Турбина двигателя: 7 главных минусов и 2 плюса турбомоторов — журнал За рулем

 Что такое турбины и для чего они нужны?

 

           Что такое турбины и для чего они нужны?

 

   Основная задача турбин – это повышение мощности двигателя автомобиля. При помощи турбины можно значительно повысить мощность авто.

 

    Принцип работы турбокомпрессора прост: через выпускной коллектор отработанные газы попадают в корпус турбины в которой установлено турбинное колесо, которое приводится в движение. На одной оси с турбинным колесом установлено компрессорное колесо, которое в свою очередь сжимает воздух и падет его в впускной коллектор двигателя. Из всего этого следует, что обороты турбины очень высоки и напрямую зависят от мощности двигателя, скорость вращение турбины достигает 150.000 об/мин и более.

 

    При использовании турбины, в двигатель поступает воздух под высоким давлением, что позволяет увеличиться мощности автомобиля по отношению к объему двигателя и количеству топлива.Наиболее эффективными являются турбокомпрессоры высокого давления. Отличие в конструкции от обычных турбин в том, что турбины повышенного давления имеют клапан, который устраняет избыточное давление на высоких оборотах.Так же большинство турбокомпрессоров оснащены интеркулером.

 

   Основная задача интеркулера – охлаждение воздуха. Так как турбинаработает на больших оборотах, воздух в ней нагревается, тем самым понижается содержание кислорода и плотность воздуха. Интеркулер справляется с этой проблемой.Одной из проблем турбин всегда была небольшая задержка реакции(инерция), но сейчас эти недостатки уже практически устранены. С появлением двух параллельно расположенных турбин, одна из которых предназначена для работы на высоких оборотах, другая на низких, инерция турбины была значительно уменьшена.

   

    Так же, появились турбины, в которых стало возможно изменять угол наклона ротора, что в свою очередь так же позволяет бороться с проблемами связанными с задержкой в реакции. Хорошо уменьшена инерция в турбокомпрессорах с керамическими лопастями ротора, за счет того, что вес их меньше чем у стандартных аналогов.

Принцип работы турбокомпрессора (турбины) его конструкция и типы.

  Принцип работы любого турбокомпрессора основан на использовании энергии отработавших выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Поток выхлопных газов попадает на колесо турбины (закреплённую на валу), тем самым раскручивая её и одновременно с этим раскручивая колесо компрессора, нагнетающего воздух в цилиндры двигателя.

 

   Так как при использовании наддува воздух в цилиндры подаётся принудительно (под давлением), а не только за счёт разрежения, создаваемого поршнем (это разрежение способно взять только определённое количество смеси воздуха с топливом), то в двигатель попадает большая смесь воздуха с топливом. Как следствие, при сгорании увеличивается объём сгораемого топлива с воздухом, образовавшийся газ занимает больший объём и соответственно возникает большая сила, давящая на поршень.

 

   Двигатели внутреннего сгорания снабженные турбокомпрессором более производительные, т.е. меньше удельный эффективный расход топлива (грамм на киловатт-час, г/(кВт•ч)), и выше литровая мощность (мощность, снимаемая с единицы объёма двигателя — кВт/л), что даёт возможность увеличить мощность небольшого мотора без увеличения оборотов двигателя.Вследствие увеличения массы воздуха, сжимаемой в цилиндрах, температура в конце такта сжатия заметно увеличивается и возникает вероятность детонации.

 

   Поэтому, конструкцией двигателей с турбокомпрессором предусмотрена пониженная степень сжатия, применяются высокооктановые марки топлива, а также в системе предусмотрен промежуточный охладитель наддувочного воздуха (интеркулер)- радиатор для охлаждения воздуха. Уменьшение температуры воздуха требуется также и для того, чтобы плотность его не снижалась вследствие нагрева от сжатия после турбины, иначе эффективность всей системы значительно упадёт.

 

   Особенно эффективен турбонаддув у дизельных двигателей тяжёлых грузовиков. Он повышает мощность и крутящий момент при незначительном увеличении расхода топлива. Наиболее мощные (по отношению к мощности двигателя) турбокомпрессоры применяются на тепловозных двигателях. Например на дизеле Д 49 мощностью 4000 л.с. установлен турбокомпрессор мощностью 1100 л.с.Наибольшей (по абсолютной величине) мощностью обладают турбокомпрессоры судовых двигателей, которая достигает 7000 л.с. .Современные турбокомпрессоры можно разделить на два основных типа: 1- с изменяемой геометрией соплового аппарата ( VNT турбокомпрессоры) и 2- без геометрии. Все они в свою очередь могут быть моно, твинскролы (двойные турбины) и т.д.

Профилактика и рекомендации.

     При запуске двигателя необходимо дать ему поработать на холостом ходу не менее шестидесяти секунд и прибавлять газ постепенно. Это обеспечивает достаточную смазку движущихся элементов турбины и предохраняет их от преждевременного износа. Чтобы не создавалось низкое давление в двигателе и пропускание паров масла, не эксплуатируйте турбину на холостом ходу более тридцати минут.

​    Обязательно давайте остыть турбокомпрессору перед выключением зажигания, поскольку быстрое выключение создаст резкий перепад температур в системе. Такие переходы быстро изнашивают любой механизм.

    Что касается эксплуатации авто зимой, когда двигатель быстро остывает или после долгого перерыва в работе необходимо сначала провернуть двигатель, и только потом запускать его на холостых оборотах. Это позволит наладить быструю циркуляцию масла и быстро заполнить систему компрессора рабочей жидкостью.

    Рекомендуется регулярная диагностика двигателя, особенно если Вы не уверены в качестве дизельного топлива.

По каким признакам можно определить неисправность турбины?

 Профессионально это сделать может только опытный мастер, но есть поломки, сразу бросающиеся в глаза. Это повышенный расход масла, синий дым из выхлопной трубы, посторонние шумы в работе мотора. 

Выбираем двигатель: турбина или атмосферный?

Выбираем двигатель: турбина или атмосферный?

Сегодня автовладелец имеет возможность выбирать тип мотора — турбированный или атмосферный. У каждого из этих двигателей есть положительные и отрицательные стороны. Перед покупкой необходимо тщательно взвесить все аргументы. Интернет-магазин AvtoALL собрал для своих клиентов все плюсы и минусы.

Что приобрести — машину с модным турбированным двигателем или остановить свой выбор на обычном атмосферном моторе? AvtoALL готов рассмотреть преимущества и недостатки данных силовых установок, чтобы помочь автомобилистам определиться с выбором.

Итак, привычный атмосферный мотор — это двигатель внутреннего сгорания. Он работает по следующему принципу: воздух, подаваемый через карбюратор или инжектор, участвует в образовании топливной смеси — одна часть бензина и четырнадцать — воздуха. Воспламенившееся топливо вырабатывает энергию, которая приводит в движение рабочие части мотора.

Атмосферные двигатели

Достоинства:

— моторесурс — практика эксплуатации атмосферных двигателей, как бензиновых, так дизельных, доказывает, что срок ресурсной эксплуатации исчисляется тысячами километров пробега. Например, некоторые американские атмосферные двигатели проходят без капительного ремонта до 500 тысяч километров;
— надежность — простая конструкция атмосферного двигателя не требовательна к качеству моторного масла и топлива. Такому двигателю нестрашен откровенно плохой бензин, на который можно «нарваться» на некоторых АЗС. Безусловно, регулярную заправку некачественным горючим не выдержит даже атмосферник, но зато его восстановление обойдется в разы дешевле, чем ремонт турбоагрегата;
— ремонтопригодность — если из строя выйдет один из узлов атмосферного двигателя, то уже упомянутая простота конструкции позволит отремонтировать его без особых затрат для автомобилиста.

Недостатки:

— большая масса силовой установки — по сравнению с турбированным двигателем аналогичного объема;
— атмосферный мотор проигрывает турбине в динамике;
— он не способен поддерживать высокую мощность при езде в горах, где воздух разряжен.

Турбированные двигатели

Отличительной особенностью турбодвигателя является наличие турбины — турбонаддува с приводом от выхлопных газов. Турбокомпрессор загоняет в цилиндры больше воздуха. В итоге двигатель дает значительную мощность без увеличения рабочего объема.

Турбированный мотор изобрели еще в 1905 году, но на легковые автомобили эти агрегаты стали устанавливать только во второй половине ХХ века.

Достоинства:

— увеличенная мощность — в среднем, до 40% выше, если сравнивать с атмосферным двигателем такого же объема;

— высокий крутящий момент — за счет этого динамика лучше, чем у атмосферника;
— экологическая безопасность — турбокомпрессор обеспечивает эффективное и безотходное сгорание топлива в цилиндрах, уменьшая выброс вредных веществ.
— низкий уровень шума — турбированный двигатель шумит меньше, чем атмосферный;
— нет потери мощности — турбина поддерживает давление, равное атмосферному на уровне моря, тогда как обычный двигатель теряет свою мощность при подъеме в горы;
— наиболее эффективен турбонаддув для дизельных двигателей грузовиков.

Недостатки:

— двигатель крайне чувствителен к качеству масла и топлива. Для таких установок рекомендуется использовать специальное моторное масло;
— турбина работает при высокой температуре, поэтому срок службы масляного фильтра и масла сокращается в два раза, по сравнению с атмосферником;
— нужно постоянно следить за состоянием масла, меняя его с периодичностью, рекомендованной производителем, регулярно проверять воздушный фильтр — если он забился, это нарушит работу компрессора;

— повышенный расход топлива — в бензиновых двигателях с тубронаддувом для приготовления топливной смеси в цилиндрах используется большой объем воздуха, соответственно, подается больше горючего. Но это утверждение касается не всех типов турбодвигателей;
— турбина быстрее изнашивается, если сразу после остановки автомобиля отключать мотор. Чтобы продлить срок службы турбомотора, ему нужно дать немного поработать на холостых оборотах для охлаждения турбины.

Другие статьи

#Бачок ГЦС

Бачок ГЦС: надежная работа гидропривода сцепления

14.10.2020 | Статьи о запасных частях

Многие современные автомобили, особенно грузовые, оснащаются гидравлическим приводом выключения сцепления. Достаточный запас жидкости для работы главного цилиндра сцепления хранится в специальном бачке. Все о бачках ГЦС, их типах и конструкции, а также о выборе и замене этих деталей читайте в статье.

Система турбонаддува — принцип работы турбины, устройство турбокомпрессора автомобиля

Мощность двигателя автомобиля напрямую зависит от того, какое количество топлива и какой объем воздуха поступают в двигатель. Чтобы повысить мощность двигателя, логично увеличить количество этих компонентов. 

Просто увеличить количество топлива недостаточно, если при этом не увеличить объем воздуха, необходимого для максимально полного сгорания топлива. Использование турбокомпрессора дает возможность доставить больший объем воздуха в цилиндры, предварительно сжав его.

​

Принцип работы турбины двигателя таков: в цилиндры под давлением отработанных газов подается сжатый воздух, который вращает крыльчатку. Компрессор, расположенный на одном валу с крыльчаткой, нагнетает давление в цилиндр.

Турбонаддув от выхлопных газов – наиболее эффективная система увеличения мощности двигателя. Использование турбонаддува не увеличивает объем цилиндров и не влияет на частоту вращения коленвала.

Таким образом, помимо увеличения мощности, турбонаддув позволяет рационально расходовать топливо и уменьшить токсичность отработанных газов благодаря тому, что топливо сгорает полностью. 

Устройство турбокомпрессора автомобиля

Система турбонаддува используется не только в дизельных, но и в бензиновых двигателях.

Система турбонадува состоит из следующих элементов:

• Турбокомпрессора;
• Интеркулера;
• Перепускного клапана;
• Регулировочного клапана;
• Выпускного коллектора.

 

Принцип работы турбины дизельного двигателя

Работа дизельной турбины также основана на использовании энергии выхлопных газов. 

В общих чертах принцип работы турбины дизеля выглядит так.

От выпускного коллектора выхлопные газы направляются в приемный патрубок турбины, после попадают на крыльчатку, принуждая ее двигаться.  С крыльчаткой на одном валу расположен компрессор, который нагнетает давление в цилиндрах.

Основное отличие турбокомпрессорных агрегатов от атмосферных дизелей в том, что  здесь в цилиндры воздух подается принудительно и под высоким давлением. Поэтому на цилиндр попадает значительно большее количество воздуха. В сочетании с большим объемом подающегося топлива мы получаем прирост мощности порядка 25%. При этом пропорции воздушно-топливной смеси остаются неизменными.

Чтобы еще больше увеличить объем поступающего в цилиндры воздуха, используется интеркулер – устройство, предназначенное для охлаждения атмосферного воздуха перед подачей его в двигатель. Это позволяет за один цикл подать в цилиндр еще больше воздуха, так как, холодный, он занимает меньше места.

Технология турбонаддува используется в случаях, когда необходимо увеличить мощность мотора и при этом оставить неизменными его размеры и габариты.

Более наглядно схема работы турбины показана в этом видео:

 

 

 

Принцип работы дизельной турбины несколько отличается от работы турбины на бензиновом двигателе. В чем отличие? Давайте рассмотрим подробнее.

 

Отличие работы турбины бензинового двигателя

Основное отличие турбин бензинового двигателя от турбин дизельного в том, что последние раскручиваются с помощью выхлопных газов, температура которых достигает 850 градусов.  А турбина бензинового двигателя раскручивается с помощью газов, имеющих температуру от 1000 градусов. Имея одинаковый принцип работы, бензиновая турбина изготовлена из более жароустойчивых сплавов, нежели турбина дизельная.

Само строение бензиновой турбины также имеет некоторые отличия, в частности угол входа, крутка лопаток и т.д. По этой причине не стоит использовать дизельные турбины для наддува бензинового двигателя, впрочем, как и наоборот (подробнее в статье).

 

 

 Вернутся к списку «Статьи и новости»

Принцип работы турбины. Как работает турбонаддув в автомобиле

Принцип работы турбины. Как работает турбонаддув в автомобиле

Для более ясного представления о том, как работает турбина в автомобиле, прежде всего необходимо ознакомится с принципом работы двигателя внутреннего сгорания. Сегодня, основная масса грузовых и легковых автомобилей оснащаются 4-х тактными силовыми агрегатами, работа которых контролируется впускными и выпускными клапанами.

Каждый из рабочих циклов такого двигателя состоит из 4 тактов, при которых коленвал делает 2 полных оборота

 

Впуск — при этом такте осуществляется движение поршня вниз, при этом в камеру сгорания поступает смесь топлива и воздуха (если это бензиновый двигатель) или только воздуха в случае если это дизельный агрегат.

Компрессия — при этом такте происходит сжатие горючей смеси.

Расширение — на этом этапе происходит воспламенение горючей смеси при помощи искры, вырабатываемой свечами. В случае с дизельным двигателем, воспламенение осуществляется произвольно под действием высокого давления впрыска.

Выпуск — поршень двигается вверх, при этом освобождаются выхлопные газы.

Такой принцип работы двигателя определяет следующие способы повышения его эффективности:

— Установка турбонаддува
— Увеличение рабочего объёма двигателя
— Увеличение числа оборотов коленчатого вала двигателя

Как работает турбина в автомобиле?

 

 

 

Увеличение рабочего объёма двигателя

Увеличение объёма двигателя возможно двумя путями: либо увеличением объема камер сгорания, либо — увеличением количества цилиндров в силовом агрегате. Однако такой способ повышения мощности не совсем оправдан, так как имеет ряд недостатков, среди которых: повышенный расход топлива.

Увеличение числа оборотов коленчатого вала двигателя

Еще один возможный способ повышения производительности двигателя заключается в увеличении числа оборотов коленчатого вала. Это достигается путем увеличения количества ходов поршня за единицу времени. Но использование такого способа имеет жесткие ограничения, которые обусловлены техническими возможностями двигателя. Кроме этого, такая модернизация приводит к падению эффективности работы силового агрегата из-за потерь при впуске и других операциях.

Турбонаддув

В двух предыдущих способах двигатель использует воздух, который поступает благодаря собственному нагнетанию. При использовании турбокомпрессора в цилиндр поступает тот же объем воздуха но с предварительным его сжатием. Это дает возможность поступлению большего количества воздуха в цилиндр, благодаря чему появляется возможность сжигания большего объема топлива. При использовании такой технологии, мощность двигателя возрастает по отношению к количеству потребляемого топлива и объему двигателя.

Охлаждение воздуха

В процессе компрессии воздух может нагреваться вплоть до 180 С. Однако воздух имеет свойство увеличения плотности при охлаждении, что дает возможность значительно увеличить объем воздуха, попадающего в цилиндр. Кроме этого, увеличение плотности воздуха существенно снижает расход топлива и количество выбросов продуктов сгорания.

Также существует два разных типа турбонаддува: турбокомпрессор, основанный на использовании энергии выхлопных газов и турбонагнетатель с механическим приводом.

Турбонагнетатель с механическим приводом

В случае использования такого типа компрессии, воздух сжимается благодаря специальному компрессору, который работает от привода двигателя. Но такой метод имеет один большой недостаток. Все дело в том, что при использовании механического турбокомпрессора часть мощность двигателя уходит на обеспечение работы самого компрессора, по этому двигатель, оборудован таким нагнетателем, имеет больший расход топлива чем обычный двигатель такой же мощности.

Турбокомпрессор основанный на использовании энергии выхлопных газов

Такой метод основан на использовании энергии выхлопных газов, которая направлена на привод турбины. При использовании такого способа отсутствует механическое соединение с двигателем, благодаря чему потери мощности не происходит.

Основные преимущества двигателей с турбонаддувом

1) Турбодвигатель имеет меньшее показатели по расходу топлива нежели двигатель без турбины той же мощности и при прочих равных условиях.

2) Силовой агрегат с с турбонаддувом имеет заметно лучшие показатели соотношения веса двигателя к развиваемой им мощности.

3) Использование турбокомпрессора открывает новые возможности по оптимизации других параметров и характеристик двигателя, а также улучшения крутящего момента, что позволит избежать очень часто переключения передач при езде в пробках или гористой местности.

4) Турбодвигатели работают тише чем агрегаты такой же мощности без турбонаддува.

чего все боятся и как избежать проблем :: Autonews

Автопроизводители в последние годы все активнее переходят на турбированные двигатели: с одной стороны давят экологи, которые постоянно ужесточают нормы по выбросам, а с другой — конкуренты. Современный автомобиль должен быть не только мощным и быстрым, но еще и экономичным, чего атмосферные двигатели предложить уже не в состоянии.

В России переход на турбированные моторы многими автомобилистами воспринимается болезненно: такие двигатели более требовательны к качеству топлива, их нужно чаще обслуживать и, в конце концов, они сложнее и дороже в ремонте. Особенно это касается малообъемных двигателей с высоким КПД — современные технологии позволяют снять с мотора объемом 1,4-1,5 л до 200 лошадиных сил. У наддувного агрегата, безусловно, есть масса преимуществ, но важно помнить о нюансах его эксплуатации, чтобы избежать проблем.

Почему турбированные моторы считаются менее надежными?

Турбина под капотом уже давно не повод автоматически считать малообъемный мотор ненадежным. Часто наддувные двигатели выхаживают без серьезного ремонта такой же ресурс, что и атмосферники. Проблема — в феномене Low Speed Pre Ignition (LSPI), то есть преждевременном воспламенении смеси в цилиндре. Эффект изучают на разных уровнях более 15 лет — по сути это главный «ограничитель» удельной мощности современных моторов с турбиной.

Чем опасно преждевременное воспламенение?

Чаще всего проблема касается двигателей с непосредственным впрыском топлива, причем она может возникать не только на высоких оборотах, когда мотор фактически работает на пределе, но и в обычных условиях эксплуатации. Инженеры определили три этапа LSPI: предварительное зажигание в цилиндре, последующее распространение пламени и индуцированный суперстук в несгоревшей топливно-воздушной смеси. Все это приводит к повышенным нагрузкам на блок цилиндров и, как следствие, ведет к преждевременному выходу из строя. Чаще всего ломаются поршни — а это долгий и дорогостоящий ремонт.

Как решить проблему?

Советы вроде «не крутите мотор до отсечки» и «переключайтесь на низких оборотах» явно не панацея от LSPI. Эта проблема может возникнуть даже у самых аккуратных и неторопливых автомобилистов: не редки случаи, когда поршни ломались даже на трассе при движении с равномерной скоростью. Над решением феномена преждевременного воспламенения смеси в цилиндре работают инженеры ведущих автопроизводителей по всему миру. Преуспел в этом направлении и концерн General Motors, специалисты которого пришли к выводу, что необходимо экспериментировать в том числе с моторным маслом: именно правильно подобранное масло сможет снизить вероятность возникновения LSPI. В результате после многочисленных тестов GM начал использовать в своих моторах новый стандарт масла Dexos1 — GEN2.

Какое масло подходит под этот стандарт?

Сразу после разработки новой спецификации специалисты компании Motul изменили формулу моторного масла из флагманской линейки продуктов 8100 ECO-lite 5W30 в соответствии с новыми требованиями. Кроме того что масло Motul помогает снизить риск возникновения LSPI, оно еще уменьшает расход топлива и снижает уровень токсичности отработанных газов, что тоже очень важно. Моторное масло Motul ECO-lite 5W30 подходит для всех турбированных бензиновых двигателей.

Turbo Cleaner (Очиститель турбины) | Wynn’s Россия

DIESEL TURBO SERVE

Wynn’s Diesel Turbo Serve, профессиональный продукт для дизельных двигателей который очищает горячую часть турбины и разблокирует лопатки изменяемой геометрии крыльчатки.

DIESEL AIR INTAKE CLEANER

Очиститель воздухоприемной системы дизельного двигателя — чрезвычайно мощное средство для очистки и удаления сажи и прочих загрязнений. Эти отложения и грязь уменьшают поступление воздуха, ухудшают работу клапана рециркуляции отработанных газов (EGR), что в итоге может привести к его неисправности. Все это приводит к неэффективному сгоранию, неровным холостым оборотам, в некоторых случаях двигатель самопроизвольно глохнет.

DPF OFF-CAR CLEANING FLUSH

Wynn’s DPF Off-Car Cleaning Flush, для профессионального использования, быстро и эффективно очищает заблокированные сажевые фильтры со снятием.

Ice Proof (АНТИГЕЛЬ)

Wynn’s Ice Proof для дизельного топлива предназначен для:
1) улучшения текучести дизельного топлива при низких температурах
2) предотвращения появление, роста и оседания парафиновых кристаллов

Diesel System Purge (Промывка топливной системы)

Wynn’s Diesel System Purge создан для устранения грязи и отложений в системах впрыска дизельного топлива. Он должен быть использован с оборудованием Wynn’s RCP, FuelSystemServe или FuelServe.

Dry Fuel (Осушитель топлива)

Wynn’s Dry Fuel удаляет конденсат в топливной системе (применяется для бензиновых и дизельных двигателей).

Diesel Clean-Up

Wynn’s Diesel Clean-Up концентрированный продукт для очистки дизельной топливной системы, который добавляется в фильтр тонкой очистки.

Diesel EGR 3

Wynn’s Diesel EGR 3 — аэрозольный продукт разработанный для очистки воздухоприёмной системы всех дизельных двигателей.

Ремонт турбин дизельного и бензинового двигателя: как правильно отремонтировать турбину?

Сегодня огромное количество автовладельцев наслаждаются быстрой ездой на автомобилях с турбированными двигателями. С использованием турбокомпрессора показатель мощности возрастает на 30%, а то и 40%. К сожалению, как и любой механизм, турбина со временем изнашивается. И откладывать ремонт нельзя ни в коем случае. В конце концов это может привести к поломке самого двигателя. В статье мы расскажем, почему возникают неполадки, как их предотвратить, какие этапы включает ремонт и где можно отремонтировать турбину.

Почему может сломаться турбокомпрессор

Турбокомпрессор — это механизм, использующий кинетическую энергию выхлопных газов для сжатия и нагнетания воздуха в цилиндры двигателя. Он устанавливается в выхлопной системе между выпускным коллектором и выхлопной трубой. Турбокомпрессор устанавливают и на бензиновые двигатели, и на дизельные. Разница между ними состоит в температурных режимах работы. Рабочая температура бензиновой турбины выше на 200 градусов, поэтому для ее изготовления используют сплавы большей жаропрочности. По статистике, турбокомпрессор выходит из строя раньше остальных частей двигателя. Это связано с тем, что бесперебойная работа турбины сильно зависит от исправности всех систем автомобиля. При вращении до 250 000 оборотов в минуту и температуре до 1000 градусов она нуждается в безупречной работе систем охлаждения и смазки, топливной и выхлопной системы, системы вентиляции картерных газов. Турбокомпрессор — достаточно надежное устройство, и дефекты в его конструкции сами по себе не появляются. Повреждения, как правило, вызваны следующими причинами:

Некачественное или загрязненное масло. В процессе работы масло очень сильно загрязняется сажей от сгорания топлива. Если двигатель при 5000 оборотах в минуту еще может кратковременно «пережить» грязное масло, то для турбокомпрессора это неизбежная «смерть». Вал и подшипники при вращении испытывают значительную нагрузку, и любая твердая частица оставляет царапины. Для турбированных двигателей необходимо приобретать специальное моторное масло высокого качества. Оно будет создавать хорошую масляную прослойку между валом и подшипниками, что исключит сухое трение и повышенный износ.

Недостаточное количество масла. При уменьшении проходимости масла через турбокомпрессор резко повышается температура внутри корпуса. Из-за этого масло начинает сворачиваться, что в результате приводит к закоксовыванию внутренних лопаток турбины и трубок подачи и слива масла. Это может происходить по причине неисправности масляного насоса, деформации трубок подачи и слива или при недостаточном количестве масла в двигателе.

Попадание инородных частиц. В процессе всасывания компрессорным колесом воздуха в турбину могут попадать посторонние предметы (песок, грязь, мелкие насекомые). Это приводит к постепенной деформации и стачиванию лопастей крыльчатки. Поэтому необходима регулярная и своевременная замена воздушного фильтра. Турбинная крыльчатка может засоряться отколовшимися фрагментами клапанов и свеч накала, кусочками герметика. Такое воздействие оставляет трещины на коллекторе, приводит к дисбалансу ротора, в этом случае отремонтировать турбину двигателя уже практически невозможно.

Засорение выхлопной системы. Для повышения экологичности двигателей на современные автомобили часто устанавливают катализаторы и фильтры. Частой проблемой при наличии такой конструкции является уменьшение выхлопа за счет засорения катализатора. Уменьшение выхлопа создает неблагоприятное давление на вал турбокомпрессора и провоцирует быстрый износ подшипника. Чтобы избежать возникновения таких факторов, нужно менять катализатор каждые 150 000 км.

Несоблюдение условий эксплуатации. Благодаря особенностям своего строения турбокомпрессор очень «любит» масло. Но многие автолюбители допускают большие интервалы между его заменой (в российских условиях рекомендовано менять масло каждые 10 000 км). Также пагубное влияние оказывают так называемые «холодные запуски», когда перед движением автомобиля двигатель не успевает достаточно прогреться и масло не попадает в необходимых количествах на детали турбокомпрессора.

Как отремонтировать турбину: этапы процесса

О неисправности турбокомпрессора могут свидетельствовать увеличенный расход масла, снижение производительности двигателя, посторонние шумы и «нездоровый» черный выхлоп. Ремонт турбин двигателей — задача далеко не простая. Для ее решения необходимо специализированное оборудование и комплексная диагностика. Лучшим вариантом для получения полного анализа неполадок и качественного ремонта будет обращение в квалифицированный автосервис.

В технических центрах процесс ремонта турбокомпрессора состоит из следующих этапов:

• Специалисты проводят полную компьютерную диагностику электронных узлов для выявления ошибок и кодов неисправности с датчиков автомобиля.
• Осматривают турбину для проверки ее целостности; определяют, прослеживаются ли осевой люфт и потеря масла; оценивают состояние клапана вестгейта.
• Демонтируют и разбирают турбокомпрессор, проводят визуальную дефектовку.
• Разобранную турбину отправляют на чистку. Для начала ее отмывают в паровой высокотемпературной камере и в ультразвуковой ванне. Это снимает все масляные отложения и позволяет выявить образовавшиеся трещины. Затем неповрежденные детали турбокомпрессора отправляют на обработку в пескоструйную камеру. Мощная струя мелкодисперсного песка может удалить самые сложные загрязнения и налет. В конце проводится полировка деталей.
• Прошедшую все уровни очистки турбину отправляют на сборку. При необходимости вышедшие из строя детали заменяют на новые.
• Затем турбокомпрессор проходит три этапа балансировки. Сначала балансируется ротор, потом ротор с колесом и в последнюю очередь сам картридж.
• Далее турбину тестируют на специализированных стендах. Чтобы сымитировать рабочие условия двигателя, турбокомпрессор вращают до 180 000 оборотов в минуту при одновременной подаче масла под давлением. На данном этапе происходит выявление остаточного дисбаланса ротора.
• С помощью прибора-тестера анализируют состояние актуаторов — электронных или механических клапанов.
• Отремонтированную турбину устанавливают на автомобиль, проверяют патрубки и интеркулер на герметичность с помощью дымогенератора. На всех этапах ремонта турбокомпрессора должна соблюдаться идеальная чистота, ведь даже мельчайшие частицы грязи могут привести к быстрому износу запчастей.
• Проводят повторную компьютерную диагностику.

В процессе ремонта бензиновых турбин могут быть выявлены неполадки в работе катализатора. Как правило, это происходит из-за его постепенного засорения продуктами переработки топлива. Вышедший из строя катализатор необходимо в первую очередь демонтировать. Далее можно заменить неисправный агрегат на новый. Однако катализатор стóит очень дорого, так что автовладельцы в основном прибегают к более бюджетному способу решения проблемы — после удаления агрегата блок управления двигателем перепрошивается[1]. На этапе ремонта турбин дизельных двигателей такой же процедуре подвергается сажевый фильтр.

Важным условием для правильной работы турбокомпрессора является исправность клапана ЕГР. ЕГР (от англ. Exhaust Gas Recirculation) — это система, отвечающая за снижение уровня выброса оксидов азота. Как и в случае с катализаторами и сажевыми фильтрами, клапан ЕГР тоже подвержен засорению. Также причиной ухудшения его работы может быть неисправность датчика положения или протечка охладителя системы. Своевременные мероприятия по уходу за катализатором или сажевым фильтром, клапаном ЕГР значительно продлят срок службы турбокомпрессора и предотвратят многие возможные причины поломки.

Можно ли самому отремонтировать турбину

Некоторые владельцы авто считают, что ремонт турбины двигателя не требует обращения в специализированные сервисы. Обладая элементарными навыками автомеханика, можно испробовать вариант восстановления турбокомпрессора в «домашних» условиях. В идеале грамотное устранение неполадок начинается с их обнаружения. Но без специального оборудования допустить ошибку крайне легко. Выше мы описали весь перечень действий, которые проводят технически оснащенные сервисы. Понятное дело, что самостоятельно получится воспроизвести далеко не все этапы, требуемые для ремонта турбины.

Как правило, «домашний» ремонт включает в себя демонтаж, разборку, очистку специальным раствором, визуальную дефектовку, замену необходимых деталей, сборку и монтаж. Успех такого мероприятия имеет место, но далеко не во всех случаях. Например, если проблема заключалась в загрязнении и закоксовке некоторых деталей, самостоятельное восстановление может дать положительный результат. Но в любом случае при сборке, не имея специализированного стенда, можно допустить серьезные ошибки в балансировке ротора и картриджа. К тому же не получится произвести необходимую компьютерную диагностику для выявления общей картины неполадок.

Водителю, решившемуся на самостоятельный ремонт турбокомпрессора, лучше не спешить и взвесить все за и против. Желание сэкономить может обернуться еще бóльшими финансовыми тратами. Неправильно отлаженная турбина способна нанести значительный урон двигателю, вплоть до его полного выхода из строя. Даже имея хорошие знания автомеханики, легко допустить ошибку из-за отсутствия необходимого оборудования. Риск нанести двигателю еще больший вред и отсутствие гарантий — серьезные аргументы не в пользу непрофессионального вмешательства.

Ремонт и восстановление турбин — неизбежная процедура для каждого автолюбителя, использующего турбированный двигатель. В этом деле не стоит рисковать с самостоятельным ремонтом или обращаться в сомнительные СТО. Оптимальным вариантом будет доверить автомобиль квалифицированным сервисам.

В чем разница между турбинными двигателями?

Турбореактивный двигатель GEnx в настоящее время используется в самолетах Boeing 747-8 и Boeing 787 Dreamliner. В двигателе, который на 15% более экономичен по сравнению с двигателем GE CF6, используются лопасти вентилятора из углеродного волокна и корпус вентилятора для снижения веса. (Предоставлено GE Aviation)

Газовая турбина — одна из наиболее широко используемых форм силовых установок для современных авиационных двигателей. Ядро двигателя, определяемое как компрессор, горелка и турбина, также известно как газогенератор, поскольку на выходе получается горячий выхлопной газ.Компрессор и турбина определяются как турбомашины, в которых энергия добавляется или извлекается из непрерывного потока за счет динамического и аэродинамического действия вращающихся лопастей.

Общие детали турбинного двигателя

Впуск

Впускное отверстие двигателя нагнетает «свободный поток воздуха» в двигатель. Воздухозаборник предназначен для замедления скорости поступающего воздуха и преобразования его кинетической энергии в статическое давление.

На этом разрезе типичного реактивного двигателя показаны сечения, разделенные на две части: холодную и горячую.Горячая секция — это когда горение происходит за счет добавления топлива в воздушный поток, поступающий от впуска холодной секции.

• Дозвуковые воздухозаборники: Дозвуковые самолеты не превышают скорость звука. Повышение давления можно максимизировать, используя либо более длинный диффузор, либо больший угол расхождения диффузора (соотношение площадей диффузора).

Схема потока для дозвукового входа разделена на внешний (внешний / входной) и внутренний сегменты. Внешнее ускорение происходит при работе на низкой скорости с высокой тягой (т.е., условия взлета), что увеличивает скорость на входе и снижает давление на входе. Следовательно, зона входа спроектирована так, чтобы минимизировать внешнее ускорение во время взлета, так что внешнее замедление происходит в крейсерских условиях. На типичном дозвуковом входе поверхность входа представляет собой непрерывную гладкую кривую, имеющую некоторую толщину изнутри наружу. Впускная губа или выступ, самая верхняя часть впускного отверстия, относительно толстая.

• Сверхзвуковые воздухозаборники: Сверхзвуковые самолеты по-прежнему должны замедлять поток до дозвуковых скоростей до того, как воздух достигнет компрессора.Когда воздушный поток достигает торца двигателя, он имеет число Маха от 0,4 до 0,7. Диффузия потока от сверхзвукового к дозвуковому потоку, также известная как возврат плунжера, включает в себя удары. Обычный воздухозаборник — это простейший сверхзвуковой диффузор. Амортизаторы с узкой входной кромкой используются для одиночного нормального скачка (90 ° перпендикулярно потоку) при значениях Маха менее 1,6.

Наклонные впускные отверстия для амортизаторов обеспечивают более высокое восстановление общего давления. Сверхзвуковое торможение потока достигается серией косых скачков (под определенным углом к ​​потоку), за которыми следует слабый прямой скачок.В косом ударе сверхзвуковой поток превращается в себя; по мере увеличения числа косых скачков уплотнения ударные потери уменьшаются, особенно при высоких числах Маха.

Осесимметричный вход внешнего сжатия представляет собой диффузор конической формы, создающий конический скачок уплотнения. Из-за того, что обтекание конуса по своей природе является трехмерным, поле потока между скачком уплотнения и конусом больше не является однородным. Эффект приводит к более слабой ударной волне, чем для клина того же угла.

Компрессор

Компрессоры используются для повышения давления воздуха перед его поступлением в камеру сгорания.

• Центробежные компрессоры: Эти компрессоры использовались в первых реактивных двигателях и до сих пор используются в турбореактивных и турбовальных двигателях. Они поворачивают воздушный поток перпендикулярно оси вращения. Вращающееся рабочее колесо перемещает воздух, который собирается в улитке или улитке. Между крыльчаткой и улиткой может быть диффузор.

• Осевые компрессоры: Вместо перпендикулярного потока в осевых компрессорах воздух проходит параллельно оси вращения.Компрессор состоит из нескольких рядов роторов и статоров; которые представляют собой серию воздушной фольги. Роторы соединены с центральным валом и вращаются с высокой скоростью, сообщая жидкости угловой момент. Статоры закреплены, которые соединяются с внешним кожухом, увеличивают давление, не позволяя потоку закручиваться по спирали вокруг оси, возвращая его к параллельной оси (действуя как диффузоры). Длина лопаток и площадь кольцевого зазора уменьшаются по всей длине компрессора, уменьшая проходное сечение.Это компенсирует увеличение плотности жидкости при ее сжатии.

Горелка

Горелка или камера сгорания расположена между компрессором и турбиной, как кольцевое пространство. Здесь топливо смешивается с воздухом под высоким давлением и сжигается, чтобы создать высокотемпературный выхлопной газ, который вращает силовую турбину и создает тягу. Некоторые из желаемых свойств горелок заключаются в достижении полного сгорания с минимальными выбросами выхлопных газов, низкой общей потере давления, низкой потере тепла через стены и эффективном охлаждении.Однако многие из этих свойств конкурируют друг с другом; следовательно, оптимальная конструкция горелки — это один из компромиссов.

• Канально-кольцевые камеры сгорания: Состоящие из серии цилиндрических горелок, расположенных вокруг общего кольцевого пространства, камеры сгорания с кольцевым каналом работают независимо друг от друга. На входе в каждую камеру установлен диффузор, который может снижать скорость от типичного выхода компрессора (100-150 м / с) до средней скорости объемного потока (20-30 м / с) в зоне горения.Он подает воздух в зону горения в виде стабильного и однородного поля потока. Это более старый метод конструкции горелки.

• Кольцевые камеры сгорания: Более современная конструкция — кольцевые камеры сгорания. Это одиночная горелка с кольцевым поперечным сечением, которая подает газ на турбину. Сама зона горения занимает кольцевое пространство. Улучшенная зона горения обеспечивает однородность, простоту конструкции, уменьшенную линейную площадь поверхности и меньшую длину системы.

Турбина

Турбина похожа на компрессор тем, что состоит из нескольких рядов роторов и статоров.Ступень турбины начинается с ряда неподвижных лопаток, называемых направляющей лопаткой сопла, за которым следует ряд вращающихся лопаток. Турбина преобразует тепловую энергию в кинетическую энергию за счет расширения через сопла, а затем в механическую энергию вращения во вращающемся роторе.

В потоке турбины преобладают благоприятные градиенты давления. Изменения давления могут быть довольно значительными, а пограничные слои в турбине менее подвержены срыву по сравнению с компрессором. Охлаждение турбин — серьезная проблема; таким образом, они предназначены для работы в высокотемпературных и агрессивных средах.

Сопло

Функция сопла заключается в преобразовании тепловой энергии в кинетическую энергию для получения высокой скорости выхлопа. Тяга сопла, или полная тяга, складывается из импульса и давления. Максимальная общая тяга — это когда форсунка полностью расширена или давление окружающей среды равно давлению выхлопных газов.

• Дозвуковое сопло: Для ускорения дозвукового потока поперечное сечение канала должно уменьшаться в направлении потока.Когда воздуховод заканчивается с наименьшим поперечным сечением, в результате получается сужающееся сопло. Давление на выходе из сопла ниже атмосферного. В результате поток ускоряется или расширяется до атмосферного или местного давления на выходе. Чем выше летит самолет, тем больше увеличивается скорость в соответствии с более низким атмосферным давлением. Предел достигается, когда струя выходит со звуковой скоростью и сопло считается забитым. Как только состояние засорения реализуется, массовый расход сопла достигает максимума, и условия остаются неизменными независимо от снижения давления окружающей среды.Следовательно, сужающееся сопло никогда не может создать сверхзвуковой поток.

• Сверхзвуковое сопло: Для высоких скоростей выхлопа, необходимых для сверхзвукового полета, используется сходящееся-расширяющееся (CD) сопло для создания сверхзвуковой скорости истечения. Конструкция сопла CD состоит из сужающегося канала, за которым следует расходящийся канал. Увеличение площади поперечного сечения сопла ЦД ускоряет сверхзвуковой поток. Сверхзвуковое сопло или сопло CD требует большой разницы давлений для ускорения газа до сверхзвуковой скорости в горловине и дальнейшего создания сверхзвукового потока в расширяющейся части CD.Значительный перепад давления может быть создан за счет снижения противодавления или давления на выходе из окружающей среды ниже по потоку.

Регулируемые сопла позволяют сверхзвуковому летательному аппарату адаптироваться к изменяющимся условиям давления окружающей среды и настройкам мощности двигателя для сверхзвукового полета. Насадки с адаптацией к высоте могут изменять форму угла наклона кромки сопла для достижения оптимальной производительности.

Проблема возникает, когда сопло слишком или недостаточно расширено. В условиях недостаточного расширения давление падает на волнах расширения, и выхлопной шлейф расширяется за выходное отверстие сопла, снижая эффективность на больших высотах.Для чрезмерно расширенных сопел давление возрастает через наклонные скачки уплотнения и смесь суб / сверхзвукового потока. Выхлопной шлейф зажимается высоким давлением окружающего воздуха, что снижает его эффективность на малых высотах. Чрезмерное расширение может привести к образованию областей со сложной волновой структурой в шлейфе, которые создают бело-желтое люминесцентное свечение, поскольку низкое давление выхлопных газов пытается соответствовать высокому окружающему давлению.

Турбореактивный двигатель

Турбореактивный двигатель — самый простой тип газовой турбины.Большое количество окружающего воздуха втягивается во впускное отверстие двигателя за счет компрессора. В задней части воздухозаборника воздух поступает в компрессор. Давление увеличивается по мере прохождения воздухом рядов лопастей. На выходе из компрессорной секции давление воздуха выше, чем в набегающем потоке. В секции горелки топливо смешивается с воздухом и воспламеняется. Горячий выхлоп происходит в основном из окружающего воздуха и проходит через турбину, когда выходит из горелки. Турбина извлекает энергию из горячего воздушного потока, заставляя лопасти вращаться в потоке.В реактивном двигателе энергия, извлекаемая турбиной, вращает компрессор, связывая его и турбину с центральным валом. Остальная часть горячего выхлопа используется для создания тяги за счет увеличения его скорости через сопло. Поскольку скорость на выходе больше, чем скорость набегающего потока, создается тяга. В поток добавляется очень мало топлива, поэтому массовый расход на выходе почти равен массовому расходу набегающего потока.

Турбовинтовой двигатель

В турбовинтовом двигателе горячий выхлоп используется для вращения гребного винта, а не для создания тяги на выходе из двигателя.

Двумя основными частями турбовинтовой силовой установки являются основной двигатель и воздушный винт. Основной двигатель очень похож на турбореактивный, за исключением того, как он обрабатывает энергию выхлопных газов. Вместо того, чтобы расширять горячий выхлоп через сопло для создания тяги, турбовинтовой двигатель использует большую часть энергии выхлопа для вращения турбины. Дополнительная ступень турбины может быть соединена с приводным валом, который, в свою очередь, соединен с коробкой передач. Пропеллер соединяется с коробкой передач, которая производит большую часть тяги.

Тяга, создаваемая скоростью выхлопа, мала, потому что большая часть энергии выхлопа сердечника используется для вращения приводного вала. Турбовинтовые (и турбовентиляторные) двигатели обычно имеют двухконтактный двигатель, в котором отдельная турбина и вал приводят в действие вентилятор и коробку передач соответственно. Турбовинтовые самолеты используются только для низкоскоростных самолетов, например грузовых. По мере увеличения скорости самолета пропеллеры становятся менее эффективными.

Турбореактивный двигатель

Пратт

Современные авиакомпании используют турбовентиляторные двигатели для движения своих самолетов по воздуху.Это связано с их высокой тягой и топливной экономичностью. Турбореактивный двухконтурный двигатель — это самая современная разновидность базовой газовой турбины. В турбовентиляторном двигателе два вентилятора окружают основной двигатель. Один вентилятор находится в передней части основного двигателя, а другой — в задней части. Вентилятор и турбина вентилятора соединены с дополнительным валом вентилятора. Вал вентилятора проходит через стержневой вал в двухзолотном двигателе. Для повышения эффективности некоторые двигатели имеют дополнительные золотники.

Турбореактивный двухконтактный двигатель захватывает входящий воздух на входе.Часть воздуха проходит через вентилятор в основной компрессор, а затем в горелку. Отвод тепла проходит через сердечник, турбины вентилятора и выходит из сопла. Этот процесс повторяет процесс турбореактивного двигателя. Остальной входящий воздух перенаправляется вокруг двигателя после прохождения вентилятора. Воздух, проходящий через вентилятор, имеет немного более высокую скорость, чем набегающий поток.

Отношение воздуха, перенаправляемого вокруг двигателя, к воздуху, проходящему через сердечник, известно как коэффициент перепуска.Турбореактивные двигатели с малой степенью двухконтурности более экономичны, чем базовый турбореактивный двигатель. Турбореактивный двигатель создает большую тягу для почти равного количества топлива, используемого активной зоной, потому что расход топлива немного изменяется при добавлении вентилятора. В результате турбовентилятор отличается высокой топливной экономичностью.

Воздух, проходящий через сердечник, а также воздух, проходящий вокруг двигателя, составляют тягу. Вследствие того, что входное отверстие закрывает передний вентилятор и имеет множество лопастей, он может эффективно работать на более высоких скоростях, чем простой пропеллер.

Турбореактивный двигатель дожигания

Это изображение показывает Пратт Форсажные камеры

используются в сверхзвуковых самолетах, таких как Concorde, и выключаются после достижения крейсерской скорости. Многие современные истребители используют турбовентиляторные двигатели с малой степенью двухконтурности, оснащенные форсажными камерами для эффективных крейсерских условий и создания высокой тяги для воздушных боев, а на турбореактивных самолетах — для полета на сверхзвуковых скоростях, преодолевая резкое увеличение лобового сопротивления, близкое к скорости звука. Форсажная камера впрыскивает топливо непосредственно в горячий выхлоп.Сопло базового турбореактивного двигателя удлиняется и после сопла устанавливается кольцо пламегасителей. Дополнительное топливо впрыскивается через обручи в поток горячего выхлопа. Горящее топливо создает дополнительную тягу, но с неэффективной скоростью.

Горящее топливо предлагает простой механический способ увеличения тяги, но с неэффективной скоростью. Расчет тяги такой же, как у обычного турбореактивного двигателя, за исключением того, что значение тяги на выходе — это тяга на выходе из форсажной камеры.

Уравнения тяги:

F _{Turbojet или форсажный турбореактивный} = á¹ _e â € ™ V _e — á¹ _FS â € ™ V _FS 9014 Турбовинтовой = á¹ _FS ™ ( V _Pe — V _FS ) + á¹ _e ∠™ ( V _e — V _Pe )
F _{Турбореактивный двухконтактный двигатель} = á¹ _e â € ™ V _e — á¹ _FS ∠™ V _FS + bpr ∠™ á¹ _c ∠™ V _f

где:
á¹ _FS = массовый расход набегающего потока воздуха
á¹ _e = массовый расход воздуха на выходе из активной зоны
á¹ _c = масса расход горячего выхлопа, проходящего через сердечник
á¹ _f = массовый расход потока вентилятора или байпасного потока
V _f = скорость воздуха на выходе из вентилятора
V _e = скорость воздуха на выходе из сердечника
V _Pe = скорость воздуха на выходе из гребного винта
V _FS = скорость набегающего потока воздуха
Ve = скорость воздуха на выходе из активной зоны
барр. = коэффициент байпаса, равный á _f / á _c

Ищете запчасти? Зайдите в SourceESB.

Что такое турбинный двигатель?

Drive и его партнеры могут получать комиссию, если вы покупаете продукт по одной из наших ссылок. Подробнее.

Газотурбинные двигатели, которые чаще всего оглушают на заднем ряду коммерческих рейсов по пересеченной местности, также используются в автомобилях и прототипах автомобилей уже более 60 лет. Если вам, дорогой читатель, кажется, что использование оглушающей лопасти вентилятора со скоростью 50 000 об / мин для питания вашего повседневного драйвера кажется плохой идеей, вы будете правы!

В автомобилях турбины обычно применялись одним из двух способов.Они могут использовать систему с прямым приводом, в которой двигатель напрямую приводит в движение колеса через трансмиссию, как и в случае с типичным двигателем внутреннего сгорания, или гибридную систему, в которой турбина приводит в действие систему электродвигателей в автомобиле.

Сложность всегда была проблемой, и это не мешало множеству различных производителей, больших и малых, пытаться внедрить новую технологию. команды Сегодня Привода находится здесь, чтобы помочь вам понять, как эти неоспоримо охладиться неудачные эксперименты пытались изменить автомобильный ландшафт.

Тойота

Toyota Sports 800 Газотурбинный гибридный концепт

Что такое газотурбинный двигатель и как он работает?

Газотурбинные двигатели бывают разных вариантов, но все стили имеют три важных компонента: вентилятор компрессора для раскрутки поступающего воздуха до высокого давления, камера сгорания, в которой топливо сжигается для питания системы, и турбина, вращающаяся за счет сжигания топлива. .

Как работает газотурбинный двигатель?

Турбина соединена с компрессором с помощью вала, поэтому, когда топливо сгорает и турбина вращается, компрессор активно втягивает больше воздуха и проталкивает его в камеру сгорания, поддерживая поток энергии. Он аналогичен по концепции турбонагнетателю, за исключением того, что он не приводится в движение внешним потоком воздуха — выхлопными газами работающего двигателя — он полностью автономен.

Турбинные двигатели в турбовинтовых двигателях и турбовентиляторных двигателях с высокой степенью байпасирования чаще всего встречаются людьми, не относящимися к военным приложениям, поскольку они используются в гражданских самолетах.Они хорошо подходят для использования в полете, поскольку побочным продуктом камеры сгорания с чрезвычайно высоким давлением является высокоскоростной выхлопной газ, который можно использовать для создания тяги. ТРДД с малым байпасом часто используются в современных военных реактивных истребителях. Эти турбины часто соединены со второй камерой впрыска топлива и камерой сгорания после турбины. Эта система, известная как форсажная камера, обеспечивает чрезвычайно высокую тягу за счет высокого расхода топлива и высокой температуры — в очереди Кенни Логгинс .

Независимо от того, в каком применении, турбины чрезвычайно популярны для полета, потому что их высокая степень сжатия отлично работает даже в более тонких воздушных милях над Землей, их относительно стабильная рабочая скорость хорошо подходит для многочасового крейсерского полета на высоте, а их высокая тяга позволяет более эффективно использовать топливо.

Так что же побудило инженеров использовать их для приложений, связанных с землей, где ни одно из этих преимуществ не применимо?

Зачем нужен газотурбинный двигатель?

Турбинные двигатели имеют несколько веских причин рассматривать их для наземного использования.Во-первых, они имеют относительно мало движущихся частей по сравнению с поршневыми двигателями внутреннего сгорания и в результате теоретически более надежны.

Вторая причина — абсурдно высокий крутящий момент на низких оборотах от относительно небольшого корпуса из-за диапазона мощности газовых турбин. По этой причине газовые турбины превалируют в тепловозах для дизель-электрических поездов, где высокий крутящий момент ценится при длительном запуске.

Последняя причина в том, что они часто могут работать практически на любом типе топлива, будь то бензин, дизельное топливо, а в случае президента Мексики и его демонстрации технологии Chrysler Turbine в 60-х годах на текиле — вы знаете ты тоже только что услышал эту песню в своей голове.

Тойота

Гибридная система с газовой турбиной Toyota

Кто начал использовать газотурбинные двигатели?

Газотурбинные двигатели для автомобильной промышленности существуют как концепция, по крайней мере, с конца Второй мировой войны. Однако первый газотурбинный двигатель для дорожного движения был построен и приводится в действие британским производителем Rover на JET1, разработанном в 1950 году.

JET1 был концептуальным родстером с турбинным двигателем с прямым приводом, который должен был стать первой из многих моделей турбины Rover, которые появятся позже, но его преследовали ужасный пробег (около 6 миль на галлон) и относительно медленное ускорение, которое удерживало их от выпуск серийных моделей в последующие десятилетия после его постройки.

В течение 50-х годов компания Chrysler широко исследовала газовую турбину, даже дооснастив Plymouth 1954 года турбинным двигателем и проехав на нем по США в качестве рекламного трюка и испытательного упражнения.В 1963 году они разработали самый известный и широко выпускаемый автомобиль с газотурбинным двигателем, получивший соответствующее название Chrysler Turbine.

Было построено 50 дорожных моделей, которые были переданы представителям общественности в бесплатную двухлетнюю аренду, с накоплением 1,1 миллиона миль за период с 1964 по 1966 год. Они страдали от тех же проблем, что и JET1, когда водители жаловались на плохое качество. расход топлива, чрезвычайно медленное ускорение и высокий уровень шума турбины Redline на 60 000 об / мин. Когда Chrysler законсервировал проект Turbine, все, кроме девяти оригинальных автомобилей с кузовом Ghia, были уничтожены, чтобы предотвратить ущерб компании из-за связей с общественностью.

В 70-х годах Toyota попыталась использовать гибридную систему с газовой турбиной в нескольких концепциях, включая Century и Sports 800. Вместо прямого привода колес, как в JET1 и Chrysler Turbine, газовая турбина приводила в действие генератор, который создавал электричество, которое может быть отправлено непосредственно на двигатели на задних колесах или сохранено в аккумуляторном блоке для последующего использования.

Эта система была разработана, чтобы избежать чрезвычайно низких скоростей разгона и потенциальных проблем с запуском / остановом при прямом подключении турбины к трансмиссии, но система аккумуляторов и сложность почти удвоили вес Sports 800, потеряв при этом более половины лошадиных сил.Toyota отказалась от исследований газотурбинных гибридных двигателей в начале 1980-х годов и разделила исследования гибридных двигателей и разработку турбин в отдельные подразделения.

Совсем недавно в продажу поступил турбинный супербайк Marine Turbine Technologies, известный как Y2K в год своего дебюта. С газотурбинным двигателем Rolls Royce 250-C18 он выдает ошеломляющие 320 л.с. и крутящий момент 425 фут / фунт и является рекордсменом Гиннеса как самый дорогой и мощный серийный мотоцикл из когда-либо построенных. Заявленная максимальная скорость составляет 227 миль в час, но испытание этой безумной поездки обойдется вам в 270 000 долларов.Это также было показано в ужасно ужасном фильме «Крутящий момент».

Билд Бундесархив

Когда появились газовые турбины?

Газотурбинные двигатели существуют как концепция с 1000 года нашей эры, в древнем Китае, когда нагретый воздух использовался для вращения того, что мы теперь называем турбиной, для приведения в действие движущихся произведений искусства, которые будут демонстрироваться на фестивалях в ночное время. Патенты на более современные газотурбинные двигатели датируются 1791 годом, когда Джон Барбер запатентовал элементарную конструкцию двигателя безлошадной повозки, но газотурбинный двигатель не достиг промышленного успеха до 1939 года, когда в Швейцарии была запущена электростанция Невшатель.

В том же году Heinkel He 178 совершил полет как первый в мире самолет с чисто турбореактивным двигателем, и, несмотря на проблемы с полетным временем и надежностью, он проложил путь к послевоенной эре реактивных двигателей, поскольку многие другие производители двигателей усовершенствовали и усовершенствовали реактивный самолет. концепция более поздних самолетов ближе к концу войны.

Немецкий Messerschmitt Me 262 стал первым действующим реактивным самолетом в 1944 году, следуя по стопам He 178, и, хотя его использование было ограничено после распада Третьего рейха, он действительно доказал, что самолеты с турбинными двигателями были здесь, чтобы оставаться такими, какими они хвастались. максимальная скорость почти на сотню миль в час превышала скорость самого быстрого поршневого самолета союзников того времени.

Ягуар

Какие модели в настоящее время оснащены газотурбинными двигателями?

Газотурбинные двигатели в настоящее время не используются для серийных автомобилей. Наиболее близким к производству в недавнем прошлом был концепт Jaguar CX75, в котором для питания электрической гибридной системы использовались микротурбины, работающие на дизельном топливе, но автомобиль был списан по мере обострения финансового кризиса.

Вышеупомянутый супербайк Y2K является единственным наземным транспортным средством для использования на дорогах, которое можно приобрести, но они построены на заказ и имеют производственные номера, выражаемые однозначными числами в год.

Тони Скотт

Что такое гоночная история газотурбинных двигателей?

Газотурбинные двигатели неоднократно экспериментировались в гонках, поскольку основные проблемы, с которыми сталкивались потребители (а именно, низкий расход топлива и шум), были гораздо меньшими проблемами для гоночных команд.

Самые успешные автомобили были выставлены гоночной командой STP на различных гонках Инди в 60-х годах, начиная с модели STP Paxton Turbocar, управляемой Парнелли Джонсом.Приведенный в действие газотурбинным вертолетным двигателем ST6, расположенным слева от водителя, он производил 550 лошадиных сил, имел привод на четыре колеса и имел управляемый водителем воздушный тормоз для замедления. Автомобиль был быстрым — лидировал почти на всех 196 кругах гонки Индианаполис 500 1967 года — но отказ подшипника вынудил сойти с дистанции, оставив восемь миль до конца гонки. В 1968 году машина была разбита во время тренировок и больше никогда не участвовала в гонках.

Lotus 56 последовал за ним по пятам, пытаясь выиграть Indianapolis 500 с культовым клиновидным профилем открытых колесных автомобилей Lotus на десятилетие вперед, но с тем же газотурбинным двигателем ST6, который приводил в движение STP Paxton Turbocar.Несмотря на правила USAC (руководящий орган гонок Indy в то время), предписывающие размеры воздухозаборников, которые почти полностью исключили автомобили с турбинным двигателем из гонок, 56 попытался восполнить недостаток мощности с помощью усовершенствованной подвески и сложной аэродинамики.

Автомобиль, к сожалению, убил водителя Майка Спенса, когда он неправильно рассчитал поворот на практике и врезался в стену поворота. Кэрролл Шелби немедленно отозвал свои другие автомобили с турбинным двигателем из 500, заявив, что невозможно безопасно сделать гоночный автомобиль с турбинным двигателем конкурентоспособным.USAC быстро перешел к полному запрету газотурбинных автомобилей в Инди, и это означало смерть 56-го. Он недолго прожил в сезоне F1 1971 года, но так и не добился успеха.

Интересные факты о газотурбинных двигателях

Вы знаете, что хотите больше фактов о газотурбинных двигателях!

• Chrysler Turbine 1963 года имела скудные 130 л.с., но шокирующие 425 фунт / фут крутящего момента. в состоянии покоя.
• Me 262 во время Второй мировой войны имел коэффициент уничтожения более 5: 1 в период его использования, при этом было уничтожено 542 самолета союзников и всего было уничтожено 100 Me 262.
• Lotus 56, пилотируемый Майком Спенсом, показал второй самый быстрый круг в истории автодрома Индианаполиса в 1968 году — 169,6 миль в час — всего за несколько часов до того, как убил Спенса.
• Volkswagen однажды построил прототип автобуса-эркера с турбинным двигателем, который они намеревались производить, когда эффективность и стоимость будут удовлетворительными… все еще ждут этого.
• Турбинный автомобиль Howmet TX по сей день является единственным автомобилем с турбинным двигателем, который выиграл гонку — две региональные гонки SCCA в 1968 году.

Давайте поговорим, комментарий ниже, чтобы поговорить с редакторами

The Drive !

Мы здесь, чтобы быть экспертами во всем, что связано с практическими рекомендациями.Используйте нас, хвалите нас, кричите на нас. Прокомментируйте ниже, и давайте поговорим! Вы также можете написать нам в Twitter или Instagram, вот наши профили.

Джонатон Кляйн: Twitter (@ jonathon.klein), Instagram (@jonathon_klein)

Тони Маркович: Twitter (@T_Marko), Instagram (@t_marko)

Крис Тиг: Twitter (@TeagueDrives), Instagram (@TeagueDrives)

Тони Скотт: Twitter (@mikurubaeahina), Instagram (@reimuracing)

Видео

Посмотрите видео полностью работоспособного автомобиля Chrysler Turbine 1963 года Джея Лено ниже!

Типы газовых турбин

Чтобы самолет двигался по воздуху, мы должны использовать какую-то двигательную установку для создания тяги.Наиболее широко используемые формой силовой установки современного самолета является газовая газотурбинный двигатель. Турбинные двигатели бывают самых разных форм.

На этой странице показаны компьютерные чертежи четырех различных вариантов газотурбинный или реактивный двигатель. Хотя каждый из двигателей отличается, у них есть некоторые общие части. Каждый из в этих двигателях есть секция сгорания (красный), компрессор (голубой), турбина (пурпурный) и вход и сопло (серый). Компрессор, горелка и турбина называются основной двигателя, так как все газовые турбины имеют эти составные части.Активная зона также обозначается как газогенератор так как на выходе из активной зоны идет горячий выхлопной газ. Газ пропущен через сопло для создания тяги турбореактивного двигателя, при этом он используется для привода турбины (зеленого цвета) ТРДД и турбовинтовых двигателей. Поскольку компрессор и турбина связаны центральным валом и вращаются вместе, эта группа деталей назвал турбомашин . Работа турбореактивный дожигающий турбореактивный двигатель, турбовентилятор и турбовинтовые двигатели описаны на отдельные страницы.

Благодаря своей высокой выходной мощности и высокому тепловому КПД газотурбинные двигатели также используются в самых разных приложениях, не связанных с аэронавтикой. Подключение главный вал двигателя к электромагниту будет вырабатывать электроэнергию. Газовые турбины также может использоваться для питания кораблей, грузовиков и военных танков. В этих приложениях главный вал соединен с коробкой передач (очень похож на турбовинтовой), и получившаяся силовая установка называется турбовальный двигатель .В конце 1960-х гоночные автомобили с турбовальным двигателем соревновались в Indy 500.

Вы можете изучить конструкцию и работу различных турбин. движок с помощью интерактивного EngineSim Java-апплет. Вы можете выбрать тип двигателя и варьировать любой из параметров, которые влияют на тягу и расход топлива.

---

Действия:

---

Экскурсии с гидом

• Реактивные двигатели:

Навигация..

Руководство для начинающих Домашняя страница

Газовая турбина

Эта страница предназначена для учащихся колледжей, старших и средних школ. Для младших школьников более простое объяснение информации на этой странице: доступно на Детская страница.

---

Тяга — это сила, которая перемещает любой самолет по воздуху.Тяга создается силовая установка самолета. Различные двигательные установки развивают тягу в разными способами, но вся тяга создается через некоторые применение третьего закона Ньютона движение. На каждое действие есть равная и противоположная реакция. В любой двигательной установке рабочая жидкость ускоряется системой и реакция на это ускорение создает силу в системе. А общий вывод уравнения тяги показывает, что величина создаваемой тяги зависит от массовый поток через двигатель и скорость на выходе газа.

Во время Второй мировой войны был разработан двигатель нового типа. самостоятельно в Германии и в Англии. Этот двигатель назывался . газотурбинный двигатель . Мы иногда называем этот двигатель реактивным . двигатель . Ранние газотурбинные двигатели работали во многом как ракетный двигатель создавая горячий выхлопной газ, который проходил через сопло производить тягу. Но в отличие от ракетного двигателя, который должен нести кислород для сгорания, газотурбинный двигатель получает кислород из окружающего воздуха.Не работает газотурбинный двигатель в космосе, потому что нет окружающего воздуха. Для газа газотурбинный двигатель, ускоренный газ, или рабочее тело , это струйный выхлоп. Большинство Масса выхлопных газов струи исходит из окружающей атмосферы. Самый современный, высокоскоростной пассажир и военный самолет работают на газе газотурбинные двигатели. Потому что газотурбинные двигатели так важны для современных жизни, мы будем предоставлять много информации о газотурбинных двигателях и их работа.

Турбинные двигатели

выпускаются в широком ассортименте формы и размеры из-за множества различных миссий самолетов. Все газотурбинные двигатели имеют некоторые части в однако обычное дело. На слайде мы видим изображения четырех разных самолет, оснащенный газотурбинными двигателями. Каждый самолет имеет уникальная миссия и, следовательно, уникальные требования к двигательной установке. На вверху слева — авиалайнер DC-8. Его задача — перевозить большие грузы. пассажиров или грузов на дальние расстояния на большой скорости.Тратит большую часть своей жизни на высокой скорости круиз. Внизу слева — F-14. истребитель. Его задача — сбивать другие самолеты в бой воздух-воздух. Большую часть жизни он проводит в круизах, но ему необходимо высокое ускорение в бою. Справа внизу — грузовой С-130. самолет. Как и DC-8, он перевозит грузы на большие расстояния, но не имеет требований к высокой скорости DC-8. На верхнем справа — учебно-тренировочный Т-38. Используется для обучения пилотов летать на реактивном самолете. самолет и не имеет требований к ускорению F-14.DC-8 приводится в движение четырьмя двухконтурными ТРДД. двигателей Ф-14 на двух форсажных ТРДД с малым байпасом, С-130 от четырех турбовинтовых двигателей, а Т-38 — двумя ТРД. двигатели.

EngineSim это интерактивный Java-апплет, позволяющий изучать различные типы реактивных двигателей. Вы можете изучить основы газотурбинного двигателя. двигательная установка с симулятором EngineSim. RangeGames это интерактивный Java-апплет, который позволяет изучить, как разные типы самолетов используют различные типы двигателей для выполнения своей миссии.

---

Действия:

---

Экскурсии с гидом

---

Навигация ..

Руководство для начинающих Домашняя страница

Типы и конструкция авиационных газотурбинных двигателей

В поршневом двигателе функции впуска, сжатия, сгорания и выпуска выполняются в одной камере сгорания.Следовательно, каждый должен иметь исключительное присутствие в камере во время соответствующей части цикла сгорания. Важной особенностью газотурбинного двигателя является то, что каждой функции посвящены отдельные секции, и все функции выполняются одновременно без перерыва.

Типичный газотурбинный двигатель состоит из:

Системы, необходимые для запуска, смазки, подачи топлива и вспомогательных целей, таких как защита от обледенения, охлаждения и повышения давления.

Основные компоненты всех газотурбинных двигателей в основном одинаковы; однако номенклатура компонентов различных двигателей, используемых в настоящее время, незначительно отличается из-за разницы в терминологии каждого производителя.Эти различия отражены в соответствующих руководствах по техническому обслуживанию. Одним из важнейших факторов, влияющих на конструктивные особенности любого газотурбинного двигателя, является тип компрессора или компрессоров, для которых двигатель предназначен.

Типы турбинных двигателей

Турбинные двигатели классифицируются по типу используемых в них компрессоров. Есть три типа компрессоров: центробежный, осевой и центробежно-осевой. Сжатие входящего воздуха достигается в двигателе с центробежным потоком за счет ускорения воздуха наружу перпендикулярно продольной оси машины.Двигатель с осевым потоком сжимает воздух за счет ряда вращающихся и неподвижных крыльев, перемещающих воздух параллельно продольной оси. В конструкции с центробежно-осевым потоком используются оба типа компрессоров для достижения желаемого сжатия.

Путь, по которому воздух проходит через двигатель, и то, как вырабатывается мощность, определяет тип двигателя. Четыре типа газотурбинных двигателей используются для приведения в движение и питания самолетов. Это турбореактивный двигатель, ТРДД, турбовинтовой двигатель и турбовальный двигатель.

Турбореактивный

Термин «турбореактивный двигатель» использовался для описания любого газотурбинного двигателя, используемого в самолетах.По мере развития технологии газовых турбин эти другие типы двигателей были разработаны, чтобы занять место чисто турбореактивных двигателей. Турбореактивный двигатель был впервые разработан в Германии и Англии до Второй мировой войны и является самым простым из всех реактивных двигателей. У турбореактивного двигателя есть проблемы с шумом и расходом топлива в диапазоне скоростей полета авиалайнеров (0,8 Маха). Эти двигатели ограничены по дальности и выносливости и сегодня в основном используются в военной авиации.

Турбореактивный двигатель состоит из четырех секций — компрессора, камеры сгорания, турбинной секции и выхлопной.Секция компрессора пропускает входящий воздух с высокой скоростью в камеру сгорания. Камера сгорания содержит впускное отверстие для топлива и воспламенитель для сгорания. Расширяющийся воздух приводит в движение турбину, которая соединена валом с компрессором, обеспечивая работу двигателя. Ускоренные выхлопные газы двигателя обеспечивают тягу. Это базовое применение сжатия воздуха, воспламенения топливно-воздушной смеси, выработки энергии для автономной работы двигателя и выхлопа для приведения в движение.[Рисунок 1]

Рисунок 1. Турбореактивный двигатель

Преимущества турбореактивного двигателя;

• Относительно простой дизайн
• Возможность очень высоких скоростей
• Занимает мало места

Недостатки турбореактивного двигателя;

• Большой расход топлива
• Громко
• Низкая производительность на низких скоростях
• ограниченный диапазон и выносливость

Турбореактивный двухконтурный двигатель

Турбовентиляторные двигатели были разработаны, чтобы объединить некоторые из лучших характеристик турбореактивного двигателя и турбовинтового двигателя.[Рис. 2] Турбореактивные двухконтурные двигатели предназначены для создания дополнительной тяги за счет отклонения вторичного воздушного потока вокруг камеры сгорания.

Рисунок 2. Турбореактивный двухконтурный двигатель

Итак, почти все самолеты авиалайнерского типа используют турбовентиляторные двигатели. Он был разработан для вращения большого вентилятора или набора вентиляторов в передней части двигателя и обеспечивает около 80 процентов тяги от двигателя. Этот двигатель был тише и имел лучший расход топлива в этом диапазоне скоростей.Турбореактивные двухконтурные двигатели имеют в двигателе более одного вала; многие из них двухвальные. Это означает, что есть компрессор и турбина, которые его приводят в действие, и еще один компрессор и турбина, которые приводят в движение. Эти два двигателя с валом используют две катушки (катушка — это компрессор, а вал и турбины, которые приводят в действие этот компрессор). В двухконтурном двигателе есть золотник высокого давления и золотник низкого давления. Золотник низкого давления обычно содержит вентилятор (ы) и ступени турбины, необходимые для их приведения в действие.Золотник высокого давления — это компрессор высокого давления, вал и турбины. Эта катушка составляет ядро ​​двигателя, и именно здесь расположена секция сгорания. Золотник высокого давления также называют газогенератором, поскольку он содержит секцию сгорания.

Турбореактивные двухконтурные двигатели могут иметь низкий или высокий байпас. Количество воздуха, которое проходит вокруг сердечника двигателя, определяет степень двухконтурности. Как видно на рисунке, воздух, обычно приводимый в движение вентилятором, не проходит через внутреннее рабочее ядро ​​двигателя.Количество воздушного потока в фунтах / сек от байпаса вентилятора к основному потоку двигателя — это коэффициент байпаса.

Коэффициент байпаса = Скорость потока 100 фунт / с для вентилятора = коэффициент байпаса 5: 1

20 фунтов / сек flowcore

Некоторые турбовентиляторные двигатели с малым байпасом используются в диапазонах скоростей выше 0,8 Маха (военные самолеты). В этих двигателях используются форсажные камеры или форсажные камеры для увеличения тяги. Добавляя больше топливных форсунок и стабилизатора пламени в выхлопную систему, можно распылять и сжигать дополнительное топливо, что может дать значительное увеличение тяги за короткое время.

В турбовентиляторных двигателях используются две разные конструкции выхлопных сопел. Воздух, выходящий из вентилятора, может быть отведен за борт через отдельное сопло вентилятора [Рис. 2], или он может быть направлен по внешнему корпусу базового двигателя для выпуска через смешанное сопло (выход из сердечника и вентилятора вместе). Воздух вентилятора либо смешивается с выхлопными газами перед выпуском (смешанное сопло или общее сопло), либо проходит непосредственно в атмосферу без предварительного смешивания (отдельное сопло). Турбореактивные двухконтурные двигатели являются наиболее широко используемым газотурбинным двигателем для воздушных транспортных средств.Турбореактивный двухконтурный двигатель — это компромисс между хорошей эксплуатационной эффективностью и высокой тягой турбовинтового двигателя и высокой скоростью и высотностью турбореактивного двигателя.

Преимущества ТРДД;

• Экономия топлива
• тише турбореактивных двигателей
• Они потрясающе выглядят

Недостатки ТРДД;

• Тяжелее ТРД
• Большая площадь лобовой части, чем у турбореактивных двигателей
• Неэффективен на очень большой высоте

Турбовинтовой

Между 1939 и 1942 годами венгерский конструктор Дьердь Ендрассик разработал первый турбовинтовой двигатель.Однако эта конструкция не была реализована в реальном самолете до тех пор, пока Rolls Royce не переделал Derwint II в RB50 Trent, который 20 сентября 1945 года стал первым турбовинтовым реактивным двигателем.

Турбовинтовой (турбовинтовой) двигатель представляет собой комбинацию газотурбинного двигателя, редуктора и гребного винта. [Рис. 3] Турбовинтовые двигатели — это в основном газотурбинные двигатели, которые имеют компрессор, камеру (камеры) сгорания, турбину и выхлопное сопло (газогенератор), которые работают так же, как любой другой газовый двигатель.Однако разница в том, что турбина в турбовинтовом двигателе обычно имеет дополнительные ступени для извлечения энергии для приведения в действие винта. В дополнение к работе компрессора и вспомогательного оборудования турбовинтовая турбина передает увеличенную мощность вперед через вал и зубчатую передачу для привода гребного винта. Повышенная мощность генерируется выхлопными газами, проходящими через дополнительные ступени турбины.

Рисунок 3.Турбовинтовой двигатель ПТ6

Турбовинтовой двигатель — это газотурбинный двигатель, приводящий в движение воздушный винт через редуктор. Выхлопные газы приводят в действие силовую турбину, соединенную валом, приводящим в действие редуктор в сборе. Понижающая передача необходима в турбовинтовых двигателях, поскольку оптимальные характеристики воздушного винта достигаются при гораздо более низких скоростях, чем рабочие обороты двигателя. Турбовинтовые двигатели — это компромисс между турбореактивными двигателями и поршневыми силовыми установками.Турбовинтовые двигатели наиболее эффективны на скоростях от 250 до 400 миль в час и на высоте от 18 000 до 30 000 футов. Они также хорошо работают на малых скоростях, необходимых для взлета и посадки, и экономичны. Минимальный удельный расход топлива турбовинтового двигателя обычно достигается в диапазоне высот от 25 000 футов до тропопаузы. Приблизительно от 80 до 85 процентов энергии, вырабатываемой газотурбинным двигателем, используется для привода гребного винта. Остальная часть доступной энергии выходит из выхлопа в виде тяги.Если сложить мощность, развиваемую валом двигателя, и мощность выходящей тяги, мы получим эквивалентную мощность на валу. [Рисунок 4]

Рисунок 4. Турбовинтовой двигатель

В некоторых двигателях используется многороторная турбина с соосными валами для независимого привода компрессора и гребного винта. Хотя на этой иллюстрации используются три турбины, для приведения в действие двух элементов ротора, гребного винта и вспомогательного оборудования было использовано до пяти ступеней турбины.

Выхлопные газы также способствуют выработке мощности двигателя за счет создания тяги, хотя количество энергии, доступной для тяги, значительно снижается. Используются два основных типа турбовинтовых двигателей: неподвижная турбина и свободная турбина. Неподвижная турбина имеет механическую связь от газогенератора (газотурбинного двигателя) с редуктором и воздушным винтом. Свободная турбина имеет только воздушную связь от газогенератора к силовым турбинам. Механическая связь от гребного винта к газотурбинному двигателю (газогенератору) отсутствует.

Поскольку основные компоненты обычных газотурбинных и турбовинтовых двигателей незначительно отличаются только по конструктивным особенностям, применение приобретенных знаний об основных газовых турбинах к турбовинтовым двигателям должно быть довольно простым.

Типовой турбовинтовой двигатель можно разбить на следующие узлы:

1. Узел силовой части — содержит обычные основные компоненты газотурбинного двигателя (то есть компрессор, камеру сгорания, турбину и выхлопные секции).
2. Редуктор или коробка передач в сборе — содержит секции, уникальные для турбовинтовых конфигураций.
3. Узел измерителя крутящего момента — передает крутящий момент от двигателя к коробке передач редукционной секции.
4. Узел корпуса привода вспомогательных агрегатов — установлен в нижней части корпуса впускного отверстия для воздуха компрессора. Он включает в себя необходимые зубчатые передачи для приведения в действие всех приводных агрегатов силовой части на их надлежащих оборотах по отношению к оборотам двигателя.

У каждой системы есть свои преимущества и недостатки, при этом планер обычно определяет используемую систему.

Преимущества турбовинтового двигателя;

• Очень экономичный
• Наиболее эффективен при средней скорости 250-400 узлов
• Наиболее эффективен на средних высотах от 18 000 до 30 000 футов

Недостатки турбовинтового двигателя;

• Ограниченная скорость полета вперед
• Зубчатые передачи тяжелые и могут выйти из строя

Турбовал

Четвертый распространенный тип реактивного двигателя — турбовальный.[Рис. 5] Он передает мощность на вал, приводящий в движение не винт, а нечто иное. Самая большая разница между турбореактивным двигателем и турбовальным двигателем заключается в том, что в турбореактивном двигателе большая часть энергии, производимой расширяющимися газами, используется для привода турбины, а не для создания тяги. На многих вертолетах используется турбовальный газотурбинный двигатель. Кроме того, турбовальные двигатели широко используются в качестве вспомогательных силовых агрегатов на больших самолетах. Первый турбовальный двигатель был построен французской фирмой Turbomeca в 1949 году.

Рисунок 5. Турбовальный двигатель

Что касается самолетов, то турбовальный двигатель представляет собой газотурбинный двигатель, предназначенный для передачи мощности на вал, который вращает трансмиссию вертолета, или является бортовой вспомогательной силовой установкой (ВСУ). ВСУ используется на самолетах с турбинным двигателем для обеспечения электроэнергии и стравливания воздуха на земле и резервного генератора в полете. Турбовальные двигатели могут быть разных стилей, форм и диапазонов мощности.

Преимущества турбовального двигателя;

• Значительно более высокое отношение мощности к массе, чем у поршневых двигателей
• Обычно меньше поршневых двигателей

Недостатки турбовального двигателя;

• громко
• Зубчатые передачи, соединенные с валом, могут быть сложными и выходить из строя

СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

Подшипники и уплотнения газотурбинного двигателя Принципы работы турбинного двигателя
Тяга
Характеристики газотурбинного двигателя

Газотурбинный двигатель модели 502

Компания Boeing была крупным производителем малых газотурбинных двигателей в 1950-х и 1960-х годах.Двигатели представляли собой одну из основных попыток компании расширить свою производственную базу за пределы военной авиации после Второй мировой войны.

Разработка бензинового газотурбинного двигателя началась в 1943 году, первые двигатели обеспечивали мощность около 160 лошадиных сил. Затем Boeing сосредоточил большую часть своих усилий на двухвальном газотурбинном двигателе, который компания произвела в 1947 году. В этом типе выходной вал и трансмиссия были отделены от самого двигателя.

Разработанный компанией Boeing бензиновый двигатель мощностью 175 лошадиных сил был испытан на грузовике Kenworth в 1950 году.Затем двигатель был испытан на лодках ВМС США на озере Вашингтон, недалеко от Сиэтла. К 1960-м годам двигатель выдавал около 500 лошадиных сил.

Двигатели

Boeing обладают преимуществами в отношении веса, крутящего момента, надежности, простоты и легкости запуска. Основное применение было для выработки энергии и силовой установки для тральщиков, пускателей сжатого воздуха для самолетов, повышения мощности для военных танков и мощности для противолодочных беспилотных вертолетов. Более поздние модели получили обозначения 520, 540, 551 и 553.

Boeing построил 2461 двигатель до прекращения производства в апреле 1968 года.Многие применения газотурбинных двигателей Boeing считались первыми, в том числе первый вертолет и лодка с турбинным двигателем. Более 746 радиоуправляемых беспилотных летательных аппаратов QH-50C / D с турбинами Boeing T-50 были построены для ВМФ в течение 1960-х годов по программе противолодочных вертолетов. Более 300 турбин Boeing 551 и 553 приводили в действие шведские боевые бронированные машины.

В 1966 году ряд крупных программ конкурировали за ограниченные ресурсы компании, и было принято решение не продолжать бизнес по производству газотурбинных двигателей.В то время как ограниченное производство для выполнения контрактных обязательств продолжалось до 1968 года, большая часть ресурсов и инженеров подразделения была переведена на другие программы, в частности на разработку гигантского реактивного лайнера 747. Небольшая годовая прибыль Турбинного дивизиона была ничтожной по сравнению с обещанием равной суммы от продажи каждого Боинг 747.

Газотурбинный двигатель

Как поршневые (поршневые) двигатели, так и газотурбинные двигатели являются двигателями внутреннего сгорания. У них аналогичный рабочий цикл, состоящий из впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска.В поршневом двигателе каждое из этих событий является отдельным явлением в каждом цилиндре. Также в поршневом двигателе событие воспламенения должно происходить во время каждого цикла в каждом цилиндре. В отличие от поршневых двигателей, в газотурбинных двигателях эти фазы мощности возникают одновременно и непрерывно, а не последовательно по одному циклу за раз. Кроме того, зажигание происходит во время цикла пуска и после этого остается непрерывным. Базовый газотурбинный двигатель содержит четыре секции: впускную, компрессионную, сгорающую и выпускную.[Рисунок 14-1]

Рисунок 14-1. Основные компоненты газотурбинного двигателя. [щелкните изображение, чтобы увеличить]

Рекомендуемая летная грамотность Справочник Рода Мачадо «Как управлять самолетом» — Изучите основные основы управления любым самолетом. Сделайте летную подготовку проще, дешевле и приятнее. Освойте все маневры чек-рейда. Изучите философию полета «клюшкой и рулем». Не допускайте случайной остановки или вращения самолета. Посадите самолет быстро и с удовольствием.

Для запуска двигателя секция компрессора вращается с помощью электрического стартера на малых двигателях или пневматического стартера на больших двигателях. По мере увеличения скорости компрессора в минуту (об / мин) воздух поступает через впускной канал, сжимается до высокого давления и подается в секцию сгорания (камеры сгорания). Затем топливо впрыскивается топливным контроллером через распылительные форсунки и воспламеняется запальными свечами. (Не весь сжатый воздух используется для поддержания горения.

Часть сжатого воздуха обходит секцию горелки и циркулирует внутри двигателя, обеспечивая внутреннее охлаждение, повышенную тягу и снижение шума.В турбореактивных двигателях обводной воздушный поток может быть увеличен за счет работы вентилятора, расположенного на входе в двигатель.) Топливно-воздушная смесь в камере сгорания затем сгорает в процессе непрерывного сгорания и создает очень высокую температуру, обычно около 4000 ° по Фаренгейту (F), при котором вся воздушная масса нагревается до 1600 — 2400 ° F. Смесь горячего воздуха и газов расширяется и направляется к лопаткам турбины, заставляя турбину вращаться, что, в свою очередь, приводит в движение компрессор с помощью прямого вала, концентрического вала или их комбинации.После подачи питания на турбинную секцию высокоскоростной избыточный выхлоп выходит из выхлопной трубы или выхлопной секции. (Выхлопная секция турбореактивного двигателя может также включать систему движущихся дверей для перенаправления воздушного потока с целью замедления самолета после приземления или отвода его от ворот. Они называются реверсорами тяги). После того, как турбинная секция запитана газами из секции горелки, стартер отключается, а воспламенители выключаются. Горение продолжается до тех пор, пока двигатель не будет остановлен отключением подачи топлива.