Турбина дизель принцип работы
Уфа, ул. Этот материал сравнительно менее подвержен разрушению, а лопатки такие же тонкие как металлические. При слишком малом объемном расходе и слишком высокой степени повышения давления поток отрывается от входных плоскостей лопаток и нормальный процесс нагнетания нарушается. Большая китайская Большая китайская Britannica онлайн.
В зависимости от этого существует и несколько типов дизельного двигателя:. Дизельный двигатель с неразделенной камерой. Данная камера сгорания выполнена в поршне. Само топливо впрыскивается непосредственно через надпоршневое пространство. Главной особенностью данного типа двигателя является минимальное потребление топлива. Несущественным, но все же недостатком, является повышенная шумность данного двигателя, в сравнении с его собратом.
Сейчас же ведутся также интенсивные работы во блага нововведений, чтобы вышеуказанный недостаток был устранен.
Так, в некоторых системах дизельных двигателей было основано устройства предвпрыска топлива в камеру сгорания, что снижает жесткость работы всего агрегата. Дизельный двигатель с разделенной камерой. В данном виде дизельного двигателя существует дополнительная камера, в которою, собственно, и впрыскивается топливо. Вихревая, предкамерная камера в большинстве дизельных двигателей имеет непосредственную связь с цилиндром через специальный канал так, чтобы воздух при его сжатии, когда попадал в оную камеры завихрялся более интенсивно.
Это, в свою очередь, способствует тому, что начинается процесс отменного перемешивания воздуха с впрыскиваемым топливом, в результате чего происходит более полное сгорание топлива. Именно данная схема очень долгий период считалась оптимальной для большинства легких двигателей и в основном использовалась на легковом типе автомобилей.
Тем не менее, вследствие того, что экономичность не самая лучшая и оставляет желать лучшего, в последнее десятилетие происходит активное вытеснение этаких двигателей теми двигателями, которые имеют нераздельную камеру и иную систему подачи топлива.
Турбина являет собою крыльчатку, которая была насажена на вал. Через этот вал компрессор приводится в свою эффективную работу. Корпус его производится из жаропрочного сплава алюминия, а сам вал делают зачастую из стали среднелегированной. Именно эти детали практически не поддаются никакому ремонту и в том случае, если они выходят из строя, их необходимо заменять новыми.
Корпус самого турбонадува дизельного двигателя делается из чугуна. Весь процесс активной работы двигателя, по большей части, порождает износ постелей под подшипниками, а также гнезд уплотнительных колец. Сама улитка турбины отливается из чугуна, а уже за счет ее довольно не простой формы образуется определенный поток газов, который дает толчок к развитию и началу движения всего описанного агрегата.
Также, изготавливают алюминиевую отливку под улитку компрессора с небольшим местом для крыльчатки. В момент самого вращения через центральное отверстие компрессор затягивает воздух, после чего он сжимает его и нагнетает его в двигатель по кольцевому каналу. Само устройство этого механизма не отличается особой сложностью.
Тем не менее, для его изготовления нужна высокая точность литья, а также минимальные допуски при подборе деталей. Включение турбины дизельного двигателя происходит с самыми первыми его оборотами. Заканчивается же уже немного позже его первичной остановки. При непосредственном пуске мотора выхлопные газы сразу же попадают в турбинную улитку, а это, в свою очередь, приводит вал с крыльчатками в движение. На самих холостых оборотах у выхлопных газов наблюдается маленькое давление, вследствие чего вращение турбины и ее скорость не влияет на весь объем воздух, который попадает непосредственно в двигатель.
Увеличение количества выхлопных газов сопутствуется ростом оборотов. Вследствие этого процесса обороты турбокомпрессора увеличиваются, а турбина начинает свою эксплуатацию в штатном режиме.
В автомобильном «мифовом» мире существует теория, что ресурс турбины у дизельного двигателя очень невысок. Миф этот нужно развеять, так как он не соответствует действительности. Сам ресурс турбины дизельного двигателя сравняется по долговечности ресурса мотора. Он немного меньше чем он, так как это вызвано его деятельностью и спецификой работы. Вал турбины и турбина сварены между собой сваркой трением. Рабочее колесо компрессора установлено на валу турбины с зазором и закреплено гайками.
После соединения турбины и вала турбины с рабочим колесом компрессора необходимо провести точное испытание на динамическую балансировку, чтобы обеспечить нормальную работу при высокоскоростном вращении. Опора ротора нагнетателя имеет форму внутренней опоры, полностью плавающий плавающий подшипник расположен в среднем корпусе между двумя рабочими колесами, а осевая нагрузка ротора воспринимается торцом упорного кольца.
Конец турбины и конец компрессора оснащены уплотнительными кольцами, а конец компрессора также оснащен маслоудерживающим кольцом для предотвращения утечки масла.
Корпус компрессора, корпус турбины и промежуточные элементы являются основными креплениями. Корпус турбины и промежуточный, корпус компрессора и промежуточный соединены болтами и прижимными пластинами;Корпус компрессора может быть установлен под любым углом вокруг оси.
Нагнетатель смазывается под давлением. Смазочное масло поступает из основного масляного канала дизельного двигателя, а затем возвращается в масляный поддон дизельного двигателя через трубу возврата масла.
Турбокомпрессор был неотъемлемой частью дизельного генератора. Это значительно улучшает мощность и крутящий момент двигателя при том же рабочем объеме и улучшает экономию топлива. В то же время он удовлетворяет спрос людей на дизельный двигатель с высокой мощностью и высоким крутящим моментом. Более того, за счет снижения расхода топлива на единицу мощности легче соблюдать нормы выбросов, чем у безнаддувных двигателей. Развитие технологии турбонаддува также привело к революции в технологии двигателей.
Мы надеемся, что в будущем к традиционным двигателям будет применяться больше новых технологий. Как далеко могут зайти традиционные двигатели сегодня, при сильном росте новых источников энергии? Если не принимаются никакие меры для снижения нагрузок, увеличение скорости оборачивается сокращением срока службы.
Турбина Турбина турбокомпрессора ТК состоит из турбинного колеса и корпуса. Она преобразует энергию отработавших газов ОГ в механическую энергию для привода компрессора. Поток ОГ несет энергию в форме высокого давления и температуры. После прохождения через турбину энергия газов давление и температура уменьшается. Перепад давления и температуры газов между входом и выходом из турбины преобразуется в кинетическую энергию вращения турбинного колеса.
Существуют два основных вида турбин: с осевым и радиальным потоком. В случае колес диаметром до мм используются только радиальные турбины.
КПД маленьких радиальных турбин выше, а стоимость изготовления при больших объемах производства существенно ниже, чем осевых. Поэтому они обычно применяются в пассажирских и коммерческих дизелях, а также в индустриальных силовых агрегатах. В улитке радиальных центростремительных турбин давление ОГ преобразуется в кинетическую энергию и они с постоянной скоростью направляются с периферии на турбинное колесо.
Трансформация кинетической энергии в мощность на валу происходит в турбинном колесе. Оно спроектировано так, чтобы почти вся кинетическая энергия газа преобразовалась к моменту, когда он выходит из крыльчатки.
Рабочие характеристики Устройство крыльчатки компрессора. Сплиттерные лопатки увеличивают входное сечение компрессора. Обратный изгиб лопаток на выходе из компрессорного колеса - способ борьбы с помпажем. Мощность турбины возрастает по мере роста перепада давления между ее входом и выходом, то есть, когда перед турбиной скапливается больше отработавших газов ОГ. Это происходит в результате повышения оборотов двигателя или увеличения температуры газов вследствие их большей энергии.
Поведение турбинной характеристики определяется относительным сечением проточной части. Чем меньше относительное сечение, тем больше газов скапливается на входе в турбину повышается давление перед турбиной.
В результате увеличения перепада давления производительность турбины возрастает. Таким образом, с уменьшением относительного сечения давление наддува увеличивается. Относительное сечение турбины можно легко варьировать путем замены ее корпуса. Большинство производителей турбокомпрессоров ТК для каждого типа турбины предлагает корпуса разных размеров. Это позволяет в широких пределах изменять давление наддува путем подбора нужного относительного сечения проточной части турбинного корпуса.
Помимо относительного сечения на массовый расход газов через турбину также оказывает влияние площадь отверстия на выходе из колеса. Механическая обработка литого турбинного колеса по контуру - трим trim - дает возможность регулировать площадь сечения а, следовательно, и давление наддува. Увеличение контура колеса выливается в большее проходное сечение для потока. В рамках одной серии ТК производители предлагают колеса турбин с разным тримом, которые изготовлены из одних литьевых заготовок.
В турбинах с изменяемой геометрией проходное сечение потока между каналом улитки и выходом из колеса варьируется. На входе в турбинное колесо оно изменяется с помощью подвижных управляемых лопаток или скользящего кольца, частично перекрывающего сечение. На практике рабочие характеристики турбины ТК описываются картами, показывающими зависимость параметров потока ОГ от перепада давления на турбине. На карте турбины показаны кривые массового расхода и КПД турбины для разных частот вращения.
Для упрощения карты зависимости расхода и эффективности могут быть представлены в виде усредненных кривых. Материалы турбин Поскольку при работе двигателя и после его останова турбина подвергается действию очень высоких температур, колесо и корпус турбины изготавливаются из материалов, обладающих высокой жаропрочностью. В общем случае крыльчатки турбин делают из сплавов на основе никеля, таких как Inconel и GMR Основные компоненты этих сплавов — никель и хром.
Выбор материала для корпуса турбины также зависит от температуры. Турбины с двойным входом Давление истекающих из двигателя отработавших газов ОГ не постоянное - оно пульсирует в соответствии с чередованием тактов выпуска в разных цилиндрах. Импульсные системы наддува используют пульсации давления ОГ, позволяющие кратковременно увеличить перепад давления на турбине. За счет роста перепада давления увеличивается КПД турбины, улучшая ее работу до тех пор пока через нее не пойдет большой, эффективный поток газов.
В результате более полного использования энергии ОГ улучшаются характеристики давления наддува и, соответственно, поведение кривой крутящего момента, особенно на низких оборотах двигателя. Для предотвращения взаимного влияния цилиндров при разных тактах впуска-выпуска они делятся на две независимые группы. Каждая группа объединяется в свой выпускной коллектор, который транслирует ОГ непосредственно на вход в турбину.
В этом случае турбина с двойным входом позволяет утилизировать ОГ из двух групп цилиндров отдельно. В двигателях пассажирских автомобилей чаще используются неразделенные коллекторы и турбины с «однозаходным» корпусом. Это позволяет сделать коллектор компактнее и расположить турбину ближе к головке блока.
Поскольку здесь сечение и длина газоподводящих каналов меньше, преимущества импульсного наддува нивелируются. И все же в отдельных случаях турбины с двойным входом применяются в бензиновых моторах пассажирских автомобилей.
Их преимущество - хорошая характеристика крутящего момента при низком давлении ОГ. В то же время им свойственны и недостатки — высокая термическая нагрузка разделяющей перегородки и дорогое производство маленьких корпусов с интегрированным байпасом, особенно, если в качестве материала нужно использовать литьевую сталь из-за больших температур.
Отклик Для двигателей пассажирских автомобилей жизненно важную роль играют инерционные характеристики турбокомпрессора ТК. Замедленная реакция на изменение положения педали акселератора, которую также называют «турбояма», часто воспринимается как фактор, снижающий управляемость автомобиля. В последние годы этот негативный эффект компенсирован применением ТК меньшего размера.
У них меньше сечение проточной части и ниже инерция ротора как результат применения колес меньшего диаметра. Таким образом, при увеличении частоты вращения турбокомпрессора приходится раскручивать ротор меньшей массы. Момент инерции турбинного колеса также может быть снижен путем удаления сегментов опорного диска между лопатками. В еще большей степени динамические характеристики ТК могут быть улучшены применением турбин с изменяемой геометрией проточной части.
Оптимальные условия для потока и низкие потери тепла достигаются в интегрированных системах наддува с отлитыми заодно выпускным коллектором и корпусом турбины, что оборачивается улучшенными характеристиками отклика. Прочие аргументы за применение таких систем — сокращение веса до 1 кг, а также увеличение свободного пространства между двигателем и пассажирской кабиной, что часто жизненно необходимо по соображениям безопасности.
Керамические колеса турбин В сравнении с металлическими колесами керамические турбинные колеса существенно легче, что улучшает характеристики отклика чувствительность турбокомпрессора.
Современные керамические материалы позволили разработать такие колеса, пригодные для массового производства. Однако керамические материалы очень хрупкие и могут быть легко разрушены при попадании посторонних частиц.
Более того, лопатки таких турбин толще и поэтому их эффективность ниже, так что они редко используются в автотехнике. Алюминид титана имеет такую же плотность как керамика. Этот материал сравнительно менее подвержен разрушению, а лопатки такие же тонкие как металлические.
Типовая карта режимов компрессора. Рабочая область карты режимов ограничена линиями помпажа, насыщения и предельно допустимой частоты вращения. Водоохлаждаемые корпуса При разработке турбокомпрессоров ТК также должны учитываться аспекты безопасности. Например, в судовых моторных отсеках следует избегать горячих поверхностей из-за опасности пожара.
Поэтому корпуса турбин ТК для морского применения изготавливаются с водяным охлаждением или с покрытием изолирующими материалами. Система управления Тяговые характеристики современных турбодвигателей должны отвечать таким же высоким требованиям, как и характеристики атмосферных моторов с идентичными мощностными параметрами. Это означает, что полное давление наддува должно быть доступно, начиная с минимально возможных частот вращения двигателя.
Это, в свою очередь, может быть достигнуто только путем управления турбокомпрессором на турбинной стороне. Байпасное регулирование на турбинной стороне Установка байпасного клапана в турбинной части турбокомпрессора ТК — самый простой способ контроля давления наддува.
Геометрические параметры турбины выбирают таким образом, чтобы обеспечить характеристику крутящего момента на низких оборотах, необходимую для достижения заданных динамических показателей автомобиля.
При такой конструкции ТК уже незадолго до достижения максимального крутящего момента на турбину начинает поступать избыточное количество отработавших газов. Таким образом, как только номинальное давление наддува достигнуто, избыток отработавших газов направляется по байпасному каналу в обход турбинного колеса.
