Что лучше: газовая турбина или ДВС?

Многие люди при выборе автомобиля интересуются, что лучше – турбированный или атмосферный двигатель.

Чтобы получить точный ответ на столь популярный вопрос, необходимо рассмотреть основные отличия этих моторов, их преимущества и недостатки.

Только на основании грамотного анализа можно делать какие-либо выводы. Чем мы, собственно, и займемся.

Особенности и отличия

Чем особенен атмосферный двигатель?

По сути, это классический мотор, который устанавливается на большинстве современных автомобилей (уже на первой машине стоял такой вид мотора).

Его название объясняется тем, что для создания топливной смеси необходим воздух. При движении поршня в нижнюю точку происходит его затягивание через карбюратор (ресивер инжектора) и смешивание с топливом (соляркой, бензином).

Чем особенен турбированный мотор?

Это модернизированный вид ДВС, в конструкции которого есть специальная турбина. Ее задача – закачать дополнительный объем воздуха к цилиндрам для увеличения мощности двигателя (в среднем прирост составляет 10-15%).

• 
• Таким образом, основное отличие атмосферного двигателя от турбированного для покупателя – это мощность и конструкция.
• 
• 

К примеру, при объеме 1.5 литра мощность первого будет 75 лошадиных сил. При этом турбированный мотор (при таком же объеме) будет иметь уже 100 лошадиных сил.

Для полноты картины упомянем и третий вид двигателя – форсированный.

И снова-таки это привычный ДВС, но отличающийся более сложной конструкцией.

Для его разработки часто применяются более дорогие материалы и современные конструкции, призванные повысить мощность до максимального уровня. При этом форсированные моторы могут быть с турбиной или без нее.

Преимущества

Теперь рассмотрим основные положительные черты каждого из видов двигателей.

Атмосферный мотор

Атмосферный мотор имеет следующие плюсы:

За все годы применения атмосферный тип двигателей показал себя в отношении трудоспособности и выносливости только с лучшей стороны.

При этом не имеет значения, какое топливо является основным – бензин или солярка. Есть моторы, которые спокойно проезжают по 400-500 тысяч километров без серьезного вмешательства.

Истории известны и такие экземпляры атмосферных «сердец», когда кузов полностью выгнивал, а мотор еще долго дохаживал на другом автомобиле.

• Простота в эксплуатации и надежность.

Все мы знаем, что чем проще аппарат, тем он надежнее. Здесь «золотая середина» идеально соблюдена.

1. Особый плюс, которым обладает атмосферный двигатель — способность справляться даже с бензином очень низкого качества.
2. Здесь более подробно можно узнать про автомобильное топливо и его стандарты.
3. 
4. Конечно, не исключены определенные сбои, но на общую функциональность и ресурс это сказывается незначительно.
5. Если же и потребуется ремонт, то затраты на него будут минимальными.

Обусловлена простотой конструкции, о которой мы уже упоминали. Атмосферный мотор при необходимости можно перебрать до последнего винтика и собрать все обратно.

Следовательно, в сравнении с турбированным двигателем ремонт обходится намного дешевле.

Турбированный мотор

Турбированный мотор имеет следующие преимущества:

• более высокую мощность и крутящий момент, если сравнивать с обычным ДВС при аналогичном объеме двигателя. В итоге автолюбитель может наслаждаться много лучшей динамикой в движении;
• данный вид мотора менее вреден для окружающей среды, ведь за счет дополнительного наддува воздуха поступающая топливная смесь сгорает практически без остатка;
• меньшую шумность (атмосферный мотор этим не может похвастаться).

Недостатки

К минусам атмосферных двигателей можно отнести:

• слишком большой вес;
• низкую мощность;
• невозможность выдавать номинальную мощность при езде в горной местности, где имеет место разреженный воздух;
• более низкую динамику.

Все показатели приведены в сравнении с «конкурентом».

Двигатель MPI – модификации, плюсы и минусы

Турбированный двигатель и его минусы:

• слишком «хитрая» конструкция, которая существенно усложняет эксплуатацию двигателя;
• чувствительность к топливу и маслу низкого качества, здесь уже приходится выбирать только лучшие материалы;
• необходимость частой замены масляного фильтра и самого масла (данные расходные материалы служат почти в два раза меньше, чем в «атмосферниках»). При этом очень важно следить за их состоянием и своевременно производить замену;
• более высокий расход бензина (солярки). Турбированный мотор затягивает больший объема воздуха. Как следствие, и топлива в один раз попадает много больше;
• при частой эксплуатации турбина выходит из строя намного быстрее и приходится делать замену. Чтобы данный узел работал дольше, необходимо перед отключением давать ему немного поработать на холостых.

Какой двигатель лучше?

Остается определиться, какой двигатель выбрать. Здесь однозначного ответа нет.

Если касательно мощности и динамики, то первый вариант выглядит более предпочтительно. Но с турбированным двигателем необходимо быть готовым к максимальным затратам – на качественный бензин, масло и эксплуатацию.

В свою очередь, атмосферный мотор менее прихотливый и требовательный, поэтому подойдет для людей с меньшим бюджетом.

Как турбировать атмосферный двигатель

• И напоследок давайте рассмотрим, как турбировать атмосферный двигатель.
• Если раньше за такую работу никто не брался, то сегодня некоторые квалифицированные автосервисы способны сделать из обычного мотора настоящего «зверя».
• Единственное, что нужно помнить – данная работа выльется владельцу в серьезные затраты на покупку дополнительных материалов и их установку.

В частности, необходимо дополнительно смонтировать интеркулер, турбину, дополнительный блок-перехватчик и так далее. Но и это еще не все.

1. Чтобы получить турбированный мотор, существенная оптимизация должна быть внесена в топливную систему – придется установить более мощный бензонасос, усилить поршневую группу, потратиться на форсунки с большей пропускной способностью и так далее.
2. 
3. Таким образом, получиться своеобразный тюнинг двигателя и в случае переделки последнего необходимо несколько раз пересчитать затраты, чтобы убедиться в актуальности такого мероприятия.

Выводы

Теперь после прочтения статьи можно принять решение — турбированный или атмосферный двигатель будет стоять на вашем автомобиле.

И помните, что нужно учитывать не только скорость и мощность, но и потенциальные затраты, ведь автомобиль покупается на долгие года и его необходимо обслуживать.

Турбовальный двигатель | Техника и человек

Для тех, кто интересуется моторами в целом и их авиационными моделями в частности, турбовальный двигатель в первую очередь ассоциируется с вертолетами, недаром их называют «вертолетными ГТД».

Именно здесь ТВаД нашли наибольшее применение и уже не один десяток лет с успехом используются.

Но вертолеты – не предел их возможностей, многие другие отрасли машино- и судостроения взяли на вооружение этот тип двигателей, но обо всем по порядку.

Итак, турбовальный двигатель принадлежит славному семейству газотурбинных двигателей (ГТД) наравне с турбореактивными (ТРД) и турбовинтовыми (ТВД).

ГТД представляет собой тепловую машину, в упрощенной схеме состоящую из компрессора и турбины, работающей за счет сжигания топлива в камере сгорания.

Наиболее простой его разновидностью является турбореактивный двигатель, в котором энергия от сжигания топлива идет только на вращение компрессора через турбину, а излишек энергии выходит через сопло в виде газов под высоким давлением, образуя реактивную тягу.

Но эта энергия может не только «вылетать в трубу», но и выполнять полезную работу, вращая воздушный винт (турбовинтовой двигатель) или вал (турбовальный двигатель). Это и является принципиальной разницей между всеми вышеотмеченными видами моторов семейства ГТД – способ использования свободной энергии.

Устройство и принцип работы двигателя

Строение турбовального двигателя в общих чертах напоминает строение ТРД. Основными составляющими являются комрессор, турбина, камера сгорания и вал.

В отличие от других газотурбинных двигателей ТВаД совсем не имеет реактивной тяги – вся свободная энергия расходуется на вращение вала, поэтому и сопла, как такового, у него нет, а есть только каналы (своеобразные выхлопные трубы), по которым отводятся отработанные газы. Еще одна особенность ТВаД – наличие не одной, а двух турбин, не связанных между собой механически.

Одна турбина приводит в движение компрессор, а вторая – рабочий вал. Между собой они связаны газодинамически. Некоторые модели турбовинтовых двигателей также имеют схожую конструкцию, но не обязательно. В случае с ТВаД турбин всегда две.

Две основные схемы устройства ТВаД с описание расположенных механизмов. Картинки кликабельны.

Принцип работы турбовального двигателя тоже не сильно отличается от ТРД или ТВД.

Компрессор, приводимый в движение турбиной, нагнетает воздух в камеру сгорания, где он перемешивается с впрыснутым через форсунки топливом.

Топливный заряд воспламеняется и сгорает, в результате чего образуются газы с большим запасом энергии. Расширяясь, они вращают турбины, приводя в движение компрессор и вал, а отработанные газы выводятся наружу.

Компрессор турбовального двигателя имеет несколько ступеней и может быть центробежным, осевым или комбинированным. Комбинированные компрессоры сочетают в себе и центробежные, и осевые ступени.

Обязательным конструктивным элементом ТВаД, как, впрочем, и турбовинтового двигателя, является редуктор, установленный между турбиной и валом. Сама турбина вращается с угловой скоростью, достигающей 20 000 об/мин.

Понятно, что винт, закрепленный на валу и создающий тягу, не сможет работать при такой скорости и выполнять свои функции, ведь тогда ему придется вращаться со сверхзвуковой скоростью.

Редуктор, установленный перед валом, понижает обороты и увеличивает крутящий момент, так что скорость вращения лопастей винта вертолета значительно меньше скорости вращения турбины.

Если турбовинтовые двигатели, которые используются на самолетах, должны иметь компактные размеры, а вал турбины и вал винта у них устанавливаются параллельно в одном корпусе, то к габаритам турбовальных двигателей таких жестких требований нет.

Рабочий вал у них может находиться впереди турбины или за ней, в одном корпусе с ней или отдельно. Это объясняется тем, что мотор спрятан в конструкции кабины, где его можно расположить в любом удобном положении. Различают цельные моторы и модульные, состоящие из отдельных модулей, связанных между собой механически.

Часто в одном модуле расположены компрессор и турбины, а в другом – рабочий вал, связанный с валом турбины редуктором.

Легкий американский вертолет AH-6j Little Bird

Применение

Нашел себе применение турбовальный двигатель и на земле. Правильнее даже говорить, что именно на земле он изначально и использовался, и только после появления авиации, как таковой, «переселился» на небо.

Его можно встретить и на транспорте, и на различных магистральных станциях, где он обычно используется, как альтернатива дизельного двигателя.

В сравнении с дизелем ТВД более легкий по весу, менее шумный и более мощный, если брать двигатели одного размера.

В промышленности и народном хозяйства

ТВаД успешно используется в качестве нагнетателя природного газа на газоперекачивающих станциях. Его нередко можно увидеть на крупных газовых магистралях. Одна из последних разработок газовая турбина T16, мощностью 16 МВт. Короткое видео с применением турбовального двигателя в электроэнергетики.

Основные показатели:

• 16,5 МВт — мощность на валу.
• 37% — КПД, механический привод.
• 36% — КПД, электрический (простой цикл).
• 80% — КПД, комбинированное производство электроэнергии и тепла
• 200 000 часов — полный жизненный цикл
• выбросы NOx — не более 25 ppm.

Турбовальные двигатели используются в мобильных электростанциях для привода генератора. Электростанции с данным двигателем занимают меньший объем, аналогичной электростанции с традиционными двигателями.

В транспортной сфере

Несмотря на то, что в большинстве случаев турбовальные двигатели описываются, как силовые установки вертолетов, их применение не ограничено только ими. Частенько ТВаД играет роль не основного движителя, а вспомогательной установки.

Такими установками обычно оснащаются самолеты, а используются они для питания энергией основных систем судна при его наземном обслуживании. То есть, когда самолет находится на земле, не обязательно запускать его основные моторы для получения электричества или создания давления в гидросистемах, для этого достаточно запуска такой небольшой установки.

Также ТВаД используется в качестве пускового агрегата, который проворачивает ротор турбины при запуске. В этом случае он имеет название турбостартер.

Вид железнодорожного транспорта, на который устанавливается ТВаД, носит название газотурбовоз. Принцип его работы заключается в том, что турбовальный двигатель вращает вал генератора, вырабатывающего электрический ток. Ток поступает на электромоторы, которые, по сути, и являются основной силовой установкой.

История газотурбовозов началась в 60-е годы, когда были сконструированы первые опытные образцы, правда, потом они уступили место более известным сейчас электровозам. Вместе с тем с 2007 года возобновились работы по созданию газотурбовозов, и даже был создан пробный экземпляр, работающий на сжиженном газе.

Его испытания прошли успешно, так что в скором будущем, возможно, он будет выпускаться серийно.

Не обошли стороной ТВаД и создатели военной наземной техники. Некоторые танки, в том числе и отечественный Т-80 и американский М1 Abrams, оснащены ТВаД. Короткое видео разработки, внедрения и применения турбовального двигателя на танке.

Турбовальные двигатели также используются и на водном транспорте, называемом газотурбоходами. К ним относятся суда на воздушной подушке или на подводных крыльях. Наиболее известным отечественным газотурбоходом является военное судно «Зубр» — наиболее крупный десантный корабль на воздушной подушке.

Этот гигант известен далеко за пределами России и является мировым рекордсменом среди суден на воздушной подушке по своим габаритам. А вот с отечественными пассажирскими газотурбоходами как-то не сложилось.

Судно «Циклон», сконструированное в 80-хх годах, не пережило перестройки и со временем забылось, а новые пассажирские суда, оснащенные ТВаД пока не появились.

• 
• Танк Т-80 с газотурбинным двигателем
• 
• Десантное судно «Зубр»

Газопоршневые и газотурбинные электростанции — в чем разница?

В мини-электростанциях могут использоваться силовые агрегаты разных типов. Если речь идет о газовых ТЭС, их оснащают турбинными и поршневыми установками. Чем они отличаются, и что лучше выбрать?

Особенности конструкции

Газопоршневые и газотурбинные электростанции различаются по конструкции и принципу работы. ГПУ (газопоршневые установки) имеют внешнее смесеобразование, камеру сгорания и искровое зажигание. По сути, это двигатель внутреннего сгорания, работающий на газе.

ГТУ (газотурбинные установки) состоят из турбины, компрессора и камеры сгорания. Газ смешивается с воздухом и поджигается, тем самым приводит в движение другие элементы конструкции.

Преимущества ГПУ

• Высокий электрический КПД, который практически не падает при снижении мощности (40% по сравнению с 30% у ГТУ);
• Небольшая стоимость (газопоршневые электростанции дешевле газотурбинных в 2-3 раза при аналогичной мощности);
• Небольшое потребление газа, относительно небольшой выхлоп.

Преимущества ГТУ

• Минимальный вес по сравнению с газопоршневыми установками той же мощности;
• Минимальная вибрация;
• Меньшее число подвижных элементов и минимальный расход смазочных материалов.

Как выбрать установку для электростанции?

Газопоршневые электростанции по сей день популярнее газотурбинных, однако это не значит, что подобная установка лучше. И тот, и другой тип электростанции имеет свои преимущества и недостатки. И тот, и другой может оказаться идеальным выбором — все зависит от условий, в которых вы планируете использовать установку.

В частности, имеет значение сложность ремонта. Газопоршневую установку приходится ремонтировать, как правило, чаще: у нее больше подвижных деталей, ее конструкция сложнее, и риск поломки выше. Но при этом ремонт можно провести непосредственно на объекте. Большая часть проблемы решается установкой новой детали или комплекта деталей.

Газотурбинные электростанции выходят из строя реже в силу более простой конструкции. Однако при этом ремонт силовой установки на месте провести нельзя: нужны заводские условия. А значит, придется либо вывести станцию из эксплуатации, либо установить (хотя бы на время ремонта) новый силовой агрегат.

Большую роль играет КПД. Газотурбинная электростанция расходует больше топлива на кВт, но этот недостаток можно устранить за счет установки дополнительного оборудования.

Выбор в пользу ГПУ или ГТУ необходимо делать, ориентируясь на условия эксплуатации.

19 июля 2016

Атмосферник или турбированный двигатель?

Атмосферник или турбированный двигатель?

Перед покупкой автомобиля каждый из нас предстает перед массой дилемм, необходимо выбирать между производителями, марками и моделями автомобилей, различными комплектациями, и самое главное, между силовыми агрегатами. Распространенный вопрос: «Что лучше, дизель или бензин?», по популярности может конкурировать разве что с вопросом: «Что лучше выбрать, турбину или атмосферник?». Сегодня в нашей рубрике постоянных дилемм мы поднимем актуальный вопрос о том, автомобиль с каким двигателем лучше покупать — атмосферник или турбированный, поговорим о преимуществах и недостатках каждого из них для того чтобы ваш выбор был более простым и правильным. Прежде всего необходимо уяснить один важный момент, дело в том, что нельзя сказать однозначно, что лучше турбина или атмосферник, и тот и другой имеет свои «плюсы» и «минусы». Итак, давайте по порядку… Преимущества и недостатки атмосферного двигателя Первым делом для тех кто не в курсе я расскажу, что такое атмосферник. Атмосферником принято называть обычный двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который использует для образования топливно-воздушной смеси воздух из карбюратора или инжектора (1 часть бензина к 14 частям воздуха). С появлением турбомоторов выбор автомобиля усложнился, поскольку водители начали все больше «соблазняться» более мощными турбированными агрегатами, отдавая им предпочтение перед обычными ДВС. Однако есть также и те, кто все же не решается покупать турбину ввиду отсутствия знаний или опыта эксплуатации этого двигателя. Атмосферный двигатель: преимущества К несомненным достоинствам атмосферных двигателей относят: Простоту конструкции, которая отработана на практике в течение многих десятилетий. Ремонт и техническое обслуживание таких силовых агрегатов обходятся владельцу намного дешевле (по сравнению с аналогичными операциями для турбированного мотора). Значительно больший ресурс бесперебойной работы до капитального ремонта. При правильных условиях эксплуатации и надлежащем уходе срок «жизни» у атмосферных двигателей в 2÷4 раза больше, чем у моторов с турбонаддувом: 300000÷400000 км, зачастую, не являются пределом «долголетия» таких двигателей. Меньший расход масла, который в зависимости от стиля езды обычно не превышает 200÷500 мл на 10000 км пробега автомобиля. Это обусловлено отсутствием дополнительных приспособлений, требующих смазки, а также меньшими нагрузками, которые испытывают вращающиеся части мотора при работе. Неприхоливость к качеству используемого масла. Они вполне удовлетворительно работают на полу-синтетических (и даже минеральных) моторных маслах. Однако, не стоит забывать о том, что чем лучше масло, тем дольше срок службы двигателя. Не столь частую, как у турбированных двигателей периодичность замены масла, которую необходимо производить после пробега в 15000÷20000 км. Меньшую требовательность к качеству применяемого топлива. Как правило, многие атмосферные моторы могут вполне удовлетворительно работать и на бензине марки Аи92. Более быстрый прогрев в зимнее время. Атмосферный двигатель: недостатки Как и все в этом Мире, атмосферные двигатели не лишены недостатков. К таким можно отнести большой вес двигателя, меньшую мощность по сравнению с турбомотором аналогичного объема, снижение мощности при езде в горной местности или других местах, где воздух разрежен. Кроме всего прочего, атмосферник уступает турбированному двигателю в динамических показателях. Преимущества и недостатки турбированного двигателя Турбированный двигатель впервые увидел мир в 905 году, а на «легковушки» турбины стали устанавливать только в середине 20-го века. Принцип двигателя оснащенного турбиной заключается  в том, что турбина рационально использует выхлоп автомобиля, посредством которого происходит нагнетание дополнительного воздуха в цилиндры, который способствует лучшему сгоранию топливно-воздушной смеси. Как вы знаете, чем больше воздуха, тем лучше будет гореть, по тому же принципу устроен и турбомотор, турбина под высоким давлением нагнетает воздух в цилиндры, благодаря чему сгорание топливной смеси происходит с большим КПД, в результате двигатель получает больше мощности минимум на 10%. Турбированный двигатель: преимущества К плюсам турбированных моторов (по сравнению с атмосферными аналогами) относят: Более высокую мощность (как правило, на 30÷50%) при одинаковом рабочем объеме. Максимальный крутящий момент в широком диапазоне оборотов, что весьма положительно влияет на динамику автомобиля. Меньшие вес и размеры при одинаковой мощности. Турбированный двигатель значительно легче и компактнее атмосферного. Это позволяет наиболее рационально расположить силовой агрегат и снизить общую массу автомобиля, что способствует, в свою очередь, экономии топлива. Быстрый набор рабочих оборотов за счет меньшей массы вращающихся деталей. Высокую экологичность, которая достигается за счет более полного сгорания топлива в цилиндрах двигателя. Турбированный двигатель: недостатки Среди недостатков турбированных моторов больше эксплуатационных минусов. Во-первых, двигатель с турбиной более привередлив к качеству топлива и моторного масла. Кроме того, на таких двигателях срок службы смазывающих и фильтрующих элементов гораздо меньше чем у атмосферников, примерно в 1,5-2 раза, это объясняется более сложными условиями работы при высоких температурах. Владельцам турбированных моторов следует более тщательно следить за уровнем и состоянием фильтров и масла, и производить их замену в строгом соответствии с указаниями производителя двигателя. Не менее важно состояние воздушного фильтра, забитый или поврежденный фильтр ухудшает работу компрессора и может стать причиной его неисправности. К недостаткам турбодвигателя следует также отнести его «прожорливость». Турбина, по сравнению с атмосферником аналогичного объема, будет «кушать» больше топлива. Кроме того, турбомотор имеет меньший моторесурс чем атмосферный двигатель. Турбина со временем изнашивается, особенно если владелец не владеет навыками эксплуатации таких двигателей. К примеру, турбомотору после остановки автомобиля необходимо дать немного поработать на холостых, чтобы турбина остыла и только после этого можно глушить двигатель. Стоимость ремонта турбированного двигателя обойдется намного дороже чем ремонт атмосферника, кроме того желающих выполнить этот ремонт не так уж много, некоторые специалисты вообще отказываются ремонтировать турбомоторы. Те же, кто берется, иногда выполняют ремонт некачественно, в результате двигатель работает с перебоями или со временем турбодвигатель снова выходит из строя. Как же расход топлива? Если вы внимательно прочитали о плюсах и минусах обоих моторов (атмосферного и турбированного), то вас удивило то, что мы ничего не рассказали о расходе топлива. На этом вопросе стоит остановиться несколько подробнее. Попробуем разобраться, какой мотор является более экономичным. Сначала сравним два двигателя с одинаковым объемом (например, 1,4 литра). Атмосферный мотор будет расходовать в среднем около 6÷7 л на 100 км пробега, а трубированному потребуется уже 8÷9 литров. Однако при этом он развивает мощность в 1,5 раза большую, чем атмосферный. Вывод: при одинаковом рабочем объеме «атмосферник» значительно экономичнее (ведь он не только «ест» меньше топлива, но и использует более дешевый бензин), однако значительно уступает турбированному по мощности. Теперь проведем сравнение расхода топлива у моторов с одинаковой мощностью (например, около 140÷150 лс). Столько «лошадок» под капотом обычно имеет атмосферный мотор объемом 2,0 литра или турбированный двигатель объемом 1,4 литра. В городском цикле расход у обычного двигателя составит около 12÷14 литров на 100 км, у турбированного – все те же 8÷9 литров. Вывод: даже учитывая меньшую стоимость бензина, необходимого для нормальной эксплуатации атмосферного двигателя, мотор с турбо наддувом значительно экономичнее. Как вы видите, и тот и другой двигатели имеют свои «плюсы» и «минусы», для того чтобы понять какой двигатель лучше —  турбированный или атмосферный, необходимо для себя уяснить приоритетные стороны того или иного агрегата. Автомобиль с каким двигателем лучше выбрать Обе разновидности моторов имеют как свои достоинства, так и недостатки. Поэтому нельзя однозначно сказать какой из них лучше. Если вы поклонник агрессивной езды, быстрого старта с места, любите драйв и готовы к значительным затратам на обслуживание, то выбор однозначен – автомобиль с турбированным двигателем. Однако, склоняясь к такому выбору, надо помнить о том, что мотор вашего транспортного средства (а особенно турбина) «проживет» значительно меньше, чем атмосферный аналог. К тому же вы должны быть уверены, что в своем регионе вы без труда сможете приобрести топливо высокого качества, а также специальные синтетические масла. Если для вашего стиля езды характерны спокойствие, предусмотрительность и осторожность, и к тому же вы практичный и бережливый человек, то излишки мощности турбированного двигателя вам просто не нежны. А вот надежность, простота в обслуживании и долговечность атмосферного мотора, позволят значительно сэкономить затраты на его повседневную эксплуатацию. Источники: avto-moto-shtuchki.ru, vopros-avto.ru и др. Не забываем! Всё ремонтируется, вопрос остается только в выборе СТО. Этот выбор только за Вами! Принцип работы турбины, какие типы бывают? Плюсы турбомоторов.

Чем газовая турбина отличается от паровой. Малые тэц. газовые турбины или газовые двигатели. Как определяется КПД ГТУ

Турбиной называется двигатель, в лопаточном аппарате которого потенциальная энергия сжимаемой жидкости превращается в кинетическую энергию, а последняя в рабочих колесах – в механическую работу, передаваемую непрерывно вращающемуся валу.

Паровые турбины по своей конструкции представляют тепловой двигатель, который постоянно находится в работе. В период эксплуатации перегретый или насыщенный пар воды, который поступает в проточную часть, и благодаря своему расширению принуждает вращаться ротор. Вращение происходит в результате воздействия на лопаточный аппарат потока пара.

Турбина паровая входит в состав паротурбинной конструкции, которая предназначена для вырабатывания энергии.

Также существуют установки, способные кроме электроэнергии вырабатывать тепловую энергию – пар, прошедший через лопатки пар, поступает на нагреватели сетевой воды. Подобный вид турбин именуется промышленно-теплофикационным или теплофикационным типом турбин.

В первом случае, в турбине отбор пара предусмотрен для промышленных целей. В комплекте с генератором паровая турбина представляет турбоагрегат.

Типы паровых турбин

Турбины делятся, в зависимости от того, в каком направлении движется пар, на радиальные и аксиальные турбины. Паровой поток в радиальных турбинах направлен перпендикулярно оси.

Паровые турбины могут быть одно-, двух- и трехкорпусные. Паровая турбина снабжена разнообразными техническими устройствами, которые предупреждают попадание внутрь корпуса окружающего воздуха.

Это разнообразные уплотнители, на которые подается водяной пар в небольшом количестве.

На переднем участке вала размещается регулятор безопасности, предназначенный для отключения паровой подачи при увеличении частоты вращения турбины.

Характеристика основных параметров номинальных значений

· Номинальная мощность турбины
— наибольшая мощность, которую турбина должна длительно развивать на зажимах электрогенератора, при нормальных величинах основных параметров или при изменении их в пределах, оговоренных отраслевыми и государственными стандартами. Турбина с регулируемым отбором пара может развивать мощность выше номинальной, если это соответствует условиям прочности её деталей.

· Экономическая мощность турбины
— мощность, при которой турбина работает с наибольшей экономичностью. В зависимости от параметров свежего пара и назначения турбины номинальная мощность может быть равна экономической или более её на 10-25 %.

· Номинальная температура регенеративного подогрева питательной воды
— температура питательной воды за последним по ходу воды подогревателем.

· Номинальная температура охлаждающей воды
— температура охлаждающей воды при входе в конденсатор.

Газовая турбина
(фр. turbine от лат. turbo вихрь, вращение
) — это тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу. Состоит из ротора (рабочие лопатки, закреплённые на дисках) и статора (направляющие лопатки, закреплённые в корпусе).

Газ, имеющий высокую температуру и давление, поступает через сопловой аппарат турбины в область низкого давления за сопловой частью, попутно расширяется и ускоряется.

Далее, поток газа попадает на рабочие лопатки турбины, отдавая им часть своей кинетической энергии и сообщая лопаткам крутящий момент. Рабочие лопатки передают крутящий момент через диски турбины на вал.

Полезные свойства газовой турбины: газовая турбина, например, приводит во вращение находящийся с ней на одном валу генератор, что и является полезной работой газовой турбины.

Газовые турбины используются в составе газотурбинных двигателей (применяются для транспорта) и газотурбинных установок (применяются на ТЭЦ в составе стационарных ГТУ, ПГУ).

Газовые турбины описываются термодинамическим циклом Брайтона, в котором сначала происходит адиабатическое сжатие воздуха, затем сжигание при постоянном давлении, а после этого осуществляется адиабатическое расширение обратно до стартового давления.

• Типы газовых турбин
  
• — Авиационные и реактивные двигатели
  
• — Вспомогательная силовая установка
  
• — Промышленные газовые турбины для производства электричества
  
• — Турбовальные двигатели
  
• — Радиальные газовые турбины
  
• — Микротурбины
  

Механически газовые турбины могут быть значительно проще, чем поршневые двигатели внутреннего сгорания. Простые турбины могут иметь одну движущуюся часть: вал / компрессор / турбина / альтернативный ротор в сборе (см. изображение выше), не учитывая топливную систему.

Более сложные турбины (те, которые используются в современных реактивных двигателях), могут иметь несколько валов (катушек), сотни турбинных лопаток, движущихся статорных лезвий, а также обширную систему сложных трубопроводов, камер сгорания и теплообменников.

Как правило, чем меньше двигатель, тем выше должна быть частота вращения вала(ов), необходимая для поддержания максимальной линейной скорости лопаток.

Максимальная скорость турбинных лопаток определяет максимальное давление, которое может быть достигнуто, что приводит к получению максимальной мощности, независимо от размера двигателя.

Реактивный двигатель вращается с частотой около 10000 об/мин и микро-турбина — с частотой около 100000 об/мин.

То и дело в новостях говорят, что, к примеру, на такой то ГРЭС полным ходом идет строительство ПГУ -400 МВт, а на другой ТЭЦ-2 включена в работу установка ГТУ-столько то МВт.

О таких событиях пишут, их освещают, поскольку включение таких мощных и эффективных агрегатов — это не только «галочка» в выполнении государственной программы, но и реальное повышение эффективности работы электростанций, областной энергосистемы и даже объединенной энергосистемы.

Но довести до сведения хочется не о выполнении госпрограмм или прогнозных показателей, а именно о ПГУ и ГТУ. В этих двух терминах может запутаться не только обыватель, но и начинающий энергетик.

Начнем с того, что проще.

ГТУ — газотурбинная установка — это газовая турбина и электрический генератор, объединенные в одном корпусе. Ее выгодно устанавливать на ТЭЦ. Это эффективно, и многие реконструкции ТЭЦ направлены на установку именно таких турбин.

Вот упрощенный цикл работы тепловой станции:

Газ (топливо) поступает в котел, где сгорает и передает тепло воде, которая выходит из котла в виде пара и крутит паровую турбину. А паровая турбина крутит генератор. Из генератора мы получаем электроэнергию, а пар для промышленных нужд (отопление, подогрев) забираем из турбины при необходимости.

А в газотурбиной установке газ сгорает и крутит газовую турбину, которая вырабатывают электроэнергию, а выходящие газы превращают воду в пар в котле-утилизаторе, т.е. газ работает с двойной пользой: сначала сгорает и крутит турбину, затем нагревает воду в котле.

Реактивный vs турбовинтовой двигатель

Всего существует два типа двигателей для самолетов: воздушный (атмосферный) и ракетный. В нашей же статье мы будем сравнивать два подвида воздушных двигателей — это реактивный и турбовинтовой, чтобы показать вам все преимущества и недостатки одного и другого двигателей.

Но прежде, чем сравнивать, какой из них лучше, сперва мы расскажем вам об их принципах работы. Следует отметить, что все воздушные двигатели в качестве материала, выполняющего механическую работу, используют атмосферу.

Турбовинтовой двигатель состоит из воздушного винта, редуктора и турбокомпрессора. Принцип работы данного вида двигателей достаточно прост: атмосферный воздух сжимается и подается в камеру сгорания, где смешивается с топливом.

Там с помощью свечи зажигания эта смесь поджигается и сгорает, образуя при этом продукты сгорания под высоким давлением, которые приводят во вращение диск турбины.

Данные процессы показывают, как энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу.

Мощность турбовинтового двигателя сосредоточена в валу из-за отсутствия выходящей реактивной струи. Именно вал приводит в движение винт, который и создает тягу. Подобного род конструкции применяют не только для самолетов, но и вертолетов.

Намного интереснее работа реактивного двигателя. Существует несколько разновидностей данного рода двигателей:

турбореактивный двухконтурный

прямоточный воздушно-реактивный

пульсирующий воздушно-реактивный

Турбореактивный двигатель.

Турбореактивный двигатель в качестве рабочего тела использует атмосферу, которая при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается. Основным принципом работы является превращение внутренней энергии топлива сначала в кинетическую, а затем в механическую энергию.

Все начинается с компрессора, куда атмосферный воздух попадает и затем сжимается, получая энергию. Затем сжатый воздух переходит в камеру сгорания, где смешивается с продуктами сгорания керосина, сам при этом нагреваясь и, как следствие, расширяясь.

Смесь из газов попадает в турбину и вращает ее через рабочие лопатки. При этом часть энергии теряется, превращаясь в механическую энергию основного вала.

Она расходуется также на работу топливных и масляных насосов, на работу компрессора, привода электрогенераторов, вырабатывающих энергию для различных бортовых систем самолетов.

Но большая часть энергии расходуется на создание тяги с помощью реактивного сопла: энергия разгоняется в нем и создает тягу за счет реактивной струи.

Турбореактивный двухконтурный двигатель.

Отличие двухконтурного турбореактивного двигателя от просто турбореактивного заключается в наличие у первого внутреннего и внешнего контуров, благодаря чему весь поток поступает сначала в компрессор низкого давления. Основная же часть воздуха проходит по внутреннему контуру, как и в турбореактивном двигателе.

Вторая же часть, которая проходит по внешнему контуру, остается холодной и при выбросе не сгорает, создавая дополнительную тягу и уменьшая расход топлива.

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель.

В отличие от других реактивных двигателей в прямоточном воздушно-реактивном двигателе нет турбины и компрессора. Основными частями являются камера сгорания, диффузоры и сопла, с помощью которых создается тяга, как говорилось ранее.

Главной задачей диффузора является торможение встречного воздуха и повышение статического электричества. Кислород, поступающий из него, является основным окислителем для сгорания топлива в камере сгорания.

Помимо диффузора в таком двигателе также есть стабилизатор пламени и форсунки.

Существует также несколько разновидностей такого двигателя (это зависит от требуемой скорости):

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель.

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель помимо таких стандартных частей, как сопло и камера сгорания, состоит еще из форсунок (как прямоточный), свечи зажигания, и клапанной решетки.

Сопло представляет собой длинную цилиндрическую часть, а камера сгорания имеет входные клапаны. При их открытие туда поступаю воздух и топливо, образуя единую смесь, которая поджигается искрой зажигания.

После этого клапаны тут же закрываются под действием избыточного давления. Реактивная тяга создается с помощью выброса продуктов сгорания через сопло.

Так работают реактивные и турбовинтовые двигатели. Теперь, когда вы смогли узнать немного больше о принципе их работы, мы опишем для вас как положительные, так и отрицательные стороны двигателей, чтобы вы сами смогли решить, что же все таки лучше.

Если речь идет о низких скоростях, то турбовинтовые двигатели находятся в преимуществе. За счет вращения винта КПД повышается и расход топлива становится меньше, чем у реактивных. Но если вам необходима большая скорость, то тут первенство, бесспорно, переходит к реактивным двигателям за счет большей тяговой силы, что помогает намного легче и быстрее достичь необходимой скорости.

У турбовинтовых двигателей намного больше, чем у реактивных. Поэтому, если самолету необходима маневренность, предпочтение отдают реактивным двигателям.

Шум, создаваемый турбовинтовыми двигателями, составляет более 140 децибелов, что превышает порог допустимого. Реактивные же двигатели создают шум в пределах 130-140 децибелов. Такой уровень звука может вызвать болевые ощущения, но при этом остается в пределах нормы.

Подводя итоги, трудно сказать, что же все таки лучше, реактивный или турбовинтовой двигатели. Каждый из них имеет как преимущества, так и недостатки в той или иной степени перед по отношению друг к другу.

Например, если самолет нужен для выполнения местных перевозок на небольшой высоте, то намного эффективнее и выгоднее будет турбовинтовой двигатель.

Если же речь идет про дальние и быстрые перелеты, то, безусловно, наиболее удачным решением будет отдать предпочтение реактивному двигателю по уже известным вам причинам.