Princip fungování turbíny: popis, zařízení, vlastnosti

Za účelem zvýšení výkonu a točivý moment motoru lidstvo přišlo s mnoha zařízeními a jednotkami. Nejjednodušší metodou je zvýšení objemu spalovací komory. Čím více paliva vstoupí do válce, tím více bude užitečná práce. Ale existují problémy. Za prvé, velikost takového motoru může být mimo limity a za druhé, provoz takového spalovacího motoru v důsledku vysoké spotřeby paliva bude nerentabilní. Proto v poslední době automobilky stále častěji vybavují své vozy turbínou. Co je to tato položka. a jaký je princip turbíny? Podrobně se dozvídáme v našem článku.

Charakteristický

Turbína je součástí systému sání motoru, který slouží k zvýšení tlaku vzduchu při použití energie z výfukových plynů. Díky své práci se zvyšuje množství vzduchu ve spalovací komoře.

To vám umožní zrychlit motor a zvýšit jeho točivý moment. Uvědomte si také, že první turbíny byly mechanicky poháněny. Principem fungování takové turbíny bylo přeměnit energii klikové hřídele. S posledním prvkem spojeným přenosem pásu. Ale brzy tyto jednotky přestaly být používány. Nyní používají všichni výrobci plynová turbína jehož princip umožňuje zvýšit účinnost motoru o 80 procent namísto 30.

Kde se používá

V podstatě je taková jednotka dostupná na moderních automobilech. Tento kompresor však není používán na všech ICE. Limitujícím faktorem při použití turbín na benzinových motorech je vysoký stupeň detonace. To je spojeno se zvýšením frekvence otáčení spalovacího motoru a obrovskou teplotou výfukových plynů (až o 1000 stupňů). Vzhledem k tomu se často používá turbína. dieselovým motorem. Princip fungování takového spalovacího motoru je poněkud odlišný. Existuje menší riziko detonace a teplota plynů nepřesahuje 600 stupňů. Zejména u kompaktních vozidel se často nacházejí kompresory. Není možné si představit moderní autobus nebo dálkový traktor, který není vybaven takovou turbínou. Když mluvíme o značkách, turbína je instalována na následujících vozidlech:

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

Existují další oblasti, kde se používá podobný prvek. Je to například elektrárna a motor s vnitřním spalováním lodí. Zde se však již používá parní turbína, jejíž provozní princip budeme považovat za později.

Nevýhody

Proč tento prvek není přítomen u všech spalovacích motorů? Za prvé, využití turbíny zvyšuje náklady na výrobu automobilů. Kromě samotného hlemýžďa se vyžaduje řada dalších prvků.

Kromě toho motor potřebuje další robustnější pístový systém a jednotku pro práci s turbínou. To také přináší dodatečné náklady. Také mezi nedostatky lze zaznamenat tzv. Turboboyu (když motor nemůže získat impuls pro správný čas). Důvodem tohoto jevu je setrvačnost kompresoru.

Výstavba

Takže se podívejme na zařízení a princip fungování turbíny. Tento prvek se skládá ze tří hlavních složek:

• Centrální budova.
• Odstředivý kompresor.
• Snails

Jeho konstrukce zahrnuje kola turbíny a kompresoru, hřídel rotoru, kluzné ložiska a těsnicí kroužky. To vše je uzavřeno v pevném kovovém žáruvzdorném pouzdře. Vzhledem k tomu, že princip turbínového motoru je založen na využití výfukové energie, horká část kochle může žhnout až na tisíc nebo více stupňů Celsia.

Pomocné položky

Vzhledem k tomu, že turbína je součástí sacího systému, jeho provoz je nemožný bez použití vzduchového filtru, škrtící klapky a mezichladiče.

Ten je určen ke chlazení kyslíku, který je vstřikován do komory pod tlakem. Čím je chladnější vzduch v mezichladiči, tím lépe směs spaluje ve válcích. Také v konstrukci se neřídí bez připojovacích a olejových hadic.

Jak to funguje

Stojí za zmínku, že princip fungování turbíny na benzinovém motoru je stejný jako u dieselového motoru. Během provozu spalovacího motoru se vytvářejí výfukové plyny. Vcházejí do těla (horká část kochle), kde se pohybují podél lopatek turbínového kola. Ten druhý se otáčí až neuvěřitelnou rychlostí - 100 nebo více tisíc otáček za minutu. Protože turbínové kolo je pevně spojeno s hřídelem, točivý moment se přenáší do druhé studené části turbíny. To zase začne zachycovat kyslík z atmosféry. Po průchodu filtrem proniká dovnitř. Dále pod tlakem vstupuje sací potrubí, kde se mísí s palivem a vstoupí do spalovací komory. Jako materiály pro plášť turbíny, žáruvzdorné oceli a slitinu železa a niklu se používají.

Výkon kompresoru závisí na jeho tvaru a rozměrech. Čím větší je jeho průměr, tím více vzduchu je nasáváno do sběrného sacího potrubí. Ale nemůžete neustále zvyšovat velikost kompresoru. To může vést k přeplňování. Malá turbína se otáčí mnohem rychleji při jmenovité rychlosti. Ale na vrcholu je menší produktivita. Velikost a tvar prvku jsou proto pro každý motor vybírány striktně jednotlivě. Nemůžete instalovat jednotku z benzínového vozu na naftu a naopak. I když má stejný princip provozu turbíny, bude působit odlišně na různých vozidlech.

Důležitý bod: pro regulaci plnícího tlaku je k dispozici speciální obtokový ventil. Je poháněn pneumatickým pohonem a ovládá se řídicí jednotkou motoru.

Mazací systém

Jedná se o integrální součást jakékoliv turbíny. Princip fungování mazacího systému je jednoduchý. Olej se dodává mezi ložiskem a skříní kompresoru několika tlakovými kanály. Ale nemyslete si, že tento systém je potřebný pouze pro mazání. Rovněž ochlazuje vyhřívané části kompresoru. U některých motorů je turbína spojena se společným chladicím systémem. Díky tomu je dosaženo lepšího chlazení, ale tento návrh je mnohem složitější a dražší při výrobě.

Aby se zabránilo turbulence, výrobci neustále zlepšují konstrukci turbíny na vznětovém motoru. Princip fungování zůstává stejný, ale mění se následující body:

• Hmotnost kompresoru. Turbína je vyrobena ze světlých a trvanlivých materiálů současně (například z keramiky).
• Návrh ložiska. Čím nižší je ztráta tření, tím vyšší je výkon turbíny. Kolečko se snadněji otáčí na své jmenovité hodnoty.

Typy turbín

V současné době existuje několik populárních typů kompresorů:

• Samostatně. Má dvě trysky pro každý pár válců a dva vstupy pro výfukové plyny. První tryska je určena pro rychlou odezvu, druhá je pro maximální výkon. Konstrukce má samostatné výfukové kanály. To se provádí tak, aby se zabránilo překrytí kanálů uvolněním výfukových plynů.
• Kompresor s proměnnými tryskami. To je také známé jako turbína s proměnnou geometrií. Používá se na motorech s označením TDI značky Volkswagen. Zde je v návrhu 9 pohyblivých nožů. Mohou regulovat tok výfukových plynů, které přicházejí do turbíny. Úhel sklonu nožů je nastavitelný, což vám umožňuje sladit tlak vstřikovaného vzduchu a rychlost pohybu plynů s otáčkami spalovacího motoru.

Pro větší výkon lze na vozidle instalovat dva kompresory. Takové systémy jsou označeny jako "twin-turbo".

Tyto mechanismy jsou instalovány postupně. V tomto případě je první turbína provozována při nízkých otáčkách a druhá vysoká. Na V motorech jsou paralelně instalovány kompresory (jedna turbína pro každý řádek). Jak ukazuje praxe, instalace dvou malých kompresorů je mnohem efektivnější než použití jednoho, ale velkého.

Parní turbína

Princip práce je mírně odlišný. Pára, která je vytvořena v kotli, pod tlakem spadá na oběžné kolo turbíny. Ten druhý dělá otáčky, čímž vytváří mechanickou energii. Typicky je tato turbína spojena s generátorem a používá se v elektrárnách. Díky mechanické energii generátor vyrábí elektřinu. Výkon těchto jednotek může dosáhnout 1000 MW.

Tento indikátor však významně závisí na poklesu tlaku par na vstupu a výstupu. Také podobné turbíny se používají k pohonu napájecího čerpadla, na lodích a lodích s jadernou instalací. Co se týče válečných lodí, používá se tu plynová turbína. Princip činnosti je následující. Plyn proudí tryskovou jednotkou kompresoru do oblasti s nízkým tlakem. Současně se rozšiřuje a zrychluje. Potom proudění plynu pohybuje lopatkami turbíny. Ty druhé přenášejí sílu na hřídel přes kotouče. To vytváří užitečný točivý moment.

Na závěr

Tak jsme zjistili princip fungování naftové turbíny, stejně jako benzin a páru. Jak můžete vidět, tyto prvky jsou instalovány s jediným cílem - vyvinout užitečný točivý moment. V případě vozidel se vynakládá na přívod stlačeného vzduchu do vstupu. V elektrárnách je turbína nezbytná pro provoz generátoru, který produkuje proud.