Načelo delovanja turbine: opis, naprava, značilnosti

Da bi povečali moč in navor motorja človeštvo je prišlo z veliko naprav in enot. Najlažji način je povečati prostornino zgorevalne komore. Večje količine goriva pridejo v jeklenko, bolj se bo uporabilo delo. Vendar pa obstajajo težave. Prvič, velikost takšnega motorja lahko presega meje, in drugič, delovanje takega motorja z notranjim zgorevanjem zaradi visoke porabe goriva bo nedonosno. Zato nedavno avtomobilov vedno bolj opremljanje svojih avtomobilov z turbino. Kaj je ta element. in kakšno je načelo turbine? Podrobno se učimo v članku.

Značilno

Turbina je element sistema za dovod zraka, ki služi povečanju zračnega tlaka z uporabo energije izpušnih plinov. Zaradi njenega dela se poveča masa zraka v zgorevalni komori.

To vam omogoča, da pospešite motor in povečate njegov navor. Upoštevajte tudi, da so bile prve turbine mehansko poganjane. Načelo delovanja takšne turbine je bila pretvorba energije iz ročična gred. Z zadnjim elementom, ki je povezan z jermenskim prenosom. Toda kmalu so se takšne enote prenehale uporabljati. Zdaj vsi proizvajalci uporabljajo plinska turbina načelo, ki omogoča povečanje učinkovitosti motorja za 80 odstotkov namesto 30 odstotkov.

Kjer se uporablja

V bistvu je takšno enoto mogoče najti na sodobnih avtomobilih. Toda ta polnilnik se ne uporablja na vseh ICE. Omejevalni dejavnik pri uporabi turbin na bencinskih motorjih je visoka stopnja detonacije. To je povezano s povečanjem frekvence vrtenja motorja z notranjim zgorevanjem in velike temperature izpušnih plinov (do tisoč stopinj). Glede na to se pogosto uporablja turbina. dizelski motor. Načelo delovanja takšnega motorja z notranjim zgorevanjem je nekoliko drugačno. Tveganje detonacije je manjše, temperatura plinov pa ne presega 600 stopinj. Še posebej pogosto se kompresorji nahajajo na gospodarskih vozilih. Nemogoče si je predstavljati sodobnega avtobusnega ali dolgega traktorja, ki ni opremljen s takšno turbino. Če govorimo o blagovnih znamkah, je turbina nameščena na naslednje avtomobile:

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

Obstajajo tudi druga področja, kjer se uporablja podoben element. To je na primer elektrarna in motor z notranjim izgorevanjem ladij. Toda tukaj se že uporablja parna turbina, katere načelo delovanja bomo obravnavali nekoliko kasneje.

Slabosti

Zakaj ta element ni prisoten na vseh motorjih z notranjim zgorevanjem? Prvič, uporaba turbine povečuje stroške proizvodnje avtomobilov. Poleg samega polža so potrebni še drugi elementi.

Poleg tega motor potrebuje še bolj robusten batni sistem in enoto za delo z turbino. To pomeni tudi dodatne stroške. Tudi med pomanjkljivosti je treba opozoriti, tako imenovani turboboyu (ko motor ne more pridobiti zagon za pravi čas). Razlog za ta pojav je vztrajnost kompresorja.

Gradnja

Torej, poglejmo napravo in načelo delovanja turbine. Ta element je sestavljen iz treh glavnih komponent:

• Centralna stavba.
• Centrifugalni kompresor.
• Polži

Konstrukcija slednje vključuje kolesa turbine in kompresorja, gred rotorja, drsni ležaji in tesnilni obroči. Vse to je zaprto v močno kovinsko odporno ohišje. Ker princip turbinskega motorja temelji na uporabi energije izpušnih plinov, lahko vroči del polžev zasije do tisoč ali več stopinj Celzija.

Pomožni predmeti

Ker je turbina del sesalnega sistema, je njegovo delovanje nemogoče brez uporabe zračnega filtra, dušilnega ventila in intercoolerja.

Slednji je zasnovan za hlajenje kisika, ki se vbrizga v komoro pod pritiskom. Hladnejši je zrak v hladilniku, boljša je mešanica v valjih. Tudi pri oblikovanju ne gre brez priključnih in oljnih cevi.

Kako deluje

Treba je omeniti, da je načelo delovanja turbine na bencinskem motorju enako kot pri dizelskem. Med delovanjem motorja z notranjim zgorevanjem nastajajo izpušni plini. Vstopajo v telo (vroči del polža), kjer se premikajo vzdolž lopatic turbinskega kolesa. Slednji se vrti do neverjetnih hitrosti - 100 ali več tisoč vrtljajev na minuto. Ker je turbinsko kolo togo povezano z gredjo, se navor prenese na drugi hladni del turbine. To pa začne zajemati kisik iz atmosfere. Ko prodre skozi filter, prodre v notranjost. Nato zrak pod pritiskom vstopi v sesalni kolektor, kjer se zmeša z gorivom in vstopi v zgorevalno komoro. Kot material za ohišje turbine se uporabljajo toplotno odporna jekla in zlitina železo-nikelj.

Delovanje kompresorja je odvisno od njegove oblike in dimenzij. Večji je njegov premer, več zraka se vsesa v sesalni razdelilnik. Vendar ne morete nenehno povečevati velikosti kompresorja. To lahko privede do turbopolnilnika. Majhna turbina se z nazivno hitrostjo vrti veliko hitreje. Toda na vrhuncu je manj produktivnosti. Zato sta velikost in oblika elementa izbrani strogo posamično za vsak motor. Enote ne morete namestiti iz bencinskega avtomobila na dizel, in obratno. Čeprav ima isto načelo delovanja turbine, bo drugače delovala na različnih avtomobilih.

Pomembna točka: poseben obvodni ventil je namenjen uravnavanju tlaka povišanja. Pnevmatsko poganja in ga krmili ECU motorja.

Mazalni sistem

To je sestavni del vsake turbine. Način delovanja sistema mazanja je preprost. Olje se napaja med ležiščem in ohišjem kompresorja preko več kanalov pod pritiskom. Ampak ne mislite, da je ta sistem potreben samo za mazanje. Hladi tudi ogrevane dele kompresorja. Pri nekaterih motorjih je turbina povezana s skupnim hladilnim sistemom. Zaradi tega se doseže boljše hlajenje, vendar je ta konstrukcija veliko bolj zapletena in dražja za izdelavo.

Da bi se znebili turbina, proizvajalci nenehno izboljšujejo zasnovo turbine na dizelskem motorju. Načelo njegovega delovanja ostaja enako, vendar se spremenijo naslednje točke:

• Masa kompresorja. Turbina je izdelana iz lahkih in trajnih materialov hkrati (npr. Iz keramike).
• Oblika ležajev. Manjša je izguba zaradi trenja, višja je zmogljivost turbine. Kolo je lažje vrteti do nazivnih vrednosti.

Vrste turbin

Trenutno obstaja več priljubljenih tipov kompresorjev:

• Ločeno. Ima dve šobi za vsak par valjev in dva dovoda za izpušne pline. Prva šoba je zasnovana za hiter odziv, drugi pa za maksimalno zmogljivost. Oblika ima ločene izpušne kanale. To se stori, da se prepreči prekrivanje kanalov z izpuščanjem izpušnih plinov.
• Kompresor s spremenljivo šobo. Znana je tudi kot turbina s spremenljivo geometrijo. Uporablja se na motorjih z oznakami TDI znamke Volkswagen. Tu je v načrtu 9 premičnih rezil. Lahko uravnavajo pretok izpušnih plinov, ki gredo v turbino. Kot nagiba lopatic je nastavljiv, kar omogoča usklajevanje tlaka vbrizganega zraka in hitrosti gibanja plinov z vrtljaji motorja z notranjim zgorevanjem.

Za večjo učinkovitost sta na vozilo mogoče namestiti dva kompresorja. Takšni sistemi imajo oznako "twin-turbo".

Ti mehanizmi so nameščeni zaporedno. V tem primeru prva turbina deluje pri nizkih vrtljajih, druga pa na visoki. Pri V-motorjih so vzporedno nameščeni kompresorji (ena turbina za vsako vrsto). Kot kaže praksa, je namestitev dveh majhnih kompresorjev veliko bolj učinkovita kot uporaba enega samega, a velikega.

Parna turbina

Načelo njegovega dela je nekoliko drugačno. Para, ki se tvori v kotlu, pod pritiskom pade na rotor turbine. Slednji proizvaja vrtljaje in tako ustvarja mehansko energijo. Običajno je ta turbina priključena na generator in se uporablja v elektrarnah. Zaradi mehanske energije generator proizvaja elektriko. Moč takšnih enot lahko doseže 1000 MW.

Vendar je ta kazalnik bistveno odvisen od padca parnega tlaka na vstopu in izstopu. Tudi podobne turbine se uporabljajo za pogon črpalke, na ladjah in ladjah z jedrskim objektom. Kar se tiče vojnih ladij, se tukaj uporablja plinska turbina. Načelo njegovega delovanja je naslednje. Plin teče skozi šobo kompresorja v območje nizkega tlaka. Hkrati se širi in pospešuje. Nato pretok plina premakne lopatice turbine. Slednje prenašajo silo na gred skozi diske. To ustvarja uporaben navor.

Za zaključek

Tako smo ugotovili načelo delovanja dizelske turbine, pa tudi bencina in pare. Kot lahko vidite, so ti elementi nameščeni z enim samim ciljem - razviti uporaben navor. Pri avtomobilih se porabi za dovod zraka pod tlakom v dovod. Na elektrarnah je turbina potrebna za delovanje generatorja, ki proizvaja tok.