Турбина устройство и принцип работы: Устройство и принцип работы турбины

Устройство и принцип работы турбины

Турбина (турбокомпрессор) стала определяющим агрегатом в деле увеличения мощности моторов.

Что такое турбина и для чего она нужна?

Турбина — устройство в автомобиле, которое направлено на увеличение давления во впускном коллекторе автомобиля для того, чтобы обеспечить большее поступление воздуха, а значит и кислорода, в камеру сгорания.
Главное назначение турбины –  с ее помощью можно значительно увеличить мощность автомобиля. При увеличении давления во впускном коллекторе на 1 атмосферу в камеру сгорания попадет в два раза больше кислорода, а значит от небольшого турбового двигателя можно ожидать мощности как от атмосферника с объемом в два раза больше — грубая теоретическая арифметика не лишенная смысла…

Принцип работы турбокомпрессора

Принцип работы турбины несложен: горячие выхлопные газы через выпускной коллектор поступают в горячую часть турбины, проходят через крыльчатку горячей части приводя ее и вал на который она крепится в движение. На этом же вале закреплена крыльчатка самого компрессора в холодной части турбины, эта крыльчатка при вращении создает давление во впускном тракте и впускном коллекторе, что обеспечивает большее поступление воздуха в камеру сгорания.

Устройство турбины

 

Турбина состоит из двух улиток — улитки компрессора, через которую всасывается воздух и нагнетается во впускной коллектор, и улитки горячей части, через которую проходят выхлопные газы вращая колесо турбины и выходят в выхлопной тракт. Из крыльчатки компрессора и крыльчатки горячей части. Из шарикоподшипникового картриджа. Из корпуса, который соединяет обе улитки, держит подшипники, так же в корпусе находится охлаждающий контур.

В процессе работы турбина подвергается очень большим термодинамическим нагрузкам. В горячую часть турбины попадают выхлопные газы очень большой температуры 800-9000 °С, поэтому корпус турбины изготавливают из чугуна особого состава и особого способа отливки.

Частота вращения вала турбины достигает 200 000 об/мин и более, поэтому изготовление деталей требует большой точности, подгонки и балансировки. Помимо этого в турбине высокие требования к используемым смазочным материалам. В некоторых турбинах система смазки служит так е системой охлаждения подшипниковой части турбины.

Система охлаждения турбин

Система охлаждения турбин двигателя служит для улучшения теплоотдачи частей и механизмов турбокомпрессора.
Существует два  самых распространенных способа охлаждения деталей турбокомпрессора — охлаждение маслом, которое используется для смазки подшипников и комплексное охлаждение маслом и антифризом из общей системы охлаждения автомобилем.

Оба способа имеют ряд преимуществ и недостатков.
Охлаждение маслом.
Преимущества:

• Более простая конструкция
• Меньшая стоимость изготовления самой турбины

Недостатки:

• Меньшая эффективность охлаждения по сравнению с комплексной системой
• Более требовательна к качеству масла и к его более частой смене
• Более требовательна к контролю за температурным режимом масла

Изначально, большинство серийных двигателей с турбонаддувом оснащались тубинами с масляным охлаждением. При прохождении через шарикоподшипниковую часть масло сильно нагревалось. Тогда, когда температура выходила за пределы нормального рабочего температурного диапазона, масло начинало закипать, коксоваться забивая каналы и ограничивая доступ смазки и охлаждения к подшипникам. Это приводило к быстрому износу, заклиниванию  и дорогостоящему ремонту. Причин у неполадки могло быть несколько — некачественной масло или не рекомендованное для данного типа двигателей, превышение рекомендованы сроков замены масла, неисправности в системе смазки двигателя и пр.

Комплексное охлаждение маслом и антифризом
Преимущества:

• Большая эффективность охлаждения

Недостатки:

• Более сложная конструкция самого турбокомпрессора, как следствие большая стоимость

При охлаждении турбины маслом и антифризом повышается эффективность и такие проблемы, как закипание и коксование масла, практически не встречаются. Но данная систем охлаждения имеет более сложную конструкцию т.к. имеет раздельные масляный контур и контур охлаждающей жидкости. Масло как и прежде служит для смазки подшипников и для охлаждения, а антифриз, который используется из общей системы охлаждения двигателя, не дает перегреться и закипеть маслу. Как следствие увеличивается стоимость самой конструкции.

При работе турбины воздух под действием компрессора сжимается и, как следствие, очень сильно греется, что приводит к нежелательным последствиям т.к. чем выше температура воздуха, тем меньшее количество кислорода в нем содержится — тем меньше эффективность наддува. С этим явлением призван бороться интеркулер — промежуточный охладитель воздуха.

Нагрев воздуха не единственная проблема, с которой пытаются справиться конструкторы при проектировании турбодвигателя. Насущной проблемой является инерционность турбины (лаг турбины, турбояма) — задержка в реакции мотора на открытие дроссельной заслонки. Турбина  выходит на пик своих возможностей при определенных оборотах двигателя, отсюда и появилось мнение, что турбина включается при определенных оборотах. Турбина в большинстве случаев, работает всегда, а значение оборотов при которых ее эффективность максимальная у каждого двигателя и у каждой турбины разные. В погоне за решением этой проблемы появились системы их двух турбин (твин-турбо, twin-turbo, би-турбо, biturbo), твин-скрол (twin-scroll) турбины, турбины с изменяемой геометрией сопла и изменяемым углом наклона крыльчатки (VGT),  изменяются материалы частей чтобы повысить прочность и увеличить вес (керамические лопатки крыльчатки) и пр.

Twin-turbo (твин-турбо) — система при которой используются две одинаковые турбины. Задача данной системы повысить объем или давление поступающего воздуха. Используется когда необходима максимальная мощность на высоких оборотах, например в драг-рейсинге. Такая система реализована на легендарном японском автомобиле Nissan Skyline Gt-R с двигателем rb26-dett.

Такая же система, но с маленькими одинаковыми турбинами позволяет добиться прироста мощности при небольших оборотах и держать наддув постоянным до красной зоны.

Biturbo (би-турбо) — систем а с двумя разными турбинами, которые соединены последовательно. Система устроена таким образом, что при низких оборотах работает маленькая турбина, обеспечивая хороший отклик на малых оборотах, при определенных условиях «включается» большая турбина и обеспечивает наддув при высоких оборотах. Это позволяет автомобилю уменьшить лаг двигателя и получить хороший прирост производительности во всем диапазоне работы двигателя.

Такая систем турбонаддува используется в автомобилях BMW biturbo.

Турбина с изменяемой геометрией (VGT) — система при которой лопатки крыльчатки в горячей части могут изменять угол наклона к потоку выхлопных газов.

При малых оборотах двигателя пропускное сечение прохода выхлопных газов становится более узкое и  «выхлоп» проходит с большей скоростью и большей отдачей энергии. Когда обороты двигателя увеличиваются проходное сечение становится шире и и уменьшается сопротивление движению выхлопных газов, но при этом достаточно энергии для создания необходимого давления компрессором. Чаще систему VGT используют на дизельных двигателях т.к. там меньше тепловые нагрузки, меньшая скорость вращения ротора турбины.

Twin-scroll ( двойная улитка) — система состоит из двойного контура движения выхлопных газов энергия которых вращает один ротор с крыльчаткой и компрессором. При этом существует два типа реализации когда выхлопные газы идут по обоим контурам сразу, при этом система работает как

twin-turbo в одном корпусе — выхлопные газы делятся на два потока каждый из которых идут в свой контур горячей части раскручивая ротор турбины. Второй тип реализации работает на подобии системы biturbo — горячая часть имеет два контура с разной геометрией, при низких оборотах выхлопные газы направляются по меньшему контуру, который увеличивает скорость и энергию прохождения за счет небольшого диаметра, при повышении оборотов двигателя выхлопные газы двигаются по контуру диаметр которого больше — тем самым сохраняется рабочее давление в системе впуска и не создается запора на пути выхлопных газов. Это все регулируется клапанами, которые переключают поток из одного контура в другой.

Принцип работы турбокомпрессора автомобиля — ПроТурбо

Принцип работы турбокомпрессора

Турбокомпрессор – важнейшая составляющая часть двигателя современного автомобиля. Благодаря ему достигается существенный прирост мощности при незначительной массе самой детали. Как известно,

принцип работы турбокомпрессора заключается в сильном сжатии подаваемого в двигатель воздуха и, соответственно, создании высокой мощности взрыва в цилиндрах двигателя. Благодаря турбокомпрессору в двигатель поступает на 50% больше объема воздуха, таким образом, сжигается больший объем топлива, что увеличивает мощность двигателя на 30-40% при тех же затратах топлива. Мотор, который имеет турбину, вырабатывает намного больше полезной энергии, чем не оснащенный ею.

Механизм состоит из таких основных элементов:

• корпус турбины, в которой выхлопные газы вращают ротор;
• корпус компрессора, который всасывает воздух, а затем с помощью ротора нагнетает его в систему впуска;
• картридж между турбиной и компрессором, содержащий вал с крыльчатками ротора;
• интеркулер, который охлаждает воздух перед нагнетанием его в цилиндры двигателя.

Принцип действия автомобильной турбины

Турбокомпрессор на двигатель крепится к выпускному коллектору.  Система турбокомпрессора заключается в том, что турбина при помощи вала соединяется с компрессором, который установлен между воздушным фильтром и впускным коллектором.

Принцип действия автомобильной турбины заключается в сжатии воздуха, который поступает в цилиндры двигателя. Так возникает давление турбокомпрессора. Выхлопные газы из цилиндров вращают лопатки ротора и выходят через боковое отверстие в корпусе турбины в глушитель. Благодаря устройству турбины автомобиля ее ротор, находясь в специальном теплоустойчивом корпусе, превращает энергию потока отработавших газов в энергию вращения и перенаправляет её на компрессорный ротор.

С другой стороны вала ротор компрессора всасывает чистый атмосферный воздух из впускного тракта и направляет его под сильным давлением дальше во впускной тракт к цилиндрам мотора. Когда ротор компрессора вращается, воздух втягивается внутрь и сжимается, так как лопасти ротора вращаются с высокой скоростью. Корпус компрессора разработан таким образом, чтобы превращать поток воздуха, обладающий высокой скоростью и низким давлением, в поток воздуха с высоким давлением и низкой скоростью с помощью процесса, называемого диффузией. В этом и заключается принцип действия автомобильной турбины.

Особенности функционирования

Оба эти ротора, турбинный и компрессорный, жестко закреплены на роторном валу, вращающемся на гидростатических подшипниках. Они поддерживают вал на тонком слое масла, которое постоянно подается для снижения трения и охлаждения вала. Для правильной работы подшипники скольжения должны быть покрыты пленкой масла. Зазоры подшипников очень малы, меньше толщины человеческого волоса.

В турбомоторах воздух, который поступает в цилиндры, приходится дополнительно охлаждать – тогда его сжатие можно будет сделать еще сильнее, закачав в цилиндры двигателя больше кислорода. Ведь сжать холодный воздух легче, чем горячий. Воздух, проходящий через турбину, нагревается от сжатия, от деталей турбонаддува. Поэтому перед попаданием в цилиндры двигателя сжатый воздух охлаждается в интеркулере. Интеркулер – это радиатор жидкостного или водяного охлаждения, установленный на пути воздуха от компрессора к цилиндрам двигателя. За счет охлаждения увеличивается плотность воздуха и, соответственно, закачать в цилиндры его можно больше.

Мощность турбины автомобиля такова, что ротор турбокомпрессора вращается со скоростью до 150 тыс. оборотов в минуту, что примерно в 30 раз быстрее, чем скорость вращения автомобильного двигателя. Так как она соединена с выхлопной системой, температура в турбине также очень высокая. Работа турбокомпрессора заключается в том, что воздух поступает в компрессор при температуре окружающей среды, но при сжатии температура растет и на выходе из компрессора достигает 200°С.

На «самообслуживание» системы наддува тратится немного энергии от двигателя – всего лишь около 1,5%. Это происходит потому, что ротор турбины получает энергию от выхлопных газов за счет их охлаждения. Кроме этого, затрачиваемая на сжатие воздуха даровая энергия повышает КПД двигателя. Да и возможность снять с меньшего рабочего объема большую мощность означает меньшие потери на трение, меньший вес двигателя (и машины в целом). Все это делает автомобили с турбонаддувом более экономичными в сравнении с их атмосферными аналогами такой же мощности.

В последнее время популярность турбокомпрессоров резко возросла. Они оказалось перспективнее не только в смысле форсирования моторов, но и с точки зрения повышения экономичности и чистоты выхлопа. Если вы хотите купить турбокомпрессор с доставкой – вы обратились по адресу. На нашем сайте можно сделать заказ, а также узнать характеристики турбокомпрессора и характеристики турбины для модели своего автомобиля.

Что такое турбина и турбонаддув — устройство и принцип работы.

С того момента, как появилась такая профессия, как автомобильный конструктор, возникла проблема увеличения мощности моторов. По всем законам физики, мощность мотора напрямую зависит от количества горючего, что сжигается за один цикл. Чем больше горючего при этом расходуется, тем мощность выше. Но, возникает вопрос – как увеличить количество лошадиных сил под капотом своего автомобиля? Тут есть несколько нюансов.

Для того чтобы происходил процесс горения необходим кислород. Благодаря этому становится ясно, что горит нечистое топливо, а его смесь с кислородом. При этом вся смесь должна быть в определенном балансе. Например, что касается бензиновых моторов, то топливо к воздуху смешивается в пропорции 1 к 15. При этом берется во внимание состав горючего и режим его работы.

Видно, что кислорода требуется в 15 раз больше, чем самого топлива. Из этого следует, что увеличение подачи топлива ведет за собой и обязательное увеличение подачи кислорода. Зачастую двигатели самостоятельно засасывают воздух из-за разницы в давлении между атмосферой и цилиндром. Отсюда появляется и прямая зависимость между объемом цилиндра и воздуха, который попадает в него. Именно таким образом и поступала американская автомобильная промышленность, которая выпускает большие двигатели с огромнейшим расходом топлива. Но, есть ли возможность в одинаковый объем загнать, как можно больше воздуха?

Такой способ есть и его впервые изобрел Готтлиб Вильгельм Даймлер. Один из основателей компании Daimler Chrysler. Немец достаточно сильно разбирался в двигателях и уже в 1885 году понял, каким образом можно загнать туда больше кислорода. Он придумал загонять воздух в мотор при помощи специального нагнетателя, который был в виде компрессора, что получал вращение от моторного вала и благодаря этому сжатый воздух успешно загонялся в цилиндры.

Все изменилось, когда швейцарский инженер-изобретатель — Альфред Бюхи сделал сенсационное открытие. Он был главным при создании дизельного двигателя в Sulzer Brothers и он никак не мог свыкнуться с той мыслью, что двигатели были очень тяжелыми и габаритными, а мощности выдавали недостаточно. При этом он не хотел заимствовать энергию двигателя. Благодаря этому в 1905 году Альфред Бюхи получил патент на первое на планете устройство, которое было создано для нагнетания, что применяло энергию для двигателя, выдаваемую выхлопными газами. Другими словами, он создал — турбонаддув.

Данная идея была очень проста и гениальна. Выхлопные газы задают вращение колесу с лопатками точно также, как ветер вращает лопасти мельницы. Отличие только в том, что данное колесо меньшего размера, а лопастей больше. Это колесо имеет название – ротор турбины, который находится на одном и том же валу, где располагается и колесо компрессора. Поэтому турбонагнетатель можно поделить на две части, первая из которой — это ротор, а вторая – компрессор. Ротор вращается благодаря выхлопным газам, а, в свою очередь, компрессор работает, как вентилятор и благодаря этому дополнительный воздух поступает в мотор. Полностью вся конструкция имеет название турбонагнетатель или турбокомпрессор.

При этом, кислород, что попадает в мотор, необходимо дополнительно охладить, это необходимо делать для того, чтобы увеличить давление, при этом загнав в цилиндр больше воздуха. Из-за того, что сжать холодный воздух по сравнению с теплым — намного легче.

Кислород, который проходит через турбину, сам по себе нагревается из-за сжатия, а также из-за некоторых нагретых частей турбонаддува. Подаваемый в мотор воздух, охлаждается с применением промежуточного охладителя. Воздух, проходя через радиатор, отдает свое тепло в атмосферу. При этом холодный воздух плотнее загоняется в цилиндр в большем количестве.

Чем больше газа проникает в турбину, тем она чаще вращается, и соответственно больше воздуха проникает в сам цилиндр и увеличивается мощность. Стоит сказать, что эффективность именно такого метода, по сравнению с приводным турбонаддувом, в том что для того, чтобы обслужить себя, нагнетатель тратит от энергии двигателя, около 1.5%. Это обусловлено тем фактом, что энергия к турбинному ротору поступает не благодаря замедлению выхлопного газа, а за счет его охлаждения. При этом потраченная энергия повышает коэффициент полезного действия двигателя. Благодаря этому автомобиль с нагнетателем становится максимально экономичным, по сравнению с остальными похожими двигателями примерно одинаковой мощности.

Вращение ротора в турбине может быть до 200 тысяч оборотов в минуту, следующий факт относится к раскаленным газам, которые доходят до 1000 градусов по Цельсию. Из всего этого следует тот факт, что нагнетатель, который может сдержать подобные нагрузки долгое время создать достаточно сложно и дорого.

Из-за этого нагнетатель был популярен исключительно во времена Второй Мировой Войны и только в самолетах. В 50-х годах компания из Америки (Caterpillar) смогла встроить нагнетатель к тракторному двигателю, а специалисты из компании Cummins смогли создать первые турбодизельные двигатели для грузовых машин. На легковых машинах, которые получили серийное производство, такие двигатели стали появляться гораздо позже. Это произошло в 1962 году, практически сразу появилось две модели Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire.

Стоит добавить, что проблематичность и высокая стоимость конструкции, не являются главными недостатками. Сама по себе эффективность работы турбонаддува, напрямую зависит от максимального числа оборотов двигателя. Из-за того, что на малых оборотах, выхлопных газов производится недостаточное количество, соответственно ротор не раскручивается на максимально возможную мощность и, как следствие, дополнительный кислород практически не задувается в цилиндры. Поэтому зачастую происходит так, что до 3 000 оборотов мотор не тянет, но уже после 4-5 тысяч оборотов, он резко «стреляет», эта проблема называется – турбоямой. При этом размер турбины напрямую зависит на ее разгон. Чем она больше, тем разгон дольше. Именно из-за этого, те двигатели, что имеют большую мощность и соответственно турбину высокого давления зачастую испытывают проблемы связанные с турбоямой. А те турбины, которые создают низкое давление, практически не имеют никаких проблем с провалом тяги, но при этом и мощность они могут поднять достаточно маленькую по отношению с первыми.

Практически полностью избавиться от такой проблемы, как турбояма может помочь схема с последовательным надувом, когда на достаточно малых оборотах мотора, работает маленький малоинерционный турбокомпрессор. Маленький – увеличивает тягу на низких оборотах, в то время, как большой включается во время, когда обороты начинают расти, вместе с давлением на выпуске. Еще сто лет назад систему последовательного наддува применяли в суперкаре Porsche 959. На данный момент же, такие системы применяются во многих марках, начиная от Land Rover и BMW, а в бензиновых моторах фирмы Volkswagen эту роль играет приводной нагнетатель.

На заводских двигателях зачастую применяют одиночный турбокомпрессор twin-scroll, в народе его называют «парой улиток». Каждая из таких улиток заполняется выхлопами, от разных цилиндров. Но, даже, несмотря на это, обе улитки подают выхлопные газы в одну турбину, в итоге максимально качественно раскручивая ее, как на больших, так и на малых оборотах.

Но зачастую все-таки можно встретить исключительно пару одинаковых турбокомпрессоров, которые параллельно друг от друга обслуживают отдельные цилиндры. Это является стандартной схемой, для стандартных V-образных турбодвигателей, где каждый блок имеет свой турбонаддув. Даже, несмотря на то, что мотор V8 компании M GmbH, который впервые был установлен на Bmw X6 M и X5 M оборудован перекрестным выпускным коллектором, позволял турбокомпрессору паре улиток получать газы выхлопа из цилиндров, которые находились в разных блоках.

Для того чтобы турбокомпрессор работал на максимуме своих возможностей, при всех диапазонах оборотов, можно поменять геометрию рабочей части. Исходя из оборотов, что производит улитка, там работают специальные лопатки и изменяется в некоторых дозволенных пределах форма сопла. Благодаря этому, мы имеем «супертурбину», которая отлично может работать во всех диапазонах оборотов. Такие схемы были продуманы и оговорены достаточно давно, но реализовать их на деле, появилась возможность лишь недавно. Стоит, при этом отметить, что изначально турбины, на которой поменяна геометрия, появилась исключительно на дизельном моторе, благодаря тому, что температура выхлопных газов, намного меньше. Что касается бензиновых двигателей, то первым был Porsche 911 Turbo.

Саму конструкцию турбодвигателя привели в максимальную комплектацию, относительно недавно и их актуальность сильно возросла. При этом сами турбокомпрессоры оказались актуальными не только, как для форсирования двигателя, но и для увеличения экономичности и экологичности выхлопа.

Устройство паровой турбины — Уралэнергомаш

Паровая турбина – это тип двигателя, использующего для вращения вала пар или разогретый воздух и который не нуждается во внедрении в конструкцию таких деталей как коленчатый вал, шатун, поршни

С общим устройством выше описанной конструкции многие знакомы еще со школьной скамьи. В научной литературе устройство паровой турбины описывается следующим образом.

Общее строение двигателя

Основная часть двигателя – вал, на который устанавливаются диски и рабочие лопатки, а рядом располагаются такие элементы как трубы-сопла. Последние осуществляют постоянное поступление горячего пара из котла. На момент поступления пара в сопло создается механическое давление на рабочие лопатки, и, следовательно, на всю конструкцию диска. Это давление создает вращающий момент, что заставляет двигаться диски и расположенные на нем лопасти.

Сегодня в паровых турбинах более распространено использование большого количества дисков, нанизываемых на один вращающийся вал. В таком случае работа двигателя осуществляется несколько иначе. Горячий пар, двигающийся через лопатки дисков теряет часть энергии, отдавая ее элементам конструкции. Такое устройство повышает эффективность использования энергии, но и, в свою очередь, требует оборудования котла дополнительного повторного подогрева пара. Наибольшую популярность паровые турбины имеют на тепловых и атомных ЭС, где их работа определяет получение переменного электрического тока. Здесь частота обращения вала может быть близкой 3000 оборотов в минуту. Такое значение позволяет выгодно получать электрическую энергию, вырабатываемую генераторами.

Необходимо отметить, что в настоящий момент паровые турбины также применяются на морсикх и речных судах. Эксплуатация же турбин на летательных аппаратах и в наземном транспорте недоступна из-за высокого потребления воды для нормальной работы генераторов.

Внутреннее и внешнее устройство сопла, его функции

Сопло – одна из наиболее важных частей паровой турбины, именно через него происходит постоянная подача пара.

На момент, когда у конструкторов еще не было достаточно полной информации о процессе расширения пара, сконструировать устройство с высоким коэффициентом полезного действия было невозможно. В первую очередь, это определялось строением сопл, которые на протяжении всей своей длины имели равный диаметр. При этом, проходящий через них пар двигался попадал в область меньшего давления. В таких условиях давление потока закономерно снижалось, преобразуясь в скорость движения. Для нормального насыщения сухого пара, уровень его давления на конце сопла должен быть более 0,58 от его начального уровня. Данное значение получило название критического давления. На его основе вычисляют и максимальную скорость потока, критической скоростью, которое для перегретого пара устанавливается в значении 0. 546 от исходного давления пара.

Но данных условий для рациональной работы двигателя также было недостаточно. Здесь при преодолении трубы сопла пар приходил во вращение из-за расширения потока. Решением данной задачи стало преобразование формы сопла двигателя. Теперь сопло имело более узкий диаметр, который увеличивался при приближении к дискам турбины. Дополнительной особенностью такой формы было то, что на выходе потока удавалось приблизить его давление к значениям давления во внешней среде у конца сопла. Это разрешило проблему вращения пара, что негативно сказывалось на скорости потока, и позволило достичь сверхкритических значений уровня давления.

Строение паровой турбины и принцип действия

Необходимо отметить, что в паровой турбины реализуются два принца действия, определяемых ее конструкцией.

Первый принцип – принцип активных турбин. Подразумеваются те конструкции, где увеличение объема горячего потока происходит в неподвижных труба и до места его перехода на движущийся диск.

Второй принцип – реактивный. К подобным двигателям относят все те, увеличение объема горячего потока в которых осуществляется и до моментов поступлений на вращающийся диск, и в промежуток времени между ними. Также устройства с подобной конструкцией обозначают как работающие на реакции. При условии потери тепла в трубах около половины от всех потерь паровую турбину тоже называют реактивной.

Когда исследуется конструкция двигателя и его основных частей, необходимо отметить и другие процессы. Так поток жидкости, направленной на вращающийся диск, будет производить на него давление. Уровень давления здесь будет находится в прямой зависимости от условий: объема поступающей жидкости, скорость струи при вступлении и выходе к рабочим лопаткам, профилю лопаток и угла падения жидкости на поверхность лопастей. Совершенно не обязательно, чтобы вода била о лопасти, скорее наоборот, такого эффекта чаще избегают и стремятся к плавному касанию струей лопатки.

Функционирование паровой турбины

Что представляет собой конструкция турбины, функционирующей на подобном принципе. Основное внимание привлекает закон, что тело имеет большую кинетическую энергию, если движется с высокой скоростью. Но необходимо понимать – энергия теряется при появлении потерь в скорости. Тогда есть следующие возможные варианты развития событий при соударении горячего потока с лопастью рабочей лопатки, находящейся перпендикулярно его направлению.

Возможен первый вариант: струя сталкивается со статичной поверхностью. Тогда энергия движения частично преобразуется в тепловую, а остаток энергии будет затрачена на движение частиц потока в противоположную от лопасти сторону, назад. Очевидно, что выполненная при этом полезная работа будет минимальна.

Другой вариант: лопасти турбины будут находиться в движении. Тогда определенная часть внутренней энергии затратится на передвижение диска с лопатками, а остаток также исчезнет без совершения какой-либо полезной работы.

В конструкции паровой турбины и процессе ее функционирования – активном –реализуется последний вариант. Конечно, следует учитывать цель – минимизировать нерациональные затраты энергии. Кроме того, необходимо обезопасить лопатки от повреждения при их столкновении с потоком пара. Добиться безопасного протекания процесса можно с помощью установки лопатки с наиболее выгодной для этого формой лопастей.

Посредством проведения обследований и соответствующих вычислений было выявлено, что наиболее приспособленной к столкновению с потоком будет такая форма лопатки, которая сумеет произвести плавный оборот, после чего направление движения струи будет смещено в противоположную сторону. То есть для лопастей следует подобрать форму полукруга. Тогда, при ударе о поверхность лопатки. Пар будет передавать максимум своей внутренней энергии на дис турбины осуществляя таким образом его вращение. Выявляемые в таком случае потери тепла будут приближаться к незначительным.

Принцип работы активной паровой турбины

Строение и общий принцир функционирования двигателя в работе следующий.

Горячий поток с установленными давлением и скоростью направляется в сопло, гда его объем увеличивается до второго значения давления. Соответственно с данным значением увеличивается и скорость движения потока. Приобретая с продвижением по соплу все большую скорость поток достигает рабочих лопаток. Оказывая давление на лопатки, пар осущаествляет дввижение диска и также соединенного с ним вала турбины.

После прохождения через лопатки, поток за счет соударения с препятствиями снижает значени скорости – значительная часть внутренней кинетической энергии преобразуется в мехаическую. Здесь также снижается уровень давления. Однако на входе и выходе с лопаток эти значения пара равны, что обуславливается равными сечениями каналов по всей длине между лопастями рабочих лопаток. Также сохранение исходного состояния пара обуславливается тем, что внутри самих деталей также не происходит дополнительного увеличения исходного объема пара. Для удаления отработанного пара в конструкции турбины существуют специальный патрубок.

Техническое устройство паровой турбины

Конструкция турбины содержит три цилиндра, представляющие собой статоры в неподвижной оболочке, и мощный вращающийся ротор. Несколько разделенных роторов скрепляются муфтами. Цепочка, составленная из роторов цилиндров, генератора электрического тока и возбудителя объединяется в валопровод. Размеры данной структуры конструкции при наибольших размерах ее частей составляет около 80 метров в длину.

При функционировании турбина и ее работа представляют собой следующее. Валопроводом осуществляется вращение в опорных подшибниках скольжения вкладышей. Обороты выполняются на плотном смазочном слое, металлических поверхностей вкладышей в ходе работы вал непосредственно не касается. Сегодня, как правило, роторы устройства устанавливаются на двух опорных подшибниках.

Иногда посреди роторов, относящимися к ЦВД и ЦСД, работает только один опорный подшибник. Поток, увеличивающий свой объем в турбине, принуждает роторы осуществлять вращение. Вырабатываемая роторами энергия соединяется в полумуфте и здесь получает свое наибольшее значение.

Также все элементы испытывают воздействие осевого напряжения. Усилия складываются а их наибольший показатель – осевое напряжение в совокупности – отдается на роторные сегменты.

Техническое строение ротора турбины

Отдельные роторы располагаются в цилиндры. Значения давления в них в современных двигателях нередко доходит до 500 Мпа, поэтому корпуса изготавливаются с двумя стенками, что позволяет снизить различия давления. Также это дает возможность сделать процесс стягивания фланцевых соединений значительно проще и быстрее. С данной мерой предосторожности возможно резкое изменение значения вырабатываемой двигателями мощности.

Необходимым является присутствие горизонтального отверстия, позволяющего осуществить быстрый монтаж деталей внутри корпуса конструкции, а также создает доступ к уже встроенному ротору при выполнении проверки и починки устройства. При монтировании самой турбины все разъемы и отверстия корпуса располагаются соответствующе. В целях упрощения процедуры монтажа паровой турбины согласуется, что все горизонтальные плоскости соединяются в единую.

При дальнейшей установке валоповоротного устройства он располагается в подготовленный горизонтальный разъем, гарантирующий центовку частей. Это требуется в первую очередь для предотвращения возникновения столкновений между статором и ротором в процессе работы двигателя. Данная проблема может создать серьезную аварию паровой турбины. Так как поток пара внутри паровой турбины обладает высокими температурами, а обращение ротора выполняется по смазочному слою, то температура масла не должна превышать 100 ᵒ Цельсия. Такие рамки оптимальны как в соответствии с нормами противопожарной безопасности, так и в целях сохранения смазочных свойств жидкости. В целях достижения данных значений, вкладыши подшибников располагаются вне стенок цилиндра в подготовленных опорах.

Эксплуатация турбин на атомных станциях

Конструкция турбины на атомной электростанции исследуется на примере устройств насыщенного пара, присутствующие только на объектах, эксплуатирующих в качестве источника энергии водяной пар. Первичные показатели конструкций на АЭС обладают невысокими показателями. Поэтому для получения необходимого эффекта через них пропускается большее количество жидкости. В связи с этим повышается влажность, осаждающаяся на элементах конструкций турбин. Решением здесь становятся влагоулавливатели внутри и вне корпусов двигателей.

Повышение уровня влажности также понижает конечный КПД паровой турбины и вызывает появление эрозионного разрушения сопл. Во избежание возможных повреждений детали конструкции хромируются, закаливаются, подвергаются электроискровой обработке. Так в условиях АЗС основной задачей конструкторов является защита конструкций от разрушений высокой влажностью.

Самым рациональным методом удаления лишней жидкости из турбин является метод отбора пара, выполняемый на регенеративные нагреватели. При этом если данные отборы размещаются на турбине поступенчато, тогда они осуществляют полноценное удаление лишней влаги и потребность в установке влагоулавливателей внутри турбин пропадает. Возможные значения влажности напрямую зависят от диаметра лопастей рабочих лопаток и на частоте обращения дисков.

Строение паровых и газовых турбин

Основное преимущество паровой турбины, как и паровых турбин AEG? – отсутствие необходимости соединения с турбинным валом генератора электрического тока. Оно устойчиво к перегрузкам и может управляться с помощью устройства регуляции частоты обращения вала. КПД у них также сравнительно высок, что с принятием во внимание всех других качеств выводит их на первое место по эффективности эксплуатации.

Схожими характеристиками обладают и газовые турбины, который по конструкции почти не отличаются о паровых. Они также являются устройствами лопаточного типа, и движение ротора здесь также осуществляется посредством превращения кинетической энергии потока.

Основное различие – в виде используемого рабочего вещества. Как в паровой таковым является вола, или пар, так в газовой используется газ, выделяемый горючими материалами или представляющий собой состав пара и воздуха. Дополнительной различие в оборудовании, необходимом для выделения данных рабочих веществ. Поэтому в целом конструкции почти одинаковы, но их дополнительное оборудование к ним различно.

Паровая турбина со встроенным конденсатом

Конденсаторы и паровые турбины были исследованы в монографии С.М.Лосева, изданной в 1964 году. Книга вмещала теоретическое описание устройства и функционирования турбин и их конденсаторных установок.

Турбинная установка, расположенная в нагревателе, вмещает несколько сред – водяную, газовую и конденсаторную, которые вместе составляют завершенный цикл. При таком условии в среде в процессе превращений тратится минимальное количество пара и воды. Для их восполнения в установку наливают природную воду, предварительно пропущенную через водоочиститель. Здесь вода выдерживает воздействие химикатов, очищающих ее от лишних примесей.

Принцип действия конденсаторной установки:

• Поток газа, прошедший через лопатки турбины и имеющий сравнительно более низкое давление и количество тепла, выводится в конденсатор.
• При этом на пути прохождении пара расположены трубки, с помощью которых насосами вытягивается остывающая жидкость. Зачастую она используется из природных водоемов.
• При касании холодных стенок трубок пар преобразуется в конденсат, что связано с его более высокой температурой.
• Образовавшийся конденсат собирается в конденсаторную установку, где попадает в трубки насоса и заливается в деаэратор.
• Оттуда жидкость опять передается в нагреватель, преобразуется в газ и запускается в новый цикл.

Помимо этих главных элементов и простого алгоритма функционирования, существует перечень других устройств – турбонаддув и подогреватель.

Принцип работы газовых турбин

Принцип работы газовых турбин

Команда редакторов Promdevelop

Газовой турбиной принято называть непрерывно действующий двигатель.

Содержание статьи

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 существенного 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.

 

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 работает турбина двигателя, принцип работы турбины двигателя

 

Турбонаддув как средство повышения мощности любого двигателя, будь то бензиновый или дизельный агрегат, по праву считается самым высокоэффективным. Также данная система позволяет снижать токсичность отработанных газов за счет более полного сгорания топлива и снижения его потребления. Востребованность наддува в современном автомобилестроении объясняется еще и тем, что он осуществляется за счет энергии отработавших газов. То есть КПД данного узла не вызывает сомнений. Особенно, если речь идет о дизельных моторах, характеризуемых высоким показателем компрессии при достаточно небольшой частоте коленвала.

Дополнительным сдерживающим фактором для включения этого устройства в схему бензиновых силовых агрегатов является следующий факт: как работает турбина двигателя, не имеет особого значения, но этот процесс сопровождается высоким риском детонации и обязательным повышением температуры отработавших газов. 

 

Устройство и принцип работы турбины

Принципиальная схема системы турбонаддува в ходе ее разработки претерпевала много изменений. На данный момент ее можно считать максимально модернизированной и упрощенной, что обеспечивает стабильность работы при низкой вероятности появления неисправностей. 

 Турбонагнетатель, являющийся главным компонентом системы повышения мощности, представляет собой крыльчатку с лопастями, которая вращается со скоростью, сравнимой только с данным показателем у стоматологического бура – не менее 100 000 об./мин. Это позволяет выполнять функцию компрессора, закачивающего в специальную камеру большие объемы воздуха. В ходе этой процедуры воздух сжимается, и поэтому автоматически нагревается – это и есть главный недостаток того, как работает турбина.

 Интеркулер. В стремлении решить данный вопрос автоконструкторы продумывали массу способов для охлаждения воздуха в процессе его перехода в силовой агрегат. В результате был придуман так называемый интеркулер, название которого говорит за себя – он должен выполнять функцию промежуточного понижения температуры вещества, проходящего через него. Для того, чтобы обеспечивать данный процесс, в устройстве находится хладагент, что позволяет задействовать эффект теплообменника. Впрочем, в отдельных моделях охлаждающая жидкость отсутствует, и дело ограничивается лишь воздухообменом. Несмотря на достаточно сложную конструкцию, интеркулер способен не только на порядок снижать вероятность детонации двигателя, но и повышать мощностной показатель агрегата до 20%. 

Принцип работы турбины в «дизелях» и бензиновых моторах абсолютно идентичен, разница заключается лишь в степени наддува. Для увеличения мощности дизельных агрегатов требуется больше давления, по этой причине они оборудуются более габаритными нагнетателями. Соответственно, у атмосферников они имеют меньшие размеры – если нарушить это правило, в камерах сгорания может начаться детонация топлива. 

 Регулятор давления. Он также является одним из главных компонентов системы и, по большому счету, работает как перепускной клапан, регулирующий энергию отработавших газов. Ведь работа турбины без такого ограничителя приводит к тому, что в какой-то момент давление воздуха становится избыточным, что и приводит к детонации. Поэтому регулирующий механизм обеспечит оптимальное давление воздуха, отводя часть отработанных газов от крыльчатки турбокомпрессора. Данный клапан может иметь как пневмо- так и электрический привод, но в любом случае его активация происходит от электронного датчика давления.

Кроме того, в некоторых моделях нагнетателей присутствует и предохранительный клапан, который защищает узел от скачков давления. А такие колебания в сторону увеличения очень часто происходят во время резкого закрытия дроссельной заслонки, когда потребность в воздухе для полноценного сгорания топлива мгновенно уменьшается. Чтобы стравить избыток давления, предохранительный клапан выпускает воздух в атмосферу за счет спецклапана либо перепускает его на вход компрессора. 

 

Условия нормальной работы турбонаддува

Как и любой узел двигателя, турбокомпрессор требует соблюдения определенных правил эксплуатации. В противном случае увеличение мощности становится незначительным, а потребление горючего резко возрастает. Приведем несколько основных нюансов, которые обязательно стоит учитывать владельцам турбированных автомобилей. 

 1. Когда коленвал мотора вращается, а масляная помпа нагнетает масло, принцип работы турбины двигателя полностью соблюдается. Однако в момент остановки агрегата обездвиживается и жидкостный насос, что приводит к моментальному падению давления масла в системе до нулевой отметки. В то же время вал с крыльчаткой нагнетателя, имеющий весьма приличный вес, по инерции продолжает вращаться на высоких оборотах. При этом так называемый масляный «клин» уже отсутствует, смазывающий материал приобретает полужидкую или пограничную консистенцию. Это вызывает в подшипниках перегрев, в результате которого они часто заедают. Кроме того, если моторное масло давно не менялось, оно тоже вызывает интенсивный износ элементов системы. И особенно тех же самых подшипников качения, испытывающих большие нагрузки. 

 2. Выводы из описанной ситуации закономерны: чтобы в то время, как работает турбина и после остановки двигателя не возникало проблем, нужно вовремя менять моторное масло. А заодно и фильтр. Помимо этого, заливать в агрегат следует только ту смазку, которая специально предназначена для турбодвигателей. Выбрать ее из широкого спектра предлагаемых сегодня хороших масел – дело пары минут. 

 3. В дороге может случиться что угодно, в том числе и «погнать» масло. В таких случаях вполне допустимо долить любую смазку, лишь бы доехать до места ремонта. Однако при этом гнать ни в коем случае нельзя: если «сердце» автомобиля и перетерпит неизвестную марку масла, то система турбонагнетания вряд ли. Разумеется, по приезду домой следует сразу же слить весь смазывающий материал и залить рекомендованный производителем. Причем весьма желательно произвести замену и масляного фильтра, так как его активные элементы тоже способны пострадать от непривычной смеси. 

 4. Данное условие нормальной работы турбонагнетателя можно с уверенностью назвать самым главным. Как известно, для двигателя есть два очень ответственных момента – запуск и остановка. А в момент старта в агрегате масло имеет высокую степень вязкости, из-за чего с трудом прокачивается по тепловым зазорам. И даже если мотор частично прогрелся, тепловое расширение у компонентов турбокомпрессии будет разным. По этой причине перед началом поездки следует хорошенько прогреть двигатель – тем самым водитель обеспечивает и эффективную работу турбины. 

Во-вторых, во время остановки не рекомендуется сразу же глушить мотор. Он должен на холостом ходу поработать хотя бы пару минут, причем зимой этот временной интервал должен составлять минимум 5 мин. Это нужно для того, чтобы крыльчатка, насаженная на вал с подшипниками, снизила свое вращение до минимального показателя. Кроме того, требуется время, чтобы сильно нагретые во время интенсивной работы вал и крыльчатка постепенно остыли. Этому процессу будет способствовать и масло, по-прежнему нагнетаемое с большой интенсивностью: оно охладит вал и подшипники, при этом само не успеет нагреться. 

Если не соблюдать данное правило, то при внезапной остановке двигателя поступление масла в систему прекратится, а очень нагретая крыльчатка нагнетателя отдаст почти все свое тепло валу. В итоге масло, обволакивающее компоненты компрессора, разогреется до температуры, близкой к температуре возгорания. При этом начинает интенсивно образовываться нагар в месте «посадки» уплотнительного кольца. Несколько меньше этот процесс касается корпуса турбины и подшипников качения. И спасти систему от поломки сможет только масло, предназначенное для турбированных двигателей – оно рассчитано на большую рабочую температуру, чем стандартная синтетика и полусинтетика. Однако даже такая смазка имеет предел своих возможностей. 

 

Диагностика нагнетателя воздуха

Как определить без специальных приборов, что турбокомпрессор сломался? Во-первых, об этом свидетельствует падение мощности мотора. При этом из глушителя валит плотный белый дым, а расход смазывающего материала нередко вырастает до нескольких литров на 100 км. Это означает, что нагнетатель нужно немедленно сдавать в ремонт либо покупать новый – иногда замена изношенных подшипников и уплотнительного кольца не дает положительного результата. 

Во-вторых, часто возникают ситуации, когда белая дымовая «завеса» как таковая отсутствует. Вот только двигатель никак не может выйти на положенную ему мощность, и никакого сигнализатора на панели приборов не загорается. Выход у владельцев турбированных автомобилей только один – срочный заезд в автосервис. Владельцам турбодизелей проще: о проблеме с нагнетателем воздуха красноречиво свидетельствует черный дым на холостых оборотах. Причем далеко не факт, что турбосистема безнадежно отказала – она может быть просто изношенной и вполне ремонтопригодной. 

принцип работы, устройство, чистка (видео). Как проверить клапан управления, отрегулировать

Рассматривая принцип работы турбонаддува, мы затронули проблемы, ограничивающие эффективность газовых турбокомпрессоров. Турбина с изменяемой геометрией позволяет расширить зону действия турбонаддува и сделать двигатель более приемистым. Поговорим не только об устройстве системы, но и о симптомах неисправности клапана управления, чистке и регулировке VNT-турбонагнетателей.

Устройство VNT-турбины

На рисунке изображена турбина с изменяемой геометрией, устанавливаемая на автомобили Volkswagen, Skoda. Общее устройство турбокомпрессора и принцип нагнетания дополнительного воздуха не отличается от обычных турбокомпрессоров. Основная особенность в поворотных лопатках, механизме управления и вакуумном приводе.

Принцип работы

Поворотные лопатки вращаются на осях, установленных в опорном кольце. К оси каждой лопатки прикреплены тяги управления, которые при монтаже входят в зацепление с регулировочным кольцом. Направляющий рычаг соединяет регулировочное кольцо с рычагом тяги управления и осью вакуумного привода поворотных лопаток.

При изменении положения оси вакуумного привода регулировочное кольцо проворачивается на определенный угол. За счет этого происходит поворот оси лопаток в опорном кольце. Они синхронно меняют свое положение, изменяя тем самым сечение для потока выхлопных газов.

Принцип работы турбины с изменяемой геометрией основывается на регулировании потока отработавших газов, направляемых на колесо турбины. Регулировка позволяет подстраивать проходное сечение для потока отработавших газов под режим работы двигателя.

Как изменяется давление наддува?

Когда мы рассматривали принцип работы системы изменяемой геометрии впускного коллектора, то говорили о зависимости скорости потока газов от проходного сечения канала. При одинаковом давлении скорость потока газа будет выше в канале с суженым сечением.

Для быстрого выхода турбины в зону эффективной работы на низких оборотах двигателя необходимо высокое давление наддува. В таком режиме работы лопатки уменьшают сечение канала, по которому отработанные газы движутся к крыльчатке турбины. В итоге повышается давление наддува.

В зоне высоких оборотов двигателя увеличивается объем выхлопных газов. Небольшое сечение канал приведет к чрезмерному подпору выхлопных газов, что приведет к плохому наполнению цилиндров свежим зарядом ТПВС. Поэтому с повышением оборотов двигателя лопатки меняют свое положение, увеличивая сечение для прохождения выхлопных газов.

Принцип работы изменяемой геометрии позволяет отказаться от перепускного клапана (wastegate). Через крыльчатку «горячей» части проходит весь поток выхлопных газов. Предотвращение избыточного наддува осуществляется изменением положения поворотных лопаток.

Система в разрезе

1. Лопатки расположены перпендикулярно радиальным линиям, что равняется узкому сечению для потока выхлопных газов. Обеспечивается быстрое нарастание наддува и прибавка крутящего момента в зоне низких оборотов двигателя.
2. Ступенчатое расположение лопаток – большое сечение для потока выхлопных газов. Этот же режим используется в качестве аварийного, когда система самодиагностики регистрирует некорректную работу системы, отсутствует питание на электромагнитном клапане.

Управление геометрией

Изменение геометрии турбины осуществляется блоком управления двигателем. Принцип работы рассмотренной выше системы предполагает наличие электромагнитного клапана управления наддувом. Управляется клапан ШИМ-сигналом. Изменяя скважность сигнала, ЭБУ двигателя устанавливает необходимое разряжение в вакуумной среде привода поворотных лопаток. При таком управлении ЭБУ может плавно и точно управлять регулировочным кольцом, что обеспечивает эффективное сгорание ТПВС на всех режимах работы двигателя.

Когда электромагнитный клапан обесточен, в вакуумной среде атмосферное давление, лопатки установлены в ступенчатом положении. Для плавной регулировки давления наддува ЭБУ постоянно опрашивает датчиковую аппаратуру двигателя.

Принципиальное отличие

Автомобильные газовые турбины всех типов имеют 3 режима работы:

• выход в рабочую зону. Раскручивающийся вал турбины создает сопротивление потоку выхлопных газов, что снижает наполняемость цилиндров и, как следствие, КПД двигателя. Именно с режимом раскручивания турбинного колеса водители связывают явление «турбоямы»;
• зона эффективной работы. При достижении рабочей зоны скорость вращения компрессорного колеса позволяет нагнетать в цилиндры большее количество воздуха, что ощущается прибавкой в крутящем моменте;
• зона оверспина (от англ. over—spinning – избыточное вращение). Устройство турбокомпрессора предполагает зоны эффективности. Конструкция двигателя также рассчитывается на определенную величину наддува. Если скорость потока выхлопных газов превысит зону оптимальной эффективности и расчетную величину наддува, дальнейшее использование турбонаддува только снизит КПД двигателя. Также превышение расчетной скорости вращения крыльчатки ведет к срыву потока воздуха. Поэтому устройство большинства турбин предполагает наличие клапана Последний на определенных оборотах двигателя пускает поток выхлопных газов в обход турбинного колеса.

Устройство турбины с фиксированной геометрией – это всегда компромисс между скоростью выхода в зону эффективности, величиной наддува и границей пиковой мощности. На эти параметры влияет диаметр каналов для движения газов, соотношение площади индюсера и эксдюсера, Area/Radius хаузинга, конструкция клапана wastegate, blow-off. Но из-за того, что характеристики турбины закладываются еще на стадии проектирования, ее рабочая зона довольно узкая.

Преимущества

• Активное изменение сечения канала «горячей» части турбины позволяет расширить зону ее эффективной работы. Авто с изменяемой геометрией турбонаддува могут выдавать большую мощность уже с самих низких оборотов.

• Уменьшенный подпор выходу выхлопных газов на высоких оборотах. Из-за отсутствующего клапана wastegate в «горячей» части уменьшается количество разнонаправленных потоков газов, что улучшает прохождение газов через турбину.
• Улучшение эластичности двигателя.
• Снижение расхода топлива и количества вредных выбросов в атмосферу.

Возможные неисправности

Усложнение конструкции турбины неминуемо приводит к увеличению риска поломки. Но в случае с работой изменяемой геометрии ситуация не так плоха, как может показаться. У механизма лишь несколько основных проблем:

• движение лопаток с подклиниванием. Происходит из-за критического износа трущихся пар и при нагарообразовании. Углеродистые и масляные отложения препятствуют плавному перемещению регулировочного кольца;
• заклинивание лопаток в одном из положений. Из-за критического нагарообразования силы вакуума недостаточно для перемещения регулировочного кольца;
• неисправность вакуумного привода поворотных лопаток, клапана управления давлением турбонаддува.

Среди основных симптомов поломки – подергивания при разгоне, потеря мощности двигателя, увеличение расхода топлива и появление на панели приборов индикации Check Engine.

Паровая турбина

| Принцип работы, типы и применение

Турбины используются во всем мире для производства электроэнергии. Использование турбин увеличивается день ото дня. Есть несколько типов турбин, которые используются в соответствии с требованиями приложения. Паровая турбина — это наиболее распространенный тип турбин, который также используется во всем мире для производства дешевой электроэнергии. По рабочему телу турбины бывают четырех основных типов:

1. Водяная турбина
2. Газовая турбина
3. Ветряк
4. Паровая турбина

В предыдущих статьях мы обсуждали газовую турбину, водяную турбину и ветряную турбину.Поэтому в этой статье я буду объяснять различные аспекты паровой турбины только с помощью диаграмм.

Что такое паровая турбина?

Паровая турбина — это механическое устройство, которое преобразует тепловую мощность пара в механическую работу в форме энергии вращения . Эта турбина известна как паровая турбина, потому что в ней в качестве рабочего тела используется пар. В 1884 первая паровая турбина была обнаружена сэром Чарльзом А . Парсонс .

В этой турбине механическая работа создается с помощью вала турбины. Этот вал соединен с парогенератором, который преобразует механическую мощность вала в электрическую.

Пар имеет преимущество перед водой: количество пара увеличивается очень быстро. Скорость паровой турбины прямо пропорциональна выходной мощности. Следовательно, паровые турбины должны работать на максимальной скорости, если вы хотите достичь максимальной производительности.Колесные турбины не могут вращаться с высокой скоростью, как паровая турбина.

Максимальный КПД достигается за счет использования кинетической энергии пара. Эти турбины имеют много преимуществ по сравнению с другими типами турбин, например: они производят недорогую электроэнергию, а энергия пара не загрязняет окружающую среду.

По этим причинам эти турбины вытеснили поршневые двигатели в качестве первичных двигателей на крупных электростанциях. Паровые турбины работают по основному принципу термодинамики.То есть, когда пар расширяется, его температура падает.

Принцип работы паровой турбины

Принцип работы паровой турбины очень прост. Паровая турбина работает по основному принципу цикла Ренкина.

Рис. Паровая турбина работает

Источник изображения: https://schoolworkhelper.net/

При работе паровой турбины, прежде всего, вода из внешнего источника (например, реки, моря или канала) передается в котельную секцию с помощью насоса.Затем вода в котелке нагревается до очень высокой температуры, чтобы вода могла преобразовать ее в перенасыщенный пар.

В котле выработка пара зависит от теплоты сгорания и расхода, а также от используемой площади поверхности теплопередачи. Поскольку котел вырабатывает пар, пар направляется в зону турбины. Фактически в этих турбинах энергия давления пара преобразуется в K.E после прохождения пара через сопло.

Когда пар ударяется о лопасти ротора, он создает динамическое давление на вал и лопасти ротора.По этой причине и вал, и лезвие начинают вращаться в одинаковом направлении. Благодаря этому процессу тепловая энергия пара преобразуется в энергию вращения лопасти ротора, и ротор начинает вращаться. Вал соединен с ротором турбины. Вал получает энергию вращения от ротора и начинает вращаться.

Генератор, называемый парогенератором, соединяется с валом через катушку. Вал вращает катушку генератора в магнитном поле. Когда катушка вращается в магнитном поле, электричество генерируется и течет внутри проводов.

Благодаря простой конструкции этих турбин вибрация намного ниже, чем у других двигателей с той же скоростью.

Типы паровых турбин

Существует несколько типов паровых турбин в зависимости от их различных операций и их промышленного значения. Ниже приведены наиболее основные типы паровых турбин:

1) Исходя из точки входа пара

1. Турбина центрального впуска
2. Турбина с торцевым впуском

2) На основании заявки

1. Судовая турбина
2. Промышленная турбина
3. Коммунальная турбина

3) Исходя из давления турбины

1. Турбина низкого давления
2. Турбина среднего давления
3. Турбина высокого давления

4) Исходя из состояния выхлопа турбины

1. Турбина для удаления конденсата
2. Вытяжная турбина
3. Турбина противодавления
4. Прямая конденсация

5) На основе расхода пара

1. Радиальная турбина
2. Осевая турбина

6) В зависимости от конструкции лезвия

1. Реакционные турбины
2. Импульсные турбины

1) На основе состояния выхлопа турбины

В этой категории паровые турбины делятся на три типа.

i) Конденсационные паровые турбины

В паровых турбинах этих типов пар вводится в турбину с помощью регулирующего клапана. Поскольку название конденсационной турбины означает, что пар внутри турбины не может расширяться, потому что эта турбина предназначена для конденсации. Кроме того, на заключительном этапе лезвие намокнет. Отработанный пар конденсируется в конденсаторе, и конденсатор превращает этот пар в воду. Эта конденсированная вода снова используется в котле для производства пара.Эти турбины наиболее распространены на гидроэлектростанциях.

ii) Паровая турбина с противодавлением

В этой турбине пар в турбине не расширяется полностью. После частичного использования тепловой энергии пара внутри турбины весь пар выделяется при определенной температуре и давлении. Параметры пара на выходе определяются в соответствии с технологическими требованиями.

iii) Конденсаторно-вытяжная турбина

Турбина с вытяжкой и конденсацией имеет два впускных клапана.Первая ступень турбины известна как «ступень высокого давления (ВД)», а вторая ступень известна как «ступень низкого давления (НД)». По завершении фазы высокого давления выделяется немного пара. Оставшийся пар поступает в ступень низкого давления, где он далее конденсируется при низком давлении.

2) Типы в соответствии с процессом потери тепла

В данной категории паровые турбины бывают следующих типов:

i) Конденсаторная турбина с генератором

В турбине этого типа пар подается в камеру конденсатора под давлением ниже атмосферного.В этой турбине пар выходит из промежуточной ступени и используется для нагрева питательной воды. Скрытая теплота отработанного пара в процессе конденсации полностью снижается.

ii) Конденсированные турбины с различными промежуточными ступенями отбора

В паровой турбине этого типа пар выводится из промежуточной фазы и используется для промышленного отопления.

iii) Турбины с противодавлением

В турбине с противодавлением отработанный пар используется для отопления или в промышленности.Также можно использовать турбину с пониженным вакуумом, где выхлопной поток можно использовать для обогрева и обработки. Эти турбины также известны как нерасширяющиеся турбины.

Механическая энергия турбины используется для работы механических или электрических устройств, таких как компрессоры, вентиляторы, насосы и т. Д. Эти паровые турбины имеют простые конфигурации. Они нуждаются в очень слабой охлаждающей воде или вообще не нуждаются в ней. Эти турбины имеют невысокую цену по сравнению с паровыми турбинами с отбором. Паровая турбина с противодавлением не отводит тепло во время конденсации; следовательно, он имеет высокий КПД.

Рис. Турбина с противодавлением

iv) Турбина с верхним слоем

В верхней турбине отработанный пар используется в конденсационных турбинах низкого и среднего давления. Верхняя турбина турбины работает при более высоких начальных температурах и давлении пара и используется в основном для увеличения мощности электростанций.

Рис. Цикл верхней турбины

3) Типы в соответствии с условиями пара на входе в турбину

В данной категории паровая турбина имеет следующие типы:

i) Турбины сверхкритического давления

В этих турбинах используется пар с давлением более 225 атм.

ii) Турбина сверхвысокого давления

Используется температура 550 ° C или более и давление пара 170 атм или более.

iii) Турбина высокого давления

Использует пар с давлением более 40 атм.

iv) Турбина среднего давления

Эти турбины потребляют давление пара до 40 атм.

v) Турбины низкого давления

В паровых турбинах этих типов используется пар с давлением 1 л.От 2 атм до 2 атм.

4) Типы паровых турбин промышленного назначения

По промышленному применению паровая турбина бывает следующих типов.

i) Стационарные турбины с постоянной частотой вращения

Эти турбины используются в основном для привода генераторов переменного тока.

ii) Стационарная турбина с регулируемой скоростью

Эти турбины используются для приведения в действие насосов, циркуляторов воздуха, турбовентиляторных двигателей и т. Д.

iii) Турбина с регулируемой частотой вращения

Эти турбины обычно используются на железнодорожных локомотивах, кораблях и пароходах.

5) Типы в соответствии с конструкцией лезвия

По конструкции лопаток паровые турбины делятся на два основных типа.

1. Реакционная турбина
2. Импульсная турбина

i) Реакционная турбина

Основная статья: Реакционная турбина

В реакционной турбине пар проходит через лопатки.Затем он расширяется как на движущиеся, так и на неподвижные лопатки турбины. Подвижные и неподвижные лопатки имеют постоянный перепад давления. Турбины Реакции немного отличаются от импульсных турбин, которые состоят из неподвижных сопел и движущихся лопаток. По сравнению с импульсными турбинами, реакционные турбины имеют меньший перепад давления на ступень. Реакционная турбина обычно более эффективна.

Пример реакционной турбины — турбина Парсона. Для преобразования той же тепловой энергии реакционной турбине требуется вдвое больше рядов лопаток, чем импульсной турбине.Таким образом, реакционные турбины становятся тяжелее и длиннее.

ii) Импульсная турбина

Основная статья: Импульсная турбина

Включает известные типы паровых турбин. В случае импульсной турбины пар выходит из неподвижных сопел с очень высокой скоростью и ударяется о неподвижные лопатки вокруг ротора. Лезвие отклоняет отклонение потока пара без изменения давления. Вал турбины вращается за счет изменения импульса.

В этих турбинах пар, который впрыскивается с очень высокой скоростью из неподвижного сопла, ударяется о лопасти, прикрепленные к ротору. Лопасть изменяет траекторию потока пара без изменения давления пара. Сила, создаваемая изменением крутящего момента, заставляет вал турбины вращаться. Примеры: Rateau, Curtis и De-Laval, Turbine.

Детали паровой турбины

Паровая турбина состоит из следующих основных частей:

1. Жилой
2. Лопасти ротора
3. Ротор
4. Губернатор

1) Корпус: —

Корпус выдерживает малый вес и большие рабочие нагрузки.В корпусе есть ротор, лопасти, регулятор и многие другие внутренние компоненты. Он разработан таким образом, чтобы минимизировать тепловую нагрузку. Он обеспечивает безопасность всех внутренних частей паровой турбины.

2) Ротор: —

Ротор имеет несколько лопаток, которые вращаются вместе с движением ротора. Имеет вал. Одна сторона вала используется для подключения ведомого насоса, а другой конец вала используется для регулятора скорости и системы быстрого отключения.Это ключевая часть паровой турбины, которая преобразует тепловую энергию пара в механическую энергию.

3) Лезвия: —

Эти лопасти используются для извлечения энергии высокоскоростного пара и передачи ее ротору. Конструкция этих лопаток играет важную роль в эффективности турбины.

4) Управляющий: —

Система регулятора — это система регулирования, зависящая от скорости, которая устанавливается в паровой турбине. Он также известен как контроллер .Он используется для управления скоростью турбины. Регулирующий клапан устанавливается для управления частотой вращения турбины путем изменения потока пара через турбину. Он имеет систему серводвигателя, противовес с пружинным возвратом и паровой клапан.

Этот компонент турбины регистрирует скорость вала турбины посредством прямого узла или магнитного импульса от шестерни. Изменение условий на выходе и входе паровой турбины и изменения мощности, требуемой от насоса, вызывают изменения в скорости турбины.Это изменение скорости вызывает перестановку грузов регулятора, а затем регулирующих клапанов.

КПД паровой турбины

Многие аспекты влияют на эффективность паровой турбины, включая размер и тип турбины, а также температуру и давление входящего пара и выхлопных газов. Это также зависит от расхода пара.

Эти турбины лучше всего подходят для крупных тепловых электростанций. Есть разные типоразмеры турбин до 1.5 ГВт для выработки электроэнергии.

Как рассчитать КПД паровой турбины

Паровая турбина бывает двух типов:

1. Импульсная реактивная турбина
2. Реакционная паровая турбина

Эти оба типа паровых турбин работают на разных принципах, как обсуждалось выше. Следовательно, они имеют разный КПД, но приведенная ниже формула позволяет рассчитать КПД этих турбин:

В приведенном выше уравнении входная кинетическая энергия изменяется в соответствии с абсолютной скоростью пара на входе в турбину.Хотя выполняемая работа зависит от многих факторов, таких как относительная скорость пара, уменьшение количества тепла пара в турбине, угол лопасти и угол направляющей лопатки на входе в турбину. В некоторых случаях из-за этих факторов очень сложно рассчитать проделанную работу, а иногда невозможно точно рассчитать некоторые конкретные характеристики, такие как давление пара, температура и скорость.

Ниже приведены два различных метода расчета КПД по пару:

1. Эффективность лезвия (b)
2. КПД ступени (ɳs)

Скорость пара используется для расчета КПД лопасти (ɳb).Напротив, изменение энтальпии пара используется для расчета эффективности ступени (ɳs). Энтальпия описывает теплоемкость пара. В обоих случаях угол наклона направляющей лопатки на впускной стороне обозначается как α1 , и он выполняет жизненно важную функцию для повышения эффективности турбины. Косинус этого угла выполняет центральную функцию при определении КПД импульсных и реактивных паровых турбин.

На приведенной ниже диаграмме показан КПД лопастей импульсной и реактивной турбин.

Рисунок: КПД лопастей реактивной и импульсной паровых турбин

Приведенная выше диаграмма ясно показывает, что импульсная турбина менее эффективна, чем реактивная паровая турбина.

Наивысшего КПД импульсной турбины можно достичь, установив угол входной лопатки на ноль. Это потому, что этот угол минимизирует трение за счет уменьшения площади поверхности лезвия. Вы также можете подключить несколько турбин последовательно, чтобы максимизировать энергию пара до того, как пар вернется в конденсатор.Методика расчета КПД ступени лучше всего работает в этом типе турбины.

Формула КПД паровой турбины

КПД паровой турбины можно рассчитать по следующим формулам:

Изэнтропический КПД: — Это соотношение между фактической работой и изэнтропической работой турбины.

Электрический КПД ТЭЦ : — Это соотношение между чистой выработанной электроэнергии и общим количеством топлива в котле.Следующее уравнение используется для его расчета:

Электрический КПД ТЭЦ = Чистое произведенное электричество / Общее количество топлива в котле

Общий КПД ТЭЦ: — Используется для измерения электроэнергии и пара, производимых общим топливом внутри котла. Общий КПД ТЭЦ можно рассчитать по следующей формуле.

Общий КПД ТЭЦ = (Чистый пар для обработки + Чистая выработка электроэнергии) / Общее количество топлива в котле

Как повысить КПД паровой турбины

Существуют различные методы повышения эффективности паровой турбины, некоторые из них приведены ниже:

• Ленты для разлива также могут использоваться для уменьшения потерь от дросселирования.
• Потери на трение можно уменьшить, используя высокоэффективные лопасти / сопла.
• Перегородка для вытяжного воздуха может использоваться для снижения давления в выхлопном корпусе.
• Конкретные свойства, используемые в конкретном применении, обычно основаны на компромиссе между капитальными вложениями и стоимостью производства пара в течение срока службы турбины. Итак, это метод оптимизации.
• В водяном подогревателе при определенных условиях расширенный пар отводится турбиной.После извлечения этот пар используется для нагрева воды непосредственно перед его передачей в турбину. В системе подогрева воды энергия отобранного пара возвращается в систему, и потери от источника холода намного меньше, чем в простом цикле Ренкина. Кроме того, этот процесс экстракции проходит в несколько этапов. Теоретически КПД электростанции прямо пропорционален количеству ступеней отбора пара. Чем больше ступеней отбора пара, тем выше будет КПД электростанции.

Схема P-V паровой турбины

Паровая турбина работает на основе цикла Ренкина. Цикл Ренкина — это идеальный термодинамический цикл теплового двигателя, который преобразует тепловую энергию в механическую работу, претерпевая фазовый переход.

Парогенератор работает следующим образом: —

• Изэнтропическое сжатие: — На приведенной выше диаграмме линия 1-2 представляет изэнтропическое сжатие. В этом цикле жидкость перекачивается с низкого давления на высокое.Во время этого процесса насосу требуется очень низкая мощность для перекачивания жидкости.
• Изобарическое теплоснабжение: — Строка 2-3 представляет изобарический процесс теплоснабжения. Вода под высоким давлением поступает в котел, где нагревается от внешнего источника тепла при постоянном давлении для преобразования в сухой насыщенный пар.
• Изэнтропическое расширение: — Строка 3-4 представляет процесс изэнтропического расширения. Во время этого процесса сухой насыщенный пар расширяется турбиной для производства электроэнергии.В этом процессе конденсация происходит из-за снижения давления и температуры паров пара.
• Отвод изобарического тепла: — Линия 4-1 представляет процесс отвода изобарического тепла. Во время этого процесса влажные водяные пары попадают в конденсатор, где они конденсируются в насыщенную жидкость при постоянном давлении.

Преимущества и недостатки паровой турбины

Паровая турбина имеет следующие достоинства и недостатки:

Преимущества паровых турбин

1. Это тип вращающегося теплового двигателя, который особенно подходит для привода генераторов.
2. Поршневые двигатели имеют низкий тепловой КПД по сравнению с парогенератором.
3. Соотношение мощности и веса очень высокое, по сравнению с поршневым двигателем с возвратно-поступательным движением.
4. Эти турбины имеют малооборотные компоненты по сравнению с поршневым двигателем.
5. Эти турбины лучше всего подходят для крупных тепловых электростанций. Существуют турбины различной мощности до 1,5 ГВт для выработки электроэнергии.
6. Обычно пар содержит большое количество энтальпии (особенно в виде теплоты испарения).Это означает, что пар имеет меньший массовый расход по сравнению с газовыми турбинами.
7. Паровые турбины более надежны, особенно в приложениях, требующих постоянной высокой производительности.
8. Электроэнергия, производимая паровой турбиной, имеет относительно низкую стоимость.

Недостатки паровых турбин

1. Имеет высокую начальную стоимость.
2. При работе с частичной нагрузкой КПД этой турбины ниже, чем у поршневого двигателя.
3. У него более длительное время пуска по сравнению с газовой турбиной и больше, чем у поршневого двигателя.
4. По сравнению с поршневым двигателем и газовой турбиной, он меньше реагирует на изменение потребности в энергии.

Применение паровых турбин

1. Эти турбины используются в электроэнергетике.
2. Используется в возобновляемых источниках энергии
3. Они также используются для производства электроэнергии с помощью пара.
4. Эти виды использования на заводах по переработке отходов.
5. Использование паровых турбин в нефтегазовых компаниях.
6. Эти генераторы также используются в обрабатывающей промышленности.
7. Эти турбины используются в ракетах, самолетах и ​​кораблях для создания тяги.

Преимущества паровых турбин перед паровыми двигателями

1. Более высокий тепловой КПД.
2. Отсутствие возвратно-поступательных компонентов для идеального баланса и отсутствие необходимости в тяжелом фундаменте.
3. Возможен высокоскоростной диапазон с паровой турбиной.
4. Смазка очень проста, так как отсутствуют фрикционные компоненты.
5. Маховик не требуется, поскольку скорость выработки электроэнергии одинакова.
6. В случае паровой турбины потребление пара невелико.
7. При работе паровые турбины требуют меньше внимания и более компактны.
8. Лучше всего подходит для крупных электростанций.
9. Отсутствие таких деталей, как шатуны, поперечины, поршневые штоки и поршни, значительно упрощает конструкцию и эксплуатацию, а также снижает затраты на техническое обслуживание.
10. Возможна значительная перегрузка, но общая эффективность немного снижается.

Рассмотрим принцип работы паровой турбины и некоторые другие аспекты.Итак, я надеюсь, что вам понятны все концепции, связанные с этой темой. Если вам нужна дополнительная помощь по этой теме, дайте мне знать в поле для комментариев. Я постараюсь дать вам хороший ответ.

Подробнее: —

1. Турбина и ее типы
2. Газовая турбина

Раздел часто задаваемых вопросов

какое изменение энергии происходит между парогенератором и турбиной?

Между турбиной и парогенератором тепловая энергия преобразуется в механическую энергию (энергию вращения).За счет этой энергии вращения ротор турбины начинает вращаться, что дополнительно поворачивает катушку генератора, и генератор преобразует механическую энергию в электрическую.

Паровая турбина работает по такту

Паровая турбина работает на основе цикла Ренкина.

Кто изобрел паровую турбину?

В 1884 первая паровая турбина была обнаружена сэром Чарльзом А . Парсонс .

Как работает паровая турбина?

По данным U.По данным Министерства энергетики США, более 88 процентов энергии в США вырабатывается с помощью паротурбинных генераторов на центральных электростанциях, таких как солнечные тепловые электрические, угольные и атомные электростанции. Предлагая более высокий КПД и низкую стоимость, паровые турбины стали неотъемлемой частью многих американских производств электроэнергии.

Первая паровая турбина

Первая современная паровая турбина была разработана сэром Чарльзом А. Парсонсом в 1884 году. Эта турбина использовалась для освещения выставки в Ньюкасле, Англия, и их было изготовлено всего 7 штук.5 кВт энергии. Теперь паротурбинные генераторы могут производить более 1000 МВт энергии на крупных электростанциях. Несмотря на то, что генерирующая мощность значительно увеличилась со времен Парсонса, конструкция осталась прежней. Но, как бы интуитивно ни был дизайн Парсонса, это не так просто, как пар, движущийся по лопастям. Он был основан на втором законе термодинамики и теореме Карно (), которая утверждает, что чем выше температура пара, тем выше эффективность электростанции. Давайте рассмотрим, как пар помогает приводить в действие большинство электростанций страны.

Как так много энергии забирают из пара?

Возвращаясь к школьной физике, вода кипит при 100 ° C. В этот момент молекулы расширяются, и мы получаем испаренную воду — пар. Используя энергию, содержащуюся в быстро расширяющихся молекулах, пар обеспечивает замечательную эффективность выработки энергии.

Учитывая высокую температуру и давление пара, неудивительно, что были случаи, когда аварии происходили из-за ненадлежащего использования или установки предохранительных клапанов.Один из самых заметных инцидентов произошел на атомной электростанции Три-Майл-Айленд. Все произошло из-за повышения давления пара, когда насосы, подающие воду на парогенераторы, перестали работать.

Как работает паровая турбина?

Проще говоря, паровая турбина работает с использованием источника тепла (газового, угольного, атомного, солнечного) для нагрева воды до чрезвычайно высоких температур до тех пор, пока она не превратится в пар. Когда этот пар проходит мимо вращающихся лопастей турбины, пар расширяется и охлаждается.Таким образом, потенциальная энергия пара во вращающихся лопатках турбины превращается в кинетическую энергию. Поскольку паровые турбины генерируют вращательное движение, они особенно подходят для привода электрических генераторов для выработки электроэнергии. Турбины соединены с генератором с осью, которая, в свою очередь, вырабатывает энергию через магнитное поле, которое производит электрический ток.

Как работают лопатки турбины?

Лопатки турбины предназначены для управления скоростью, направлением и давлением пара при его прохождении через турбину.Для крупномасштабных турбин к ротору прикреплены десятки лопастей, как правило, в разных наборах. Каждый набор лопастей помогает извлекать энергию из пара, сохраняя при этом давление на оптимальном уровне.

Этот многоступенчатый подход означает, что лопатки турбины снижают давление пара очень небольшими приращениями на каждой ступени. Это, в свою очередь, снижает действующие на них силы и значительно улучшает общую мощность турбины.

Важность гибких средств управления для вращающихся турбинных машин

При таком большом количестве энергии, проходящей через паровые турбины, необходимы механизмы управления, которые могут регулировать их скорость, контролировать поток пара и изменять температуру внутри системы.Поскольку большинство паровых турбин находится на крупных электростанциях, которым требуются нагрузки по запросу, возможность регулировать поток пара и общую выработку энергии является необходимостью.

Как системы управления Petrotech могут повысить эффективность вашего паротурбинного генератора

Изобретение паровой турбины изменило нашу способность производить энергию в больших масштабах. И даже с такой, казалось бы, простой задачей, как пар, проходящий через набор лопастей, легко увидеть, что эти механизмы довольно сложны.Таким образом, им нужна рефлексивная интеллектуальная система управления паровой турбиной, в которой можно будет отслеживать и контролировать их работу. Усовершенствованные системы управления паровыми турбинами Petrotech для приводов компрессоров и генераторов имеют интегрированный пакет управления, который обеспечивает управление скоростью и производительностью. Наша продукция включает интегрированные системы управления для газовых и паровых турбин, генераторов, компрессоров, насосов и связанного вспомогательного оборудования. Чтобы узнать больше о наших элементах управления паровой турбиной, ознакомьтесь с нашими техническими документами по усовершенствованным элементам управления паровой турбиной для генераторов и механических приводов.

Как работает паровая турбина? | Что такое паровая турбина? | Принцип работы паровых турбин

Как работает паровая турбина?

Большая часть электроэнергии в США производится с помощью паровых турбинных двигателей; По данным Министерства энергетики США, более 88 процентов энергии в США вырабатывается на центральных электростанциях, таких как солнечные тепловые, через паровые турбогенераторы, электричество, уголь и атомные электростанции.

Предлагая высокий КПД и низкую стоимость, паровые турбины стали неотъемлемой частью многих отраслей энергетики США. Проще говоря, паровая турбина работает, используя газ-источник тепла, уголь, атомную энергию, солнечные лучи, чтобы нагреть воду до чрезвычайно высоких температур, пока она не превратится в пар.

Когда пар проходит через вращающиеся лопатки турбины, пар расширяется и охлаждается. Таким образом, потенциальная энергия пара преобразуется в кинетическую энергию в лопатках вращающейся турбины.Поскольку паровые турбины генерируют вращательное движение, они особенно подходят для приведения в действие электрогенераторов для производства электроэнергии.

Турбины соединены с генераторами с осью, которая, в свою очередь, вырабатывает энергию посредством магнитного поля, которое генерирует электрический ток. В предыдущих разделах мы приводили примеры паровых двигателей, которые показывают роль паров в паровых двигателях.

Но есть различия между характеристиками паровых двигателей и сегодняшних паровых турбин, которые определяют принцип работы паровой турбины.Проще говоря, паровая турбина работает за счет использования источников тепла, таких как газ, уголь, атомная энергия или солнечные лучи, для нагрева воды до чрезвычайно высоких температур, пока она не превратится в пар.

Когда пар проходит через вращающиеся лопатки турбины, пар расширяется и охлаждается. Таким образом, потенциальная энергия паров преобразуется в кинетическую энергию в лопатках вращающейся турбины. Поскольку паровые турбины генерируют вращательное движение, они особенно подходят для приведения в действие электрогенераторов для производства электроэнергии.

Турбины соединены с генератором с помощью шпинделя, который, в свою очередь, вырабатывает энергию посредством магнитного поля, которое генерирует электрический ток.

Также читайте: Разница между газовой турбиной и газовым двигателем | Газовая турбина | Газовый двигатель | Сравнительный анализ газовых турбин и газовых двигателей

Что такое паровая турбина?

Как следует из названия, паровые турбины приводятся в действие энергией горячего газообразного пара и действуют как нечто среднее между ветряной турбиной и водяными турбинами.Он похож на ветряные турбины, потому что у него есть вращающиеся лопасти, которые вращаются при движении пара; И это похоже на водяную турбину, потому что лопасти плотно входят в герметичный внешний контейнер, поэтому пар сдерживается и вынужден двигаться с высокой скоростью.

Паровые турбины используют пар высокого давления для вращения генераторов на невероятно высоких скоростях, поэтому они вращаются намного быстрее, чем ветровые или водяные турбины. Паровые турбины на самом деле являются формой теплового двигателя, который улучшает термодинамический КПД за счет использования нескольких стадий расширения пара, что приводит к почти идеальному обратимому процессу расширения.

Также читайте: Гидрокинетические турбины | Основы гидрокинетических турбин | Гидрокинетические турбины в проточной воде? | Конструкция гидрокинетических турбин

Первая паровая турбина:

Первой современной паровой турбиной был сэр Чарльз А., разработанный Парсонсом в 1884 году. Эта турбина использовалась для освещения выставки в Ньюкасле, Англия, и производила всего 7,5 кВтч энергии. Теперь паротурбинные генераторы могут производить более 1000 мегаватт энергии на крупных электростанциях.Несмотря на то, что производственные мощности значительно увеличились со времен Парсонса, дизайн остался прежним.

Но, как бы интуитивно ни был дизайн Парсонса, он не такой плавный, как пар, движущийся по лезвию. Он был основан на втором законе термодинамики и теореме Карно, которая утверждает, что чем выше температура пара, тем выше КПД электростанции. Давайте узнаем, как пар помогает приводить в действие большинство электростанций страны.

Также читайте: Пример турбины с осевым потоком | Типы осевых турбин | Гидравлические турбины с осевым потоком | Осевой ветряк

Как так много энергии улавливается из пара?

Если вернуться к физике средней школы, вода кипит при 100 ° C.В этот момент молекулы расширяются, и мы получаем испаренную воду — пар. Используя энергию, содержащуюся в быстро расширяющихся молекулах, пар обеспечивает замечательную эффективность производства энергии.

Учитывая высокую температуру и давление пара, неудивительно, что были случаи, когда аварии происходили из-за ненадлежащего использования или установки предохранительных клапанов. Один из самых заметных инцидентов произошел на АЭС Три-Майл-Айленд.

Инцидент сводился к увеличению давления пара, когда насосы, подававшие воду в парогенератор, перестали работать.

Также читайте: Турбинный генератор Tesla | Как работает турбогенератор Tesla | Части турбогенератора Tesla | Принцип работы | Тесла Турбина Эксплуатация

Принцип работы паровых турбин:

К настоящему времени мы знаем, что паровая турбина действительно работает с давлением пара. Чтобы узнать, через какой процесс проходит паровая турбина, чтобы заставить ее работать, лучше сначала взглянуть на состав пара как на наиболее важную часть паровой турбины. Принцип действия этих типов оборудования основан на динамическом движении пара.

Пар повышенного давления из сопла ударяет по вращающимся лопастям, которые плотно прилегают к диску, установленному на валу. Из-за этой повышенной скорости пара создает сильное давление на лопасти устройства, после чего вал и лопасти начинают вращаться в однородном направлении.

Обычно паровые турбины рассеивают энергию штока, а затем преобразуют ее в кинетическую энергию, которая затем течет через трубу. Таким образом, изменение кинетической энергии вызывает механическое воздействие на лопасти ротора, и этот ротор связан с парогенератором турбины и действует как посредник.

Поскольку конструкция устройств настолько оптимизирована, они генерируют наименьшее количество шума по сравнению с другими типами вращающегося оборудования. В большинстве турбин скорость вращающихся лопастей линейна по отношению к скорости потока, протекающего через лопасти.

Когда пар расширяется от силы котла до силы вытяжки в одноступенчатой ​​фазе, скорость пара значительно увеличивается. В то время как основные турбины, которые используются на атомных станциях, где скорость расширения пара составляет от 6 МПа до 0.0008 МПа, со скоростью 3000 оборотов при частоте 50 Гц и 1800 оборотов при частоте 60 Гц.

Также читайте: Что такое реакционная турбина? | Реакционная турбина | Работа реактивной турбины | Детали реакционной турбины

Как пар дает энергию в паровых машинах?

Если вы когда-нибудь видели старомодные паровозы, вы поймете, насколько мощным может быть пар. Паровой двигатель построен на основе парового двигателя, сложной машины, основанной на простой идее: вы можете сжигать топливо, такое как уголь, чтобы высвободить энергию, хранящуюся внутри него.

В паровом двигателе уголь горит и выделяет тепло в печи, которая кипятит воду, как чайник, и генерирует пар высокого давления. Пар подается по трубе в цилиндр с плотно прилегающим поршнем, который движется наружу в виде потока.

По мере того, как пар расширяется и заполняет цилиндр, он охлаждается, давление снижается и передает свою энергию поршню. Прежде чем вернуться в цилиндр, поршень толкает колеса локомотива, так что весь процесс может быть повторен.

Пар не является источником энергии: это жидкость, переносящая энергию, которая помогает преобразовывать энергию, заключенную внутри угля, в механическую энергию, которая приводит в движение поезд.

Также читайте: Что такое газовая турбина с замкнутым циклом? | Работа газовой турбины замкнутого цикла | Компоненты газовой турбины замкнутого цикла

Как работают лопатки турбины?

Возможно, вторые после пара — лопатки турбины. По этой причине лучше ознакомиться с их работой, которая составляет большую часть работы паровых турбин.Лопасти турбин предназначены для управления скоростью, направлением и давлением пара, проходящего через турбины.

Для крупногабаритной турбины к роторам прикреплены десятки лопаток, обычно в разных наборах. Каждый набор пузырьков помогает извлекать энергию из пара, сохраняя при этом давление на оптимальном уровне.

Этот многоступенчатый подход означает, что лопатки турбины снижают давление пара, делая очень небольшое увеличение на каждой ступени.Это, в свою очередь, снижает нагрузку на них и значительно улучшает общую мощность турбины.

Также читайте: Типы импульсных турбин | Принцип работы импульсной турбины | Компоненты импульсной турбины

Типы паровых турбин:

Паровые турбины классифицируются по нескольким параметрам и бывают нескольких типов. Обсуждаемые типы:

№1. Основано на движении Steam

В зависимости от скорости пара они подразделяются на различные типы, в том числе следующие.

№2. Импульсная турбина

Здесь высокоскоростной пар, выходящий из сопла, сталкивается с вращающимися лопастями, которые размещены на окружной секции ротора. Как и при ударе, лезвия меняют направление вращения без изменения значений давления. Давление, создаваемое за счет количества движения, развивает вращение вала. Примерами этого типа являются турбины Рето и Кертиса.

№3. Реакционная турбина

Здесь пар будет расширяться как в движущихся, так и в неподвижных лопастях, когда по ним протекает ток.На этих лопастях будет постоянный перепад давления.

№ 4. Комбинация реактивной и импульсной турбин

В зависимости от сочетания реактивных и импульсных турбин они подразделяются на различные типы, в том числе следующие.

• По фазам давления
• На основе скорости пара

№ 5. На основе ступеней давления

По фазам давления они подразделяются на разные типы. одноступенчатые. Применяются для силовых центробежных компрессоров, нагнетательного оборудования и другого подобного оборудования.Многоступенчатые турбины с обратной связью и импульсные турбины. Они используются в экстремальном диапазоне мощностей, как в минимальном, так и в максимальном диапазонах.

№ 6. На основе скорости пара

Они подразделяются на разные типы в зависимости от скорости пара.

6.1. осевая турбина

В этих устройствах пар будет течь в направлении, параллельном оси ротора.

6.2. Радиальная турбина

В этих устройствах пар будет течь в направлении, перпендикулярном оси ротора.В осевом направлении создается одна или две ступени низкого давления.

№ 7. На основе управляющего метода

По системе управления они подразделяются на разные типы.

7.1 Управление дроссельной заслонкой

Здесь свежий пар поступает через один или несколько одновременно работающих дроссельных клапанов и зависит от выработки мощности.

7.2. Управление форсункой

Здесь свежий пар поступает через один или несколько последовательно открывающихся регуляторов.

7.3. Управление байпасом

Здесь пар приводит в движение как первую, так и вторую промежуточные ступени турбины.

№ 8. На основе капельного процесса

В зависимости от процесса потери тепла они подразделяются на разные типы.

8.1. Конденсация турбины через генератор

В этом случае в конденсатор передается сила пара, которая меньше давления окружающей среды.

8,2. Отбор промежуточной фазы уплотнения турбины

При этом пар отделяется от промежуточных фаз для целей коммерческого отопления.

8.3. Турбина противодавления

Здесь готовый пар используется как для отопления, так и для промышленных целей.

8.4. Топпинг турбина

Здесь готовый пар используется для конденсации турбин малой и средней мощности.

№ 9. На основе состояния пара от входа в турбину

• Низкое давление (от 1,2 ATA до 2 ATA)
• Среднее давление (40 ATA)
• Высокое давление (> 40 ATA)
• Очень высокое давление (170 ATA)
• Сверхкритический (> 225 данных)

№ 10.На основе промышленного применения

• Фиксированная частота вращения с фиксированной турбиной
• Регулируемая частота вращения с фиксированной турбиной
• Регулируемая частота вращения с нестационарными турбинами

Также читайте: Детали и функции газовой турбины | Введение в газотурбинную электростанцию ​​| Основные части газотурбинной электростанции | Газовая турбина | Компрессор газотурбинной электростанции | Термодинамический цикл газотурбинной электростанции

Преимущества паровой турбины:

Преимущества паровых турбин

• Минимум места, необходимого для размещения паровой турбины
• Оптимизированная работа и надежная система
• Требует низких эксплуатационных расходов и занимает минимум места
• Повышенный КПД паровых трактов

Недостатки паровой турбины:

Недостатками паровых турбин являются

• Из-за увеличения скорости увеличиваются потери на трение.
• Он имеет минимальную эффективность, что означает, что отношение скорости лезвия к скорости пара не является оптимальным.

Понравился этот пост? Поделитесь этим с вашими друзьями!

Рекомендуемое чтение —

Импульсная турбина

: принцип работы, компоненты и типы

Как правило, гидротурбины делятся на две группы в зависимости от того, как происходит обмен энергией между жидкостью и турбиной: импульсные турбины и реактивные турбины. Гидротурбины устанавливаются для преобразования потенциальной энергии и кинетической энергии потока воды в механическую работу.

Импульсные турбины работают по изменению векторов скорости. Как правило, потенциальная энергия воды (или другой жидкости, например, пара), основанная на высоте водопада, преобразуется в кинетическую энергию одним или несколькими соплами, а затем вода ударяется о лопасти турбины с высокой скоростью, заставляя турбину вращаться. и, следовательно, вырабатывает электричество. Эти турбины больше подходят для извлечения энергии из условий высокого напора и низкого расхода.

Принцип работы импульсной турбины

В этих турбинах статическое давление внутри рабочего колеса постоянно, а рабочее колесо турбины находится под атмосферным давлением.Бегунок вращается в воздухе, и жидкость распыляется на лопасти через сопло для обмена энергией с турбиной. Струйное сопло или ряд сопел направляют высокоскоростной поток к лопастям, которые обычно имеют форму ведер или чашек. Следовательно, в форсунках происходит только изменение давления.

Изогнутые лопасти используются для изменения скорости потока. Этот удар вызывает изменение импульса, и в соответствии с законом передачи энергии к лопаткам турбины прилагается сила.Согласно второму закону движения Ньютона сила, возникающая при движении жидкости, зависит от двух факторов: массы жидкости, поступающей в турбину, и изменений скорости жидкости между входом и выходом турбины. Поскольку изменение массы жидкости не происходит, при расчете силы, приложенной к рабочему колесу, учитываются только изменения скорости.

Таким образом, в процессе выработки электроэнергии в импульсных турбинах реализуются следующие этапы.

• Накопленная вода течет из источника вверх по потоку через напорный трубопровод и направляется к форсунке.
• Потенциальная энергия воды внутри сопла преобразуется в кинетическую энергию и впрыскивается в лопасти или ведра; таким образом бегун вращается.
• Имеется механизм управления потоком воды, нагнетаемой в желоб. Копье обычно играет важную роль в этом процессе.
• Генератор, прикрепленный к валу, преобразует механическую энергию в электрическую.

Схема работы импульсной турбины (Ссылка: альтернативные источники энергии.com )

Импульсные турбины способны забирать всю кинетическую энергию из воды для обеспечения высокого КПД. Вода сбрасывается в атмосферу снизу корпуса турбины после достижения рабочего колеса; следовательно, внизу турбины нет всасывания. Здесь вы можете схематично увидеть, как импульсная турбина работает в процессе извлечения энергии из кинетической энергии воды, а также ее компонентов.

Компоненты импульсной турбины

Импульсные турбины состоят из следующих компонентов.

Бегунок

Бегунок состоит из круглого диска, к которому прикреплено несколько изогнутых лопастей, и цилиндрического вала в центре. Валы и бегуны обычно изготавливаются из нержавеющей стали. В случаях, когда напор меньше, бегунок изготавливается из чугуна.

Ковши

Ковши — это набор чашечек в форме ложки, которые устанавливаются вокруг бегунка для обмена энергией между жидкостью и турбиной. Струя жидкости попадает в эти лопатки после выхода из сопла, заставляя турбину вращаться и выходить из внешнего края лопатки.Изменение направления жидкости во время выхода по сравнению с углом удара варьируется в зависимости от конструкции турбины.

Чтобы получить наибольший импульс, этот угол должен составлять 180 градусов. Однако этот угол ограничен углами около 170 градусов из-за таких соображений, что поток на выходе из одного ковша не сталкивается со следующим ковшом и не вызывает его торможение. Ковши изготавливаются из нержавеющей стали или чугуна.

Форсунка

Форсунка установлена ​​для регулировки и разбрызгивания потока жидкости на ковши.Как упоминалось ранее, это единственная часть узла импульсной турбины, в которой изменяется давление, а напор преобразуется в кинетическую энергию. Объем струи воды, попадающей в ведра, регулируется с помощью компонента, называемого копьем, который представляет собой коническую иглу, которая входит и выходит из сопла с помощью маховика или автоматически. При перемещении этой иглы назад поток воды увеличивается, а при движении вперед — уменьшается.
Сопло обычно изготавливается из карбида вольфрама, который очень твердый и может выдерживать эрозионные частицы.

Найти все форсунки в Linquip

Кожух

Кожух импульсной турбины — это щит над турбиной, который предотвращает разбрызгивание воды, а также направляет ее в водосброс, который существует для дополнительной воды. защитить структурную целостность плотины. Обычно для изготовления корпуса используется чугун.

Напорные водоводы

Напорные водоводы на гидроэлектростанциях — это трубы и каналы, по которым вода от плотин и водохранилищ поступает к турбинам.В основном они стальные. Вода течет по этим каналам под высоким давлением.

На рисунке ниже показаны различные компоненты импульсных турбин и их расположение.

Основные части импульсной турбины (Ссылка: Mechanicalbooster.com )

Помимо основных компонентов, упомянутых выше, обычно используется механизм, предотвращающий вращение турбины. Когда водная струя прекращается, бегунок продолжает вращаться из-за эффектов инерции. В этих случаях, чтобы предотвратить это вращение, в заднюю часть ведер впрыскивается струя воды, которая называется разрушающей струей .

Здесь вы можете схематично увидеть, как импульсная турбина работает в процессе извлечения энергии из кинетической энергии воды, а также ее компонентов.

Типы импульсных турбин

Гидравлические турбины, которые в основном используются на гидроэлектростанциях:

Pelton

Турбина Pelton состоит из трех основных частей: сопла, рабочего колеса и дефлектора.

Эта турбина используется для больших высот капель воды. Напор воды преобразуется в высокоскоростной поток одной или несколькими форсунками (до 6).Расход воды и, следовательно, мощность турбины регулируются копьем, регулируя количество потока воды.

Ряд ковшей установлен симметрично вокруг цилиндрического рабочего колеса турбины. Благодаря особой форме этих ведер струя воды попадает в центр ведра (разделителя) и выходит с обеих сторон. Этот выход такой, что выходящая из ведра вода не попадает в следующее и не приводит к торможению. Ось турбинного колеса может располагаться горизонтально или вертикально.При больших мощностях и большем количестве форсунок вал всегда вертикальный, а генератор устанавливается над турбиной.

Дефлектор расположен между бегунком и соплом, и его задача — предотвратить разбрызгивание воды из сопла на ковши, когда с турбины внезапно снимается нагрузка и увеличивается ее скорость вращения. Затем постепенно с помощью копья поток воды прекращается. Также стоит упомянуть, что из-за возможности возникновения явления гидравлического удара скорость воды в форсунке не может быть быстро уменьшена, а выпуск может быть отключен.

На следующем рисунке показана схема турбины Пелтона и других компонентов, связанных с работой.

Find All Pelton in Linquip

Схематический вид турбины Pelton (Ссылка: image.slidesharecdn.com )

Вот некоторые другие гидравлические и физические характеристики:

• Он используется для головок от 20 от метров до сотен метров и от 5 до 1000 литров в секунду.
• Установка турбины Пелтона обычно проще, чем реакционная турбина, такая как Каплан, с аналогичной мощностью, потому что требования к трубопроводам невелики из-за относительно низкой скорости потока.
• Из-за работы турбины Пелтона при высоком давлении воды оборудование, необходимое для напорного трубопровода в этих турбинах, является сложным и дорогим.
• Турбины Pelton могут достигать КПД до 95%; Максимальный КПД 90% достигается на гидроэлектростанциях микромасштаба.

Чтобы узнать больше об истории и гидродинамических принципах работы турбины Пелтона, посетите здесь.

Turgo

Турбина Turgo — это другой тип импульсной турбины, которая работает аналогично Pelton; разница в том, что в этих турбинах струя воды попадает в ковши под наклоном (около 20 градусов).Из-за сложной формы ковшей их сложнее изготовить. Турбина Турго имеет более высокую удельную скорость, чем турбина Пелтона. Преимущество заключается в наличии большего жиклера и меньшего размера машины по сравнению с Pelton при равной мощности. Этот тип импульсной турбины используется на малых гидроэлектростанциях.

Вы можете увидеть вид турбины Turgo и положение сопла относительно лопаток на рисунке ниже. Турбина

Turgo (Ссылка: image.slidesharecdn.com )

Здесь перечислены некоторые другие физические характеристики:

• Они могут иметь более высокий расход, чем турбины Пелтона того же физического размера.
• Они подходят для высоких скоростей вращения.

Вы можете узнать больше о Turgo Turbine из этого видео.

Подробнее о Linquip

Cross-Flow

Эта турбина представляет собой модифицированный тип импульсной турбины, используемой на малых гидроэлектростанциях. Как и другие типы импульсных турбин, ротор вращается в воздухе и не полностью погружен в воду, как реакционная турбина.Одним из значительных преимуществ и особенностей этой турбины является то, что она может работать в широком диапазоне расхода, напора и, следовательно, мощности. Кроме того, он может хорошо адаптироваться к изменениям расхода при сохранении эффективности. Специальная система управления может регулировать активную часть турбины в зависимости от расхода воды.

Различные части этой турбины показаны на следующем рисунке. Бегунок имеет форму барабана. В случаях, когда голова низка, бегун длинный, и наоборот, чем выше голова, тем короче бегун.Вода поступает в турбину после прохождения через впускной адаптер и направляющие лопатки, которые играют направляющую роль, направляя поток на ротор под подходящим углом для достижения максимальной эффективности. Вода покидает турбину через выпускной патрубок после двойного прохождения через бегунок; он сначала течет по верхним лопастям ротора, а затем возвращается через центр ротора и нижние лопасти, создавая крутящий момент в обоих процессах. Вот почему эти турбины получили название Cross-Flow.Наконец, поток покидает ротор через отсасывающую трубу. Вода может попадать в желоб горизонтально или вертикально. Количество лопастей варьируется от 10 до 34.

Поперечная турбина (Ссылка: Renewablesfirst.co.uk )

Некоторые другие гидравлические и физические характеристики:

• Эта турбина может использоваться для напора от 2 до 200 метров и расход от 20 до 2000 литров в секунду.
• Диапазон мощности этих турбин для гидроустановок с типовой выходной мощностью составляет от 5 кВт до 100 кВт, а в больших системах может достигать 3 МВт.
• Они просты в изготовлении и практически не требуют обслуживания.

Более подробную информацию о турбинах с перекрестным потоком можно найти здесь.

Купить оборудование или запросить услугу

Используя службу Linquip RFQ, вы можете рассчитывать на получение предложений от различных поставщиков из разных отраслей и регионов.

Щелкните здесь, чтобы запросить коммерческое предложение от поставщиков и поставщиков услуг

Принцип работы ветряной турбины

Ветряная турбина — это устройство, использующее энергию ветра для приведения лопастей во вращение, тем самым вырабатывая электричество.Ветрогенератор обычно состоит из ветряных турбин, генераторов, хвостовиков, башен, предохранительных механизмов с ограничением скорости и устройств хранения энергии. Принцип работы ветряной турбины относительно прост: ветровое колесо вращается под действием ветра и преобразует кинетическую энергию ветра в механическую энергию вала ветряной турбины. Генератор приводится в движение валом ветряной турбины для выработки электроэнергии.

Базовая комплектация ветрогенератора

Ветроколесо представляет собой ветроуловитель.Его функция заключается в преобразовании кинетической энергии обтекающего воздуха в механическую энергию вращения ветряного колеса.

В ветроэнергетике до сих пор используется эта специализированная лопасть гребного винта. Среди типов ветряных турбин используются три типа, а именно генераторы постоянного тока, синхронные генераторы переменного тока и асинхронные генераторы переменного тока. В производстве ветровой энергии малой мощности в основном используются синхронные или асинхронные генераторы переменного тока, а генерируемая мощность переменного тока преобразуется в мощность постоянного тока с помощью выпрямительных устройств.

Преимуществами синхронного генератора переменного тока являются его низкий КПД и его способность генерировать больше энергии, чем генератор постоянного тока при низких скоростях ветра, поэтому он может адаптироваться к широкому диапазону скоростей ветра. Синхронный генератор переменного тока может самостоятельно обеспечивать ток магнитного поля, но его стоимость выше.

В ветряной турбине функция регулятора направления состоит в том, чтобы заставить ветряную турбину смотреть в направлении ветра в любое время, чтобы получить максимальную энергию ветра. За исключением ветряных генераторов с подветренной стороны, почти все ветряные генераторы обычно используют хвост для управления направлением ветра.Оперение обычно расположено на заднем конце ветрового колеса, которое находится в зоне следа ветрового колеса. Только когда оперение отдельной ветряной турбины установлено на относительно высоком месте, можно избежать воздействия на нее потока следа ветряной турбины. В качестве материала оперения обычно используется оцинкованная листовая сталь.

Предохранительный механизм ограничения скорости используется для обеспечения безопасной работы ветряной турбины. Скорость и мощность ветрового колеса ветряной турбины тесно связаны с энергией ветра.Скорость и мощность ветрового колеса увеличиваются с увеличением скорости ветра. Если скорость ветра слишком высока, скорость ветряного колеса будет слишком высокой, и генератор будет перегружен. Чрезмерная частота вращения ветряной турбины и перегрузка генератора поставят под угрозу безопасность работы ветрогенератора. Установка предохранительного механизма ограничения скорости может поддерживать скорость вращения ротора ветрогенератора, по существу, постоянной в определенном диапазоне скорости ветра. Помимо устройств ограничения скорости ветровые турбины обычно оснащены специальными тормозными устройствами.Когда скорость ветра слишком высока, ветряное колесо можно остановить, чтобы обеспечить безопасность ветрового колеса при очень высоких скоростях ветра.

Башня является опорным механизмом ветрогенератора, а также важным элементом ветряной турбины. Принимая во внимание такие факторы, как простота перемещения, снижение затрат и т. Д., В 100-ваттных ветряных турбинах обычно используются трубчатые башни. Трубчатая башня в основном состоит из стальных труб, а натяжные тросы проложены в четырех направлениях.В более крупных башнях ветряных турбин обычно используются ферменные конструкции, состоящие из угловой стали или круглой стали.

Electric Generator: Основное введение в принцип работы генераторов, их особенности и применение

Как работают электрические генераторы?
Электрогенератор — это устройство, которое используется для производства электроэнергии, которая может храниться в батареях или может подаваться непосредственно в дома, магазины, офисы и т. Д. Электрогенераторы работают по принципу электромагнитной индукции.Катушка-проводник (медная катушка, плотно намотанная на металлический сердечник) быстро вращается между полюсами магнита подковообразного типа. Катушка проводника вместе с ее сердечником называется якорем. Якорь соединен с валом источника механической энергии, такого как двигатель, и вращается. Требуемая механическая энергия может быть обеспечена двигателями, работающими на таких видах топлива, как дизельное топливо, бензин, природный газ и т. Д., Или с помощью возобновляемых источников энергии, таких как ветряная турбина, водяная турбина, турбина на солнечной энергии и т. Д.Когда катушка вращается, она разрезает магнитное поле, которое находится между двумя полюсами магнита. Магнитное поле будет мешать электронам в проводнике, вызывая в нем электрический ток.

Характеристики электрогенераторов

• Мощность: Электрогенераторы с широким диапазоном выходной мощности легко доступны. Как низкие, так и высокие требования к мощности можно легко удовлетворить, выбрав идеальный электрический генератор с соответствующей выходной мощностью.
• Топливо: Для электрогенераторов доступны различные варианты топлива, такие как дизельное топливо, бензин, природный газ, сжиженный нефтяной газ и т. Д.
• Портативность: На рынке доступны генераторы, на которых установлены колеса или ручки, чтобы их можно было легко перемещать с одного места на другое.
• Шум: Некоторые модели генераторов имеют технологию снижения шума, которая позволяет держать их в непосредственной близости без каких-либо проблем с шумовым загрязнением.

Применение электрогенераторов

• Электрогенераторы полезны для домов, магазинов, офисов и т. Д., Которые часто сталкиваются с перебоями в подаче электроэнергии. Они действуют как резервные, чтобы гарантировать бесперебойное электропитание устройств.
• В удаленных районах, где нет доступа к электричеству из основной сети, электрические генераторы действуют как основной источник питания.
• При работе на проектных площадках, где нет доступа к электричеству из сети, электрические генераторы могут использоваться для питания машин или инструментов.

Свяжитесь с ближайшими к вам ведущими дилерами генераторов и получите бесплатные расценки
(Единый пункт назначения для MSME, ET RISE предоставляет новости, обзоры и анализ по GST, экспорту, финансированию, политике и управлению малым бизнесом.)

Загрузите приложение The Economic Times News, чтобы получать ежедневные обновления рынка и новости бизнеса в реальном времени.

Что такое ТЭЦ? | Агентство по охране окружающей среды США

ТЭЦ — это энергоэффективная технология, которая вырабатывает электричество и улавливает тепло, которое в противном случае было бы потрачено на производство полезной тепловой энергии, такой как пар или горячая вода, которую можно использовать для отопления, охлаждения, горячего водоснабжения и промышленных процессов.ТЭЦ может располагаться на отдельном объекте или в здании, а также быть источником централизованного энергоснабжения или коммунального хозяйства. ТЭЦ обычно размещается на объектах, где есть потребность как в электроэнергии, так и в тепловой энергии.

Почти две трети энергии, используемой при традиционном производстве электроэнергии, тратится впустую в виде тепла, выбрасываемого в атмосферу. Дополнительная энергия тратится впустую при распределении электроэнергии конечным пользователям. Улавливая и используя тепло, которое в противном случае было бы потрачено впустую, и избегая потерь при распределении, ТЭЦ может достичь КПД более 80 процентов по сравнению с 50 процентами для типичных технологий (т.е., обычная выработка электроэнергии и собственный котел).

Общие конфигурации ТЭЦ

Две наиболее распространенные конфигурации систем ТЭЦ:

• Турбина внутреннего сгорания или поршневой двигатель с рекуператором тепла
• Котел паровой с паровой турбиной

Турбина внутреннего сгорания или поршневой двигатель с блоком рекуперации тепла

Турбина внутреннего сгорания или поршневой двигатель ТЭЦ-системы сжигают топливо (природный газ, нефть или биогаз) для включения генераторов для производства электроэнергии и используют устройства рекуперации тепла для улавливания тепла из турбина или двигатель.Это тепло преобразуется в полезную тепловую энергию, обычно в виде пара или горячей воды.

Паровой котел с паровой турбиной

В паровых турбинах процесс начинается с производства пара в котле. Затем пар используется для вращения турбины, чтобы запустить генератор для производства электроэнергии. Пар, покидающий турбину, можно использовать для производства полезной тепловой энергии. Эти системы могут использовать различные виды топлива, такие как природный газ, нефть, биомасса и уголь.

Каталог технологий когенерации включает исчерпывающий перечень технологий когенерации и предоставляет информацию об их стоимости и эксплуатационных характеристиках.

Приложения ТЭЦ

ТЭЦ используется более чем на 4400 объектах по всей стране, в том числе:

• Коммерческие здания — офисные здания, гостиницы, клубы здоровья, дома престарелых
• Жилой —кондоминиумы, кооперативы, квартиры, спланированные сообщества
• Учреждения — колледжи и университеты, больницы, тюрьмы, военные базы
• Муниципальный — районные энергосистемы, очистные сооружения, школы K-12
• Производители — химическая промышленность, нефтепереработка, этанол, целлюлоза и бумага, пищевая промышленность, производство стекла

Ряд факторов, зависящих от конкретной площадки, определят, может ли ТЭЦ быть подходящей с технической и экономической точек зрения для вашего предприятия.