. Мощность двигателя увеличивается на 10%, а то и более. Кроме того, он экономичнее расходует топливо.

Работает эта деталь так: в ее корпус попадают выхлопные газы, которые вращают крыльчатку. На одном валу располагается рабочее колесо компрессора. На вход устройства поступает отработавший в двигателе атмосферный воздух, а на выходе получается «надувочный». Поэтому эта процедура известна под названием «турбонаддув». Таким образом, КПД двигателя объемом 1.4 литра, оснащенного системой турбонаддува, вполне сравним с мощностью агрегатов с полезным объемом 1.8 литра. При этом, разумеется, что менее объемный двигатель расходует значительно меньше топлива. Особой популярностью данная технология пользуется у производителей японских и немецких автомобилей. Тем не менее, нередко турбину устанавливают и в постсоветских странах, даже на старые машины.

Принцип работы

Принцип работы основан на использовании энергии отработавших газов. Поток выхлопных газов попадает на крыльчатку турбины (закреплённой на валу), тем самым раскручивая её и находящиеся на одном валу с нею лопасти компрессора, нагнетающего воздух в цилиндры двигателя.
Так как при использовании наддува воздух в цилиндры подаётся принудительно (под давлением), а не только за счёт разрежения, создаваемого поршнем (это разрежение способно взять только определённое количество смеси воздуха с топливом), то в двигатель попадает большее количество смеси воздуха с топливом. Как следствие, при сгорании увеличивается объём сгораемого топлива с воздухом, образовавшийся газ находится под большим давлением и соответственно возникает большая сила, давящая на поршень.[]

Как правило, у турбодвигателей меньше удельный эффективный расход топлива (грамм на киловатт-час, г/(кВт·ч)) и выше литровая мощность (мощность, снимаемая с единицы объёма двигателя — кВт/л), что даёт возможность увеличить мощность небольшого мотора без увеличения оборотов двигателя.

Вследствие увеличения массы воздуха, сжимаемой в цилиндрах, температура в конце такта сжатия заметно увеличивается и возникает вероятность детонации. Поэтому конструкцией турбодвигателей предусмотрена пониженная степень сжатия, применяются высокооктановые марки топлива, предусмотрен промежуточный охладитель наддувочного воздуха (интеркулер), представляющий собой радиатор для охлаждения воздуха. Уменьшение температуры воздуха требуется также и для того, чтобы плотность его не снижалась вследствие нагрева от сжатия после турбины, иначе эффективность всей системы значительно упадёт.[]Турбонаддув особенно эффективен в дизельных двигателях тяжёлых грузовых автомобилей. Он повышает мощность и крутящий момент при незначительном увеличении расхода топлива.[источник не указан 314 дней]
Находит применение турбонаддув с изменяемой геометрией лопаток турбины в зависимости от режима работы двигателя.

Наиболее мощные (по отношению к мощности двигателя) турбокомпрессоры применяются на тепловозных двигателях. Например, на дизеле Д49 мощностью 4000 л.с. установлен турбокомпрессор мощностью 1100 л.с.[источник не указан 314 дней]

Наибольшей (по абсолютной величине) мощностью обладают турбокомпрессоры судовых двигателей, которая достигает нескольких десятков тысяч киловатт (двигатели MAN B&W).[источник не указан 314 дней]

Виды нагнетателей

Справедливости ради надо сказать, что первыми появились механические нагнетатели (kompressor, supercharger), которые приводятся в действие механической энергией вырабатываемой двигателем.
Различают несколько типов механических нагнетателей:
— центробежные, наиболее похожие на турбонаддув, поскольку воздух засасывается центробежной крыльчаткой;
— нагнетатели типа «Рутс»(Roots), в котором воздух нагнетается двумя роторами, как в маслонасосе;
— винтовые нагнетатели (Lysholm), по принципу похожие на Roots, но вместо двух роторов с лопастями применены винтовые роторы;

Компрессор Рутса

Компрессор Лисхольм

Центробежный компрессор

Плюсы механических нагнетателей:
— начинают работать сразу, как только начинает работать двигатель — нет турбоямы;
— прямая связь с оборотами двигателя — мгновенный отклик на нажатие педали газа;
— отличная тяга на «низах»;

Минусы механических нагнетателей:
— весьма существенно отнимают мощность у мотора (до 20%);

Есть и «электрический наддув» (электрокомпрессор), когда приводом компрессора служит электродвигатель. Но как правило такие нагнетатели устанавливаются не автономно, а в паре с турбонагнетателем.

Электрический нагнетатель

Плюсы электрических нагнетателей:
— можно настроить программу оборотов под любой режим работы ДВС — нет «провалов»;

Минусы электрических нагнетателей:
— для обеспечения требуемого потока воздуха необходим мощный электродвигатель, который потребляет много энергии;

Поскольку и у механических и у электрических нагнетателей есть один, но существенный минус — они требуют много дополнительной энергии для работы, то наибольшего распространения получили турбонагнетатели с приводом от выхлопных газов (турбокомпрессоры), которые такого недостатка лишены.
Турбокомпрессор приводится в движение отработанными газами, которые все равно «выбрасываются» наружу.

Турбокомпрессор в разрезе:

Плюсы турбокомпрессоров:
— нет потери мощности ДВС;

Минусы турбокомпрессоров:
— задержка увеличения мощности двигателя при резком нажатии на педаль газа — турбояма;
— резкое увеличение давления наддува после преодоления турбоямы — турбоподхват.
— воздух в турбокомпрессоре сильно нагревается, для его дальнейшего использования необходимо дополнительное охлаждение;
— требуется более качественное масло и более частая его замена;

Плюсы и минусы турбомотора

В плюсе — понятное дело: увеличение мощности мотора, улучшение динамики машины и снижение вредных выбросов за счет более полного сгорания смеси. К плюсам можно отнести и более устойчивую работу двигателя в условиях высокогорья.

Но за эти плюсы придется очень многим заплатить (минусы):

Увеличенный расход топлива. При равных объемах, двигатель с турбонаддувом будет потреблять больше топлива примерно на 20%, но и выдавать лошадиных сил на 70% больше.

Ресурс турбодвигателя. Увеличение мощности двигателя при таких же массово-габаритных показателях, приводит к повышенному износу основных узлов. Результатом этого является уменьшение ресурсных возможностей двигателя.

Масляное голодание. Снижается устойчивость к износу поршневой группы. Этому способствует то, что возрастает давление со стороны картерных газов. При работе продолжительное время в таких условиях может возникнуть «масляное голодание». Оно в свою очередь может привести к поломке турбокомпрессора. Ресурс самой турбины так же невелик 100-150 тыс.км.

Турбояма и турбоподхват. Турбояма возникает когда резко нажимают на педаль газа, а турбина еще не успела набрать обороты. Турбоподхват возникает сразу после прохождения турбоямы, когда резко увеличивается давление выхлопных газов, что ведет к перегреву турбины.
Существует несколько способов решения данной проблемы:

применение турбины с изменяемой геометрией;
использование двух параллельных турбонагнетателей;
использование двух последовательных турбонагнетателей;
комбинированный наддув.

Качественное топливо и масло. Заправлять топливо придется только высокого качества, в противном случае турбина может очень быстро умереть. Помимо этого, использование турбины предполагает наличие моторных масел особых сортов, которое вдобавок придется в два раза чаще менять. Так же высокие требования предъявляются и к воздушному фильтру, который тоже придется менять гораздо чаще.

Дорогостоящий ремонт и обслуживание. Конструкция и устройство турбины довольно сложны и применяются там только качественные материалы, поэтому и стоимость их не маленькая.

Кроме этих минусов, есть ещё особенности в управлении двигателем:

Запуск турбодвигателя при низкой температуре. Запускать турбодвигатель при низкой температуре рекомендуется с предварительной прокруткой. Сначала стартером делаются 2 – 3 короткие прокрутки, после чего производится запуск турбодвигателя на холостых оборотах. Предварительная прокрутка позволяет запустить циркуляцию масла в двигателе и начать постепенное заполнение системы маслом, что предотвратит масляное голодание.

Выключение двигателя с турбиной (термоудар) Главным «врагом» турбины является так называемый «термоудар». При движении на высоких скоростях число оборотов турбины составляет более 100 тыс. об/минуту. При этом сама турбина, естественно, сильно нагревается.

Охлаждение турбины происходит с помощью масла, циркулирующего в самом устройстве. Если охлаждающий поток масла вместе с остановкой двигателя резко остановится, то турбина перегреется и выйдет из строя. Поэтому после больших нагрузок, перед остановкой, турбомотору надо какое то время поработать на холостом ходу.

Работа турбомотора на холостых оборотах. Долгая работа турбированного двигателя на холостых может привести к протечкам масла в местах соединений.

В данной ситуации давление масла в турбине гораздо выше чем давление подаваемого воздуха, что способствует протеканию масла через соединения, это будет заметно по характерному синему цвету выхлопа. Масло будет оседать на элементах турбины в виде нагара, что по мере пробега скажется на ее ресурсе.

История изобретения

Принцип турбонаддува был запатентован Альфредом Бюхи в 1911 году в патентном ведомстве США.

История развития турбокомпрессоров началась примерно в то же время, что и постройка первых образцов двигателей внутреннего сгорания. В 1885—1896 г. Готлиб Даймлер и Рудольф Дизель проводили исследования в области повышения вырабатываемой мощности и снижения потребления топлива путём сжатия воздуха, нагнетаемого в камеру сгорания. В 1905 г. швейцарский инженер Альфред Бюхи впервые успешно осуществил нагнетание при помощи выхлопных газов, получив при этом увеличение мощности до 120 %. Это событие положило начало постепенному развитию и внедрению в жизнь турботехнологий.

Сфера использования первых турбокомпрессоров ограничивалась чрезвычайно крупными двигателями, в частности, корабельными. В авиации с некоторым успехом турбокомпрессоры использовались на истребителях с двигателями Рено ещё во время Первой Мировой войны. Ко второй половине 1930-х развитие технологий позволило создавать действительно удачные авиационные турбонагнетатели, которые у значительно форсированных двигателей использовались в основном для повышения высотности. Наибольших успехов в этом достигли американцы, установив турбонагнетатели на истребители P-38 и бомбардировщики B-17 в 1938 году. В 1941 году США был создан истребитель P-47 с турбонагнетателем, обеспечившим ему выдающиеся летные характеристики на больших высотах.

В автомобильной сфере первыми начали использовать турбокомпрессоры производители грузовых машин. В 1938 г. на заводе «Swiss Machine Works Sauer» был построен первый турбодвигатель для грузового автомобиля. Первыми массовыми легковыми автомобилями, оснащенными турбинами, были Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire, вышедшие на американский рынок в 1962—1963 г. Несмотря на очевидные технические преимущества, низкий уровень надежности привел к быстрому исчезновению этих моделей.

Начало использования турбодвигателей на спортивных автомобилях, в частности, на Formula 1, в 70-х годах привело к значительному увеличению популярности турбокомпрессоров. Приставка «турбо» стала входить в моду. В то время почти все производители автомобилей предлагали как минимум одну модель с бензиновым турбодвигателем. Однако, по прошествии нескольких лет мода на турбодвигатели начала проходить, так как выяснилось, что турбокомпрессор, хотя и позволяет увеличить мощность бензинового двигателя, сильно увеличивает расход топлива. На первых порах задержка в реакции турбокомпрессора была достаточно большой, что также являлось серьёзным аргументом против установки турбины на бензиновый двигатель.

Коренной перелом в развитии турбокомпрессоров произошёл с установкой в 1977 г. турбокомпрессора на серийный автомобиль Saab 99 Turbo и затем в 1978 г. выпуском Mercedes-Benz 300 SD, первого легкового автомобиля, оснащенного дизельным турбодвигателем. В 1981 г. за Mercedes-Benz 300 SD последовал VW Turbodiesel, сохранив при этом значительно более низкий уровень расхода топлива. Вообще, дизельные двигатели имеют повышенную степень сжатия и, вследствие адиабатного расширения на рабочем ходу, их выхлопные газы имеют более низкую температуру. Это снижает требования к жаропрочности турбины и позволяет делать более дешёвые или более изощрённые конструкции. Именно поэтому турбины на дизельных двигателях встречаются гораздо чаще, чем на бензиновых, а большая часть новинок (например, турбины с изменяемой геометрией) сначала появляется именно на дизельных двигателях.

Конструкция турбин

Модель одной ступени паровой турбины

Паровая турбина с раскрытым статором. На верхней части статора видны лопатки соплового аппарата.

Ступень турбины состоит из двух основных частей.
Рабочего колеса — лопаток установленных на роторе(подвижная часть турбины), которое непосредственно создаёт вращение.
И Соплового аппарата — лопаток установленных на статоре (неподвижная часть турбины), которые поворачивают рабочее тело для придания потоку необходимого угла атаки по отношению к лопаткам рабочего колеса.

По направлению движения потока рабочего тела различают аксиальные паровые турбины, у которых поток рабочего тела движется вдоль оси турбины, и радиальные, направление потока рабочего тела в которых перпендикулярно оси вала турбины. Центробежные турбины (турбокомпрессоры) также выделяют как отдельный тип турбин.

По числу контуров турбины подразделяют на одноконтурные, двухконтурные и трёхконтурные. Очень редко турбины могут иметь четыре или пять контуров. Многоконтурная турбина позволяет использовать большие тепловые перепады энтальпии, разместив большое число ступеней разного давления.

По числу валов различают одновальные, двухвальные, реже трёхвальные, связанных общностью теплового процесса или общей зубчатой передачей (редуктором). Расположение валов может быть как коаксиальным так и параллельным с независимым расположением осей валов.

В местах прохода вала сквозь стенки корпуса установлены концевые уплотнения для предупреждения утечек рабочего тела наружу и засасывания воздуха в корпус.

На переднем конце вала устанавливается предельный регулятор (регулятор безопасности), автоматически останавливающий (замедляющий) турбину при увеличении частоты вращения на 10—12 % сверх номинальной.

Принцип работы турбокомпрессора

ТУРБОКОМПРЕССОР — Это лопастная машина, позволяющая использовать энергию выхлопных газов для нагнетания воздуха или топливовоздушной смеси в двигатель внутреннего сгорания — наддува.

В своей работе турбокомпрессор использует энергию отработавших газов. Эта энергия вращает турбинное колесо которое связано, через вал ротора с компрессорным колесом. Компрессорное колесо сжимает воздух и нагнетает его в цилиндры.

Фактически компрессорная часть турбомотора – это рассмотренный выше центробежный нагнетатель, только приводится в действие он энергией газов. Скорость вращения газовой турбины очень высока (до 200 000 об/мин)

В процессе работы турбина и воздух проходящий через неё сильно нагревается. Это происходит как за счет сжатия воздуха, так и за счет высокой температуры отработанных газов. (Нагрев выхлопных газов в бензиновом моторе может достигать 1000°С)
Приходится охлаждать и саму турбину — подводя масло и охлаждающую жидкость, и выходящий воздух — для этого ставят интеркулер.

Можно ли установить турбину на обычный мотор

Можно!
Только вот переделка будет не всегда оправдана экономически, судите сами —
кроме правильно подобранной турбины вам придется приобрести и сделать очень много действий.

Допустим, вы решили, что не будете менять поршневую группу в моторе, не будете усиливать блок ДВС, но свечи зажигания поменять придется — ведь старые рассчитаны на совсем другой режим работы. Так же придется поменять форсунки на более производительные. Замена форсунок повлечет замену бензонасоса, на более производительный.

Новые режимы работы двигателя потребуют полной модернизации его программы управления. Так, что «мозги» придется прошивать.
Датчик расхода воздуха на таких режимах долго не живет, его нужно заменить на датчик абсолютного давления (ДАД), причем рассчитанный на избыточное давление.

Необходимо определиться с системой охлаждения турбины — будет ли она только масляной или комбинированной масло + ОЖ. Соответственно надо врезать и протянуть новые масломагистрали (а может и патрубки ОЖ).
Для прокачивания масла по выросшей в объеме маслосистеме нужен более производительный маслонасос.

Впускной и выпускной коллектор придется поменять на такие, которые рассчитаны на работу с турбокомпрессором.

А еще придется ездить на более высокооктановом бензине, более хорошем масле и чаще его менять.
Стоит ли овчинка выделки?

Малые паровые турбины

В электроэнергетике под малыми генерирующими установками понимаются агрегаты мощностью менее 10 МВт. В настоящее время, в России, как и в других странах с рыночной экономикой, весьма остро стоит вопрос об электроснабжении предприятий и населенных пунктов в отдаленных территориях, где нет централизованного электроснабжения. Ибо прежние схемы с дизель-генерацией становятся крайне дорогими по мере роста цены на диз-толиво. Так же подчас остро стоит вопрос подключения к электроснабжению новых малых и средних предприятий, когда для них нет резервов электрических мощностей. В этом случае всегда определяется — что дешевле: строить новые сети до магистральных ЛЭП по подключаться к ним по тарифам местных энергетиков и далее получать энергию по их расценкам, или построить свою автономную малую электростанцию и быть полностью энергонезависимым. В этом случае малые паросиловые установки на дешевом твердом топливе всегда могут давать электроэнергию дешевле, чем энергетики предлагают получать из сети.

Но на таком пути автономного энергоснабжения всегда стоит вопрос о стоимости малой паросиловой установки. К сожалению — при уменьшении габаритных размеров паро-силовой установки с турбиной ее термодинамический КПД падает, а цена на 1 квт агрегатной мощности — растет. Так цена на паросиловые установки с паровыми турбинами на ORC цикле итальянского производителя » TURBODEN» составляет около 3 тыс евро за 1 квт установленной мощности. И КПД такой дорогой установки по электричеству весьма невелик- всего 18%.

Попытки делать стандартные малые паросиловые установки с турбинами на водяном паре всегда упирались в мизерный КПД таких установок. Например- в книге Ф.Бойко «Паровозы промышленного транспорта» указано- что в середине 50-х годов турбогенаратор паровоза мощностью 1 квт расходовал на 1 квт-час мощности 100 кг пара (КПД- 1%%), а в книге П.Черняев «Судовые силовые установки и их эксплуатация» (учебник для вузов) — указано, что в середине 70-х годов главные паросиловые установки с турбинами достигли КПД в 35%, а вот малые судовые паросиловые агрегаты мощностью 15 — 50 квт (для привода вспомогательных судовых механизмов) расходовали до 30 кг пара в час на 1 квт мощности, что в 5 раз хуже, чем главная машина. Трудность достижения малыми турбинами высоких значений КПД, которые характерны для больших турбин, заключается в изменении соотношения скоростей истекающего из сопел пара и окружных скорости движения лопаток турбин, по мере уменьшения диаметров роторов малых турбин. Именно поэтому малые паровые турбины крайне редко применяются в автономной, распределенной электрогенерации.

Теплофикационные турбины

Турбины типа — Т. Этот вид турбин устанавливают на ТЭЦ, т.е. там, где помимо выработки электричества, ещё нужно получать тепловую энергию — отопление и горячее водоснабжение.

У теплофикационных турбин существуют регулируемые теплофикационные отборы пара. Регулировка осуществляется поворотной диафрагмой. Пар с такого отбора поступает в сетевые подогреватели — теплообменники, где пар передаёт своё тепло сетевой воде.

Теплофикационные турбины, как правило, могут работать и в конденсационном режиме, например, в летнее время. В таком случае пар на сетевые подогреватели не поступает, а весь используется для выработки электричества.

Теплофикационные турбины в России производятся на УТЗ — Уральском турбинном заводе.

Противодавленческие турбины

Противодавленческие турбины имеют маркировку — Р. В составе таких турбин отсутствует конденсатор, а весь отработавший пар идёт с каким-либо небольшим давлением стороннему потребителю.

Этот тип турбин в настоящее время, как и турбины ПТ, не находит применение за редким исключением. После распада Советского Союза многие такие турбины «пылились» без дела, так как отсутствовал внешний потребитель отработавшего пара. Без потребителя пара невозможна и их эксплуатация, а значит и выработка электричества.

Паровая турбина Р-27-8,8/1,35:

https://youtube.com/watch?v=wuh5JonCKTA

Но позже нашли оригинальное решение их модернизации. В пару к таким турбинам начали устанавливать небольшие турбины типа К (конденсационные), рассчитанные на работу с низким давлением пара. Т.е после того, как пар отработал в турбине Р, он не идёт стороннему потребителю, а поступает на вход дополнительно установленной турбины типа К, где завершает свою работу и конденсируется в конденсаторе.

Характеристика основных параметров номинальных значений

  • Номинальная мощность турбины — наибольшая мощность, которую турбина должна длительно развивать на зажимах электрогенератора, при нормальных величинах основных параметров или при изменении их в пределах, оговоренных отраслевыми и государственными стандартами. Турбина с регулируемым отбором пара может развивать мощность выше номинальной, если это соответствует условиям прочности её деталей.
  • Экономическая мощность турбины — мощность, при которой турбина работает с наибольшей экономичностью. В зависимости от параметров свежего пара и назначения турбины номинальная мощность может быть равна экономической или больше её на 10-25 %.
  • Номинальная температура регенеративного подогрева питательной воды — температура питательной воды за последним по ходу воды подогревателем.
  • Номинальная температура охлаждающей воды — температура охлаждающей воды при входе в конденсатор.

Паровая турбина ЗуГРЭС. СССР, 1930-е

Устройство газовой турбины и компрессора газотурбинной установки

Рис. Простейшая турбина

Газовая турбина представляет собой тепловой двигатель, в котором потенциальная энергия газа преобразуется в механическую энергию.

Продольный разрез простейшей газовой турбины показан на рисунке. На вал насажен диск 2, в котором укреплены рабочие лопатки 4. Вал с диском и лопатками в сборе называют ротором. Ротор турбины расположен внутри корпуса 5 и опирается на подшипники скольжения 6. Газ поступает к ротору турбины через сопла, образованные сопловыми лопатками 3. Сопла предназначены для преобразования потенциальной энергии газа в кинетическую. Внутри сопла давление газа уменьшается, а его скорость увеличивается. Перегородки, разделяющие сопла, называют сопловыми лопатками, а все сопловые лопатки, расположенные на одной окружности, — сопловой решеткой.

После сопловой решетки газ поступает к рабочим лопаткам. Промежутки между рабочими лопатками называют рабочими каналами, а все рабочие лопатки на диске — рабочей решеткой. Сопловую решетку и расположенную за ней по ходу газа рабочую решетку называют степенью. Рабочие лопатки изготовлены так, что каналы между ними имеют определенную форму. За счет изменения количества движения газа в рабочих каналах часть его энергии преобразуется в механическую, заставляя вращаться ротор. Ротор соединяется с потребителем механической энергии, которым на электрических станциях является электрический генератор, а на газоперекачивающих — нагнетатель газа.

Поступает газ в турбину через входной патрубок 9, а уходит из нее отработавший газ через выхлопной патрубок 8.
Корпус турбины состоит из входного и выхлопного патрубков и той части, где расположены сопловые и рабочие лопатки. Таким образом корпус отделяет газ повышенного давления от окружающей среды. Однако в местах выхода ротора из корпуса имеются зазоры, и чтобы предотвратить утечку газа, в корпусе устанавливают уплотнения 7. Корпус турбины внутри или снаружи обязательно покрывают теплоизоляцией.

Компрессор служит для сжатия газа (воздуха) и повышения его энергии и температуры. При малых степенях сжатия в ГТУ в основном используют осевые компрессоры.

Простейший одноступенчатый компрессор состоит из тех же элементов, что и простейшая турбина. Так же как и турбина, компрессор имеет ротор состоящий из вала 1, диска 2 и рабочих лопаток 4. На внутренней поверхности корпуса компрессора располагаются направляющие лопатки 3. Решетку направляющих лопаток и следующую за ней рабочую решетку называют ступенью компрессора.

Воздух засасывается в компрессор через входной патрубок 9. Каналы между направляющими и рабочими лопатками имеют такую форму, что скорость воздуха в них уменьшается, а давление растет. Чтобы производилась работа сжатия воздуха, от турбины отбирается значительная часть мощности, необходимой для вращения ротора компрессора.

Выхлопной патрубок 8 (диффузор) служит для вывода воздуха из компрессора. Давление воздуха за диффузором значительно выше, чем во входном патрубке, и является наибольшим давлением в ГТУ.

Корпус компрессора состоит из входного патрубка, цилиндрической части, в которой расположены направляющие лопатки, и диффузора. Так же как в турбине, в местах выхода ротора из корпуса компрессора располагаются уплотнения 7. Турбины и компрессоры, имеющие одну ступень, называют одноступенчатыми. Турбины и компрессоры большой мощности с одной ступенью сконструировать обычно не удается. В этом случае на роторе приходится располагать несколько ступеней одну за другой. Такие турбины и компрессоры называют многоступенчатыми.

Процесс расширения пара в паровой турбине

h, s-диаграмма расширения пара в одноступенчатой паровой турбине

P1 h1 s1 — давление, энтальпия и энтропия пара на входе в турбину;

P2 h2 s2 — давление, энтальпия и энтропия отработанного пара на выходе из турбины;

1 — расширение пара в турбине;

2 — насыщенный пар;

3 — вода в состоянии насыщения (кипения);

4 — изотерма начальной температуры;

5 — изотерма конечной температуры;

6 — изобара начального давления;

7 — изобара конечного давления;

8 — критическая точка

(в критической точке происходит превращение всего объёма воды в пар (исчезает различие между жидкой и газообразной фазами воды).);

9 — кривая постоянной влажности пара.

Помогла статья? Оцените её
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд
Загрузка...
Добавить комментарий
Adblock
detector