Турбина принцип работы и устройство: Принцип работы турбины – как она работает

Принцип работы турбины – как она работает

Турбокомпрессор или попросту турбина – это дополнительное устройство двигателя, которое для своей работы использует энергию отработавших газов. Что позволяет увеличить мощность двигателя на величину от 25% до 100%. Прежде чем понять, как работает турбокомпрессор, стоит рассмотреть функционирование двигателя внутреннего сгорания.

Принцип работы ДВС

Любой двигатель внутреннего сгорания, дизельный или бензиновый, работает на принципе получения энергии, образующейся от воспламенения топливовоздушной смеси в камерах сгорания. Через впускные клапаны в цилиндр подается отфильтрованный внешний воздух и впрыскивается топливо, причем при пассивной подаче воздуха, в цилиндр подается дозированное количество топлива. Именно эта смесь сгорает в цилиндре и заставляет двигаться поршень, который передает свою кинетическую энергию на ходовую систему автомобиля. Чем больше такой смеси подается и сгорает в цилиндрах, тем больше выходной крутящий момент и соответственно выше общая мощность мотора.

Принцип работы турбины

Для увеличения подачи воздуха в цилиндр, без изменения объема самого цилиндра, используют турбокомпрессор. При работе турбины используются продукты сгорания топливной смеси, которые приводят в действие роторный механизм турбокомпрессора, с помощью которого атмосферный воздух принудительно нагнетается в цилиндры (турбонаддув). И, благодаря этому, в цилиндр подается и большая дозировка топлива. Во время нагнетания, воздух может нагреваться, из-за чего уменьшается его плотность и масса в цилиндрах. Для подачи большего количества воздуха, его необходимо охладить. Для лучшего охлаждения используется радиаторное устройство, называемое интеркулером, который устанавливается на выходе из холодной части турбокомпрессора и через который проходит воздух перед попаданием в цилиндры. На следующем этапе поршень всасывает этот охлажденный воздух через впускные клапаны и одновременно в камеру сгорания подается топливо, образуется топливовоздушная смесь. Возгорание топливной смеси происходит от искры (бензиновые двигатели), либо от сжатия (дизельные двигатели).

После того, как произошло сгорание порции смеси, продукты горения выбрасываются через выпускной клапан и попадают снова в турбину, на ее ротор. Таким образом, она работает без участия движущих частей двигателя, используя энергию потока выхлопных газов.

Для каждого двигателя турбокомпрессор подбирается индивидуально, исходя из его собственной мощности и объема. Причем величина наддува зависит от геометрических параметров (размеров) улиток, компрессорного колеса, ротора турбины. Некоторые конструкции двигателей оборудуют не одной турбиной, а двумя: одинакового размера – би-турбо, разного размера – твин-турбо. В последнее время широкое распространение получили турбокомпрессоры с механизмом изменяемой геометрии. Стоит отметить, что сложность, а соответственно и стоимость ремонта турбины зависит от ее конструктивных особенностей и модификации.

Механизм изменяемой геометрии

Такой механизм позволяет дозировать подачу отработавших газов на колесо в турбине (ротор). Тем самым, позволяет оптимизировать работу турбокомпрессора на различных оборотах.

Это достигается за счет движения специальных лопаток, смонтированных на кольце геометрии. Они синхронно передвигаются, получая движение от вакуумного актуатора или электронного сервопривода в определенный момент, и контролируют наддув. Как правило, устанавливаются они на дизельных ДВС, потому как температура выхлопных газов у бензиновых моторов выше, чем у дизеля, соответственно лопатки геометрии могут деформироваться. Такие турбины позволяют оптимизировать процесс турбонаддува, что приводит к уменьшению расхода топлива и вредных выбросов при одновременном повышении мощности и крутящего момента.

Многие автомобилисты ошибочно полагают, что турбокомпрессор начинает включаться в работу с оборотов мотора от 1500-2000 об/мин. На самом деле, он запускается сразу после заводки автомобиля и работает на холостом ходу. А оптимальных оборотов достигает в диапазоне свыше 1500 об/мин.

Турбокомпрессор достаточно надежный агрегат, однако если Вы столкнулись с его поломкой, решить проблему Вам помогут специалисты ТурбоМикрон.

Мы производим замену турбины на автомобиле, а также ремонт снятых с авто турбокомпрессоров.

Устройство турбокомпрессора (турбины) двигателя. Принцип работы — ЭнергоТехСтрой, Челябинск

Современная сельскохозяйственная техника оснащается турбокомпрессором. Он направляет воздух в цилиндры посредством газов, которые выходят из двигателя. Вследствие такого наддува воздух попадает в цилиндры под высоким давлением в больших объемах. Устройство турбокомпрессора позволяет повысить мощность техники, а расход топлива наоборот снизить.

Устройство турбокомпрессора

Турбина двигателя (турбокомпрессор двигателя) состоят из нескольких элементов:

• Газовая турбина;
• Компрессор;
• Крыльчатка и улитка;
• Подшипники, клапаны, гайки и другие крепежные элементы;
• Насос;
• Связующая ось.

Колеса турбокомпрессора двигателя крепко фиксируются на одном валу и помещаются в корпуса. У компрессора корпус изготовлен из алюминия, а у турбины – из сплава чугуна.

Принцип работы турбины двигателя

Устройство турбокомпрессора позволяет газам стремительно направляться через трубопровод в газовую турбину. Оттуда при помощи высокого давления по сопловому аппарату газы переходят на лопатки колеса, благодаря чему газовая турбина вращается с огромной скоростью. И только после всех этих действий газы выводятся в атмосферу сквозь глушитель.

Когда колесо турбокомпрессора двигателя (турбины двигателя) крутится, оно захватывает воздух, который поступает из атмосферы при помощи воздухоочистителя. Вследствие чего воздух направляется на лопасти компрессора, стремительно раскручивается и сжимается. После этого он под сильным давлением попадает в цилиндры. Из-за постоянного избыточного давления в трубопроводе важно смазывать его дизельным топливом.

Чем больше будет плотность воздуха, подаваемого в цилиндры, тем выше мощность турбины двигателя (турбокомпрессора двигателя),

а удельный расход топлива намного меньше. Повысить плотность воздуха можно охлаждая воздух, который выходит из компрессора в цилиндры.

Получить более подробную информацию об устройстве турбокомпрессора вы можете у наших специалистов.

Информация о газовых турбинах | Kawasaki Heavy Industries

Принцип работы газовой турбины

Как и дизельный или бензиновый двигатель, газовая турбина — это двигатель внутреннего сгорания с рабочим циклом впуск-сжатие-сгорание (расширение)-выпуск. Но, существенно отличается основное движение. Рабочий орган газовой турбины вращается, а в поршневом двигателе движется возвратно-поступательно.

Принцип работы газовой турбины показан на рисунке ниже. Сначала, воздух сжимается компрессором, затем сжатый воздух подается в камеру сгорания. Здесь, топливо, непрерывно сгорая, производит газы с высокой температурой и давлением. Из камеры сгорания газ, расширяясь в турбине, давит на лопатки и вращает ротор турбины (вал с крыльчатками в виде дисков, несущих рабочие лопатки), который в свою очередь опять вращает вал компрессора.

Оставшаяся энергия снимается через рабочий вал.

Особенности газовых турбин

Типы газовых турбин по конструкции и назначению

Самый основной тип газовой турбины — создающий тягу реактивной струей, он же самый простой по конструкции.
Этот двигатель подходит для самолетов, летающих на высокой скорости, и используется в сверхзвуковых самолетах и реактивных истребителях.

У этого типа есть отдельная турбина за турбореактивным двигателем, которая вращает большой вентилятор впереди. Этот вентилятор увеличивает поток воздуха и тягу.
Этот тип малошумен и экономичен на дозвуковых скоростях, поэтому газовые турбины именно этого типа используются для двигателей пассажирских самолётов.

Эта газовая турбина выдает мощность как крутящий момент, причем у турбины и компрессора общий вал. Часть полезной мощности турбины идет на вращение вала компрессора, а остальная энергия передается на рабочий вал.
Этот тип используют, когда нужна постоянная скорость вращения, например — как привод генератора.

В этом типе вторая турбина размещается после турбины с газогенератором, и вращательное усилие передается на нее реактивной струей. Эту заднюю турбину называют силовой. Поскольку валы силовой турбины и компрессора не связаны механически, скорость вращения рабочего вала свободно регулируется. Подходит как механический привод с широким диапазоном скоростей вращения.
Этот тип широко используется в винтовых самолетах и вертолетах, а также в таких установках, как приводы насоса/компрессора, главные судовые двигатели, приводы генератора и т.п.

Что такое газовая турбина серии GREEN?

Принцип, которому Kawasaki следует в газотурбинном бизнесе, начиная с разработки в 1972 году нашей первой ГТУ, позволил нам предлагать клиентам все более совершенное оборудование, т.е., более энергоэффективное и экологичное. Идеи, заложенные в наших продуктах, получили высокую оценку мирового рынка и позволили нам накопить референции на более, чем 10 000 турбин (на конец марта 2014 года) в составе резервных генераторов и когенерационных систем.

Газовые турбины Kawasaki всегда имели большой успех, и мы, показывая еще большую нашу приверженность этому принципу, дали им новое название «Газовые турбины GREEN».

Проект K: Создание газовой турбины с самым высоким КПД в мире

Внутри К: Подразделение газовых турбин, Акаси / завод Seishin

Контакты

Если вам нужна дополнительная информация о нашем бизнесе, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Контакты

Конструкция, принцип действия и установка турбокомпрессора

Конструкция, принцип действия и установка турбокомпрессора

Каждый автолюбитель хоть раз, но слышал слова «турбокомпрессор», «турбина» или, по-другому, – «газотурбинный нагнетатель». При упоминании турбокомпрессора или турбонаддува автовладелец сразу же думает о мощности и быстроте, ведь именно с этими словами и связан турбокомпрессор.

Что именно происходит под капотом Вашего автомобиля и в двигателе, снабженном турбиной, мы и расскажем в данной статье.

Турбокомпрессор аналогичен воздушному насосу. То есть турбокомпрессор – это конструкция, состоящая из самого компрессора и газовой турбины.

Компрессор состоит из ротора и корпуса. Лопатки ротора компрессора имеют особенную форму, которая позволяет им засасывать воздух через центр ротора и отбрасывать его на стенки корпуса компрессора. Благодаря этому происходит сжатие воздуха, и через впускной коллектор он попадает в двигатель. Габариты компрессора зависят от скорости вращения турбины и от количества воздуха, необходимого двигателю.

Газовая турбина также состоит из ротора и корпуса. Горячие отработанные газы, выходящие из выпускного коллектора, проходят по внутреннему каналу газовой турбины и попадают в турбокомпрессор. Этот канал постепенно начинает сужаться, и газы, проходящие через него, ускоряются и попадают в корпус, который выполнен в форме улитки. Оттуда отработанные газы направляются к ротору турбины и приводят ее во вращение.

Принцип работы турбокомпрессора

Принцип работы турбокомпрессора заключается в следующем: энергия, которая необходима для сжатия воздуха, поступает от турбины, что совершает обороты за счет энергии потока отработанных газов.

При максимальной энергии отработанных газов и турбина будет вращаться гораздо быстрее. В свою очередь, компрессор тоже будет вращаться быстрее и закачивать больше воздуха.

Коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания напрямую зависит от того, какое количество воздуха попадет в цилиндры ДВС. Чем больше воздуха в цилиндрах, тем больше сгорает топлива, за счёт этого влияния турбокомпрессора на двигатель и повышается мощность мотора.

Несмотря на то, что принцип работы турбокомпрессора очень прост, сам агрегат представляет собой довольно тонкое устройство. Для турбокомпрессора требуется исключительно точная подгонка деталей внутри самого устройства и идеально слаженная работа турбокомпрессора и двигателя. При отсутствии слаженной работы между этими деталями последний не только будет работать неэффективно, но и может быть испорчен. Поэтому очень важно следовать технологии установки и обслуживания.

В нашем ассортименте представлен широкий выбор турбокомпрессоров от лидеров производства в этой области. В розничных магазинах и на территории оптовых центров Вы можете приобрести турбокомпрессоры БЗА,чешские турбокомпрессоры CZ Strakonice, турбокомпрессоры ЯМЗ, турбокомпрессоры HYUNDAI, а также скачать подробную инструкцию по установке турбокомпрессора.

ИНСТРУКЦИЯ ПО УСТАНОВКЕ ТУРБОКОМПРЕССОРА

Внимание!

Запрещается применять любые герметики. Куски и обрывки герметика выводят турбину из строя.

Исключите попадание песка и пыли в маслоподающую и маслосливную магистраль. Песок из турбины не вымывается. Он измельчается, оставаясь в подшипниках скольжения.

Соблюдайте правила пожарной безопасности.

Помните:

Несоблюдение правил установки турбокомпрессора ведет к его поломке!

Воздушный фильтр:

• проверьте герметичность коробки и крепления крышки воздушного фильтра;
• почистите коробку фильтра и заборный патрубок;
• промойте воздушные патрубки от фильтра к турбине, от турбины к всасывающему коллектору двигателя и коллектор двигателя от пыли и налипшего песка.

Турбокомпрессор:

1. Приведите ротор турбины в движение пальцами и запомните, с каким усилием он вращается. При последующих работах периодически прокручивайте ротор, сравнивая усилие вращения.
2. Перед соединением с турбиной промойте бензином маслоподающую магистраль.
3. Перед монтажом маслоподающего патрубка залейте в турбину масло, пользуясь шприцом и прокручивая ротор рукой.
4. Не затягивайте основательно маслоподающую трубку, чтобы получить визуальное подтверждение наличия подачи масла.
5. Убедитесь в том, что есть свободный слив масла в поддон картера продувкой магистрали.
6. Прикрутите все патрубки от фильтра к турбине, кроме воздуховодного, для того, чтобы можно было контролировать вращение ротора визуально.
7. Запустите двигатель на 10-20 секунд. Контролируйте появление масла из незатянутого до конца стыка маслоподающего шланга.
8. Проверьте усилие вращения ротора турбины (п.2).
9. Если масло не появилось, повторите п.п.8,9 два-три раза до появления масла.
10. Затяните маслоподающий шланг, заведите двигатель на одну минуту.
11. Проверьте, как крутится ротор турбины рукой.
12. Если нет изменений усилия вращения ротора, наденьте воздуховодный патрубок от фильтра к турбине, затяните и проверьте крепление хомутов, запустите двигатель, прогрейте двигатель на холостом ходу, проверьте работу турбины на различных режимах двигателя.
13. При появлении посторонних звуков, исходящих от турбины (вой, свист и т.д.) на различных оборотах двигателя, а также при появлении масла в воздуховодных патрубках, немедленно заглушите двигатель и обратитесь к специалистам. Не принимайте никаких действий по разборке турбины.

Практические советы по обслуживанию турбокомпрессора

Если двигатель нуждается в ремонте, а признаки указывают, что неисправность связана с турбокомпрессором, важно точно установить, поврежден турбокомпрессор или нет. Это можно сделать, пользуясь таблицей, приведенной на стр. 5. Если точно установлено, что турбокомпрессор неисправен, нужно обязательно отыскать причину этого. Если ее не устранить, новый турбокомпрессор, установленный взамен неисправного, тоже выйдет из строя; иногда это происходит впервые же секунды после запуска двигателя.

Чтобы быть уверенным в качестве приобретаемого нового или отремонтированного турбокомпрессора, рекомендуется покупать его у официальных дилеров производителя, а ремонтировать только в фирмах, имеющих специальное оборудование и разрешение, подтвержденное сертификатом соответствия. При самостоятельной установке турбокомпрессора следует выполнять приведенные указания:

• Сливные маслопроводы: снять и полностью прочистить. Убедиться в отсутствии вмятин, повреждений, пережатий. Случается, что шланги и резиновые патрубки через некоторое время разбухают изнутри, что затрудняет движение масла. В случае сомнений рекомендуется заменить резиновые части новыми деталями.
• Сапун двигателя: снять и полностью очистить. Нужно следовать тем же указаниям, что и для маслопроводов. Проверить, при необходимости заменить клапаны (если они есть). На сапуне часто устанавливают небольшой конденсатор масла. Его также нужно очистить и проверить.
• Герметик: не использовать жидкий герметик вокруг подающих и сливных маслопроводов. Большинство материалов этого типа могут растворяться в горячем масле, загрязняя его, что вызывает повреждение подшипников турбокомпрессора.
• Масло и фильтр: заменить масло в двигателе, а также воздушный и масляный фильтры.
• Предварительная смазка: перед окончательной установкой соединений системы смазки турбокомпрессор должен быть предварительно смазан через отверстие для подвода масла.
• Запуск: после установки турбокомпрессора запустите двигатель и дайте ему поработать две минуты на холостом ходу. Затем постепенно увеличивайте число оборотов. Совершите пробную поездку. Проверьте установку, чтобы выявить возможные утечки воздуха, отработанных газов или масла.

НЕИСПРАВНОСТИ

А	Двигатель глохнет при разгоне
Б	Недостаток мощности двигателя
В	Черный выхлоп
Г	Чрезмерный расход масла
Д	Голубой выхлоп
Е	Шум в турбокомпрессоре
Ж	Повторяющийся звук в ТКР
3	Утечка масла через уплотнение компрессора
И	Утечка масла через уплотнение турбины

А	Б	В	Г	Д	Е	Ж	3	И	Причина	Способ устранения
	•	•	•	•			•		Элемент воздушного фильтра забит	Замените фильтрующий элемент
		•	•	•	•	•	•		Помехи во впускном канале компрессора	Удалите помехи или замените поврежденные детали
	•	•			•				Помехи в выпускном канале компрессора	Удалите помехи или замените поврежденные детали
	•	•			•				Помехи во впускном коллекторе двигателя	В соответствии с инструкцией по эксплуатации двигателя удалите помехи во впускном «коллекторе двигателя
					•				Утечка воздуха в канале, соединяющем воздушный фильтр и впускной канал компрессора	Либо замените прокладки, либо подтяните соединение
	•	•	•	•	•				Утечка воздуха в канале, соединяющем выпускной канал компрессора и впускной коллектор двигателя	Либо замените прокладки, либо подтяните соединение
	•	•	•	•	•				Утечка воздуха в соединении впускного коллектора и двигателя	В соответствии с инструкцией по эксплуатации двигателя либо замените прокладки, либо подтяните соединение
		•	•	•	•	•		•	Помеха в выпускном коллекторе	В соответствии с инструкцией по эксплуатации двигателя удалите помеху
	•	•					•		Помеха в выпускной системе	Либо удалите помеху, либо замените неисправные элементы
	•	•			•		•		Утечка газов в соединениях выпускного коллектора и двигателя	В соответствии с инструкцией по эксплуатации двигателя либо замените прокладки, либо подтяните соединение
	•	•			•		•		Утечка газов из входного канала турбины в соединении с выпускным коллектором	Либо замените прокладку, либо подтяните соединение
					•				Утечка газов в системе после выпускного канала турбины	В соответствии с инструкцией по эксплуатации двигателя исправьте утечку газов
			•	•			•	•	Помехи в сливной гидролинии ТКР	Либо удалите помехи, либо замените патрубок сливной гидролинии
			•	•			•	•	Помехи в системе вентиляции картера двигателя	В соответствии с инструкцией по эксплуатации двигателя удалите помехи из системы вентиляции
			•	•			•	•	Картридж ТКР либо закоксован, либо в нем произошло отложение осадка	Замените масло, масляный фильтр и отремонтируйте или замените ТКР
	•	•							Топливная система либо вышла из строя, либо плохо отрегулирована	В соответствии с инструкцией по эксплуатации двигателя отрегулируйте топливную систему и замените поврежденные детали
	•	•							Некорректная работа распредвала	В соответствии с инструкцией по эксплуатации двигателя замените изношенные детали
	•	•	•	•			•	•	Изношены либо поршневые кольца, либо цилиндры (прорыв газов)	В соответствии с инструкцией по эксплуатации отремонтируйте двигатель
	•	•	•	•			•	•	Внутренние неполадки в двигателе (клапаны, поршни)	В соответствии с инструкцией по эксплуатации отремонтируйте двигатель
	•	•	•	•	•	•	•	•	Грязь пригорела к колесу компрессора или к лопастям диффузора	Очистите колесо, найдите и удалите источник грязного воздуха, замените масло и масляный фильтр
	•	•	•	•	•		•	•	Поврежден ТКР	Определите причину повреждения и замените ТКР
	•								Неисправность перепускного клапана	Проверьте правильность работы перепускного клапана и его привода
•									Высокое давление наддува, отключение зажигания	Проверьте правильность работы перепускного клапана и его привода, замените неисправные детали

Поиск неисправностей в турбокомпрессорах

На нормально работающем двигателе, который своевременно и качественно обслуживается, турбокомпрессор может безотказно работать в течение долгих лет.

Проявление неисправностей может быть следствием:

• плохой регулировки топливной аппаратуры;
• недостаточного давления в масляной системе;
• попадания в турбокомпрессор посторонних предметов;
• загрязненного масла;
• разбалансировки ротора;
• длительной работы двигателя на минимальных оборотах;
• неправильной остановки двигателя;
• загрязнения воздушного и масляного фильтров.

Часто турбокомпрессоры снимают с двигателя без предварительной проверки необходимости этого. Ремонт турбокомпрессора можно производить, лишь убедившись в отсутствии неисправностей в двигателе. В большинстве случаев это позволяет избежать бесполезной замены турбокомпрессора.

Чаще всего встречаются следующие признаки неисправностей, связанных с турбокомпрессором:

• двигатель не развивает полную мощность;
• черный дым из выхлопной трубы;
• синий дым из выхлопной трубы;
• повышенный расход масла;
• шумная работа турбокомпрессора.

1. Низкая мощность двигателя, черный дым из выхлопной трубы

Оба признака являются следствием недостаточного поступления воздуха в двигатель, причиной чего может быть засорение канала подвода воздуха либо его утечка из впускного или выпускного коллектора. Для этого необходимо проверить следующие элементы:

• воздушный фильтр;
• крепления воздуховодов;
• выпускной коллектор, его уплотнения, систему выпуска;
• турбокомпрессор (следы трения роторов турбины и турбокомпрессора).

Для начала нужно запустить двигатель, после чего прослушать шум, производимый турбокомпрессором.

Имея некоторый опыт, можно довольно быстро определить утечку воздуха между выходом турбокомпрессора и двигателем по свисту, который возникает при этом. После этого проверьте, не засорен ли воздушный фильтр.

Проверьте (в случае необходимости) количество поступающего воздуха, пользуясь техническими данными турбокомпрессора. Затем заглушите двигатель, снимите уплотнение между воздушным фильтром и турбокомпрессором и проверьте отсутствие или наличие выброса масла из турбокомпрессора.

Проверьте отсутствие повреждений гофры соединения воздушного фильтра и турбокомпрессора, продуйте или замените воздушный фильтр.

Кассета воздушного фильтра должна быть сухой. Промойте и продуйте воздухом охладитель воздуха, расположенный между турбокомпрессором и воздуховодом подачи воздуха на двигатель. Убедитесь в отсутствии прорывов выхлопных газов из-под креплений выхлопного коллектора, проверьте надежность крепления резьбовых соединений выхлопного коллектора.

Теперь повращайте вал турбокомпрессора, чтобы установить, свободно ли он вращается, нет ли повышенного износа или повреждения ротора турбины или турбокомпрессора. Обычно ось всегда имеет небольшой люфт, но если при вращении турбокомпрессора рукой ротор турбины и турбокомпрессора задевает или трется о корпус, налицо явный износ, требующий капитального ремонта турбокомпрессора.

Если после проверки всех элементов неисправности не обнаружены, значит падение мощности возникло не из-за турбокомпрессора. Необходимо искать неисправности в самом двигателе.

2. Синий дым из выхлопной трубы

Появление синего дыма является следствием сгорания масла, причиной которого может быть либо его утечка в турбокомпрессоре, либо неисправности в двигателе.

Нужно проверить следующие элементы:

• воздушный фильтр;
• трубу сливного маслопровода и сапун двигателя.

Прежде всего проверьте воздушный фильтр: любое препятствие на пути воздуха к турбокомпрессору может стать причиной утечки масла со стороны турбокомпрессора. В этом случае за ротором турбокомпрессора образуется разряжение, что вызывает засасывание масла из среднего корпуса.

Следующим этапом проверки будет снятие корпусов турбины и турбокомпрессора для проверки свободного вращения вала и отсутствия повреждений роторов.

Затем проверьте сливной маслопровод от турбокомпрессора к корпусу двигателя на отсутствие повреждений, сужений и пробок.

Засорение этого маслопровода или повышенное давление в картере двигателя (в большинстве случаев вызываемое засорением системы вентиляции картера) приводит к тому, что масло из турбокомпрессора не возвращается в масляный картер двигателя. Проверьте, не повышено ли давление газов в картере.

Используйте масло, рекомендуемое производителем для двигателей с турбонаддувом!

Не следует упускать из виду тот факт, что в масляный картер сливается не только масло, в нем присутствует также часть отработанных газов и сжатого воздуха, из турбины и турбокомпрессора. В этой смеси на одну часть масла приходится 4-5 частей газов.

В последнюю очередь снимите выпускной коллектор двигателя и проверьте наличие следов масла. Если следы масла не обнаружены — ищите неисправность в двигателе.

3. Повышенный расход масла (без синего дыма)

Проверьте воздушный фильтр, а затем крепления корпуса турбины турбокомпрессора и давление в нем. Оцените люфт в роторе турбокомпрессора, проверьте отсутствие следов износа от трения ротора турбокомпрессора и турбины о стенки соответствующих корпусов. Это обнаруживается по люфту вала ротора турбокомпрессора.

Если ничего необычного не выявлено, следует искать неисправность за пределами турбокомпрессора. Иногда постоянная утечка масла происходит через турбину турбокомпрессора, притом, что она находится в исправном состоянии. Практика показывает, что «виноват» в этом засоренный сливной маслопровод или повышенное давление в масляном картере двигателя. Как уже разъяснялось выше, по этому маслопроводу течет не только масло, но и большое количество газов. Поэтому идеальной формой для этого маслопровода была бы прямая труба, отходящая от турбокомпрессора и без изгибов идущая в масляный картер двигателя, вывод которой в картере располагался бы чуть выше нормального уровня масла в нем. Важным является также диаметр маслопровода. В случае турбокомпрессоров небольшого размера, таких как Garret 73, 704B или 3LD Holset-KKK-Shwitzer, диаметр маслопровода составляет 20 мм. Как говорилось выше, в идеале труба маслопровода должна напрямую, без изгибов и горизонтальных частей, соединять турбокомпрессор с картером двигателя. Однако большинство сливных маслопроводов очень редко бывают подобной формы. При значительном износе двигателя возникают трудности со сливом масла.

4. Шумная работа турбокомпрессора

Если турбокомпрессор шумит при работе, следует проверить следующие элементы:

• крепление воздуховодов;
• систему выпуска;
• подшипники (отсутствие повреждений из-за нехватки масла или загрязненного масла).

Проверьте все трубопроводы, находящиеся под давлением: вход и выход турбокомпрессора, систему выпуска.

Полностью снимите сливной маслопровод и трубку сапуна. Тщательно проверьте, не засорились и не пережаты ли они.

Проверьте легкость вращения оси турбины и отсутствие трения роторов турбины и турбокомпрессора и их повреждения посторонними предметами. Если установлено, что роторы трутся или повреждены, снимите и замените турбокомпрессор.

Ни в коем случае не используйте герметик для крепления подающего и сливного маслопроводов турбокомпрессора. Большинство герметиков при контакте с горячим маслом растворяются в нем. Такое загрязненное масло может повредить подшипники и кольца турбокомпрессора.

Очень часто остатки герметика вызывают засорение масляных каналов внутри турбокомпрессора.

Не забудьте смазать турбокомпрессор перед его установкой. Промойте двигатель, замените масло, установите новые масляный и воздушный фильтры.

Следует обращать внимание на правильность запуска и остановки двигателя с турбокомпрессором. Если заглушить двигатель, работающий на высоких оборотах, турбокомпрессор продолжает вращаться без смазки, потому что давление моторного масла почти равно нулю. При этом повреждаются подшипники и кольца турбокомпрессора.

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.

Принцип работы турбокомпрессора автомобиля — ПроТурбо

Принцип работы турбокомпрессора

Турбокомпрессор – важнейшая составляющая часть двигателя современного автомобиля. Благодаря ему достигается существенный прирост мощности при незначительной массе самой детали. Как известно, принцип работы турбокомпрессора заключается в сильном сжатии подаваемого в двигатель воздуха и, соответственно, создании высокой мощности взрыва в цилиндрах двигателя. Благодаря турбокомпрессору в двигатель поступает на 50% больше объема воздуха, таким образом, сжигается больший объем топлива, что увеличивает мощность двигателя на 30-40% при тех же затратах топлива. Мотор, который имеет турбину, вырабатывает намного больше полезной энергии, чем не оснащенный ею.

Механизм состоит из таких основных элементов:

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

Принцип действия автомобильной турбины

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

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

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

Особенности функционирования

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

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

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

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

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

Принцип работы ТЭЦ

Чтобы газ лучше горел, в котлах установлены тягодутьевые механизмы. В котел подается воздух, который служит окислителем в процессе сгорания газа. Для снижения уровня шума механизмы снабжены шумоглушителями. Образовавшиеся при горении топлива дымовые газы отводятся в дымовую трубу и рассеиваются в атмосфере.

Раскаленный газ устремляется по газоходу и нагревает воду, проходящую по специальным трубкам котла. При нагревании вода превращается в перегретый пар, который поступает в паровую турбину. Пар поступает внутрь турбины и начинает вращать лопатки турбины, которые связаны с ротором генератора. Энергия пара превращается в механическую энергию. В генераторе механическая энергия переходит в электрическую, ротор продолжает вращаться, создавая в обмотках статора переменный электрический ток.

Через повышающий трансформатор и понижающую трансформаторную подстанцию электроэнергия по линиям электропередач поступает потребителям. Отработавший в турбине пар направляется в конденсатор, где превращается в воду и возвращается в котел. На ТЭЦ вода движется по кругу. Градирни предназначены для охлаждения воды. На ТЭЦ используются вентиляторные и башенные градирни. Вода в градирнях охлаждается атмосферным воздухом. В результате выделяется пар, который мы и видим над градирней в виде облаков. Вода в градирнях под напором поднимается вверх и водопадом падает вниз в аванкамеру, откуда поступает обратно на ТЭЦ. Для снижения капельного уноса градирни оснащены водоуловителями.

Водоснабжение осуществляется от Москвы-реки. В здании химводоочистки вода очищается от механических примесей и поступает на группы фильтров. На одних она подготавливается до уровня очищенной воды для подпитки теплосети, на других — до уровня обессоленной воды и идет на подпитку энергоблоков.

Цикл, используемый для горячего водоснабжения и теплофикации, также замкнутый. Часть пара из паровой турбины направляется в водонагреватели. Далее горячая вода направляется в тепловые пункты, где происходит теплообмен с водой, поступающей из домов.

Высококлассные специалисты «Мосэнерго» круглосуточно поддерживают процесс производства, обеспечивая огромный мегаполис электроэнергией и теплом.

Как работает парогазовый энергоблок

Устройство паровой турбины — Уралэнергомаш

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

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

Общее строение двигателя

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

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

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

Внутреннее и внешнее устройство сопла, его функции

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

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

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

Строение паровой турбины и принцип действия

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

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

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

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

Функционирование паровой турбины

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

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

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

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

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

Принцип работы активной паровой турбины

Строение и общий принцир функционирования двигателя в работе следующий.

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

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

Техническое устройство паровой турбины

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

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

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

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

Техническое строение ротора турбины

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

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

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

Эксплуатация турбин на атомных станциях

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

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

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

Строение паровых и газовых турбин

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

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

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

Паровая турбина со встроенным конденсатом

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

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

Принцип действия конденсаторной установки:

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

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

Газовые турбины — обзор

4.6 Турбины

Последней частью газовой турбины является турбинная секция. Здесь энергия топлива преобразуется в форму механической энергии, при этом вращение вала турбины создает крутящий момент. Во всех газовых турбинах, за исключением некоторых очень маленьких машин, используются секции турбины с осевым потоком. Как и компрессор, турбина с осевым потоком будет состоять из ряда ступеней, каждая ступень включает в себя набор неподвижных лопаток, обычно называемых соплами, и набор вращающихся лопаток, прикрепленных к валу турбины.

Существует два основных типа конструкции турбины / лопатки, которые могут быть применены к газовой турбине, каждый из которых определяется способом извлечения энергии из жидкости. Эти две турбины называются реактивными и импульсными. Один из способов понять разницу состоит в том, чтобы заметить, что реактивные турбины используют статическое давление в жидкости, тогда как импульсные турбины используют динамическое давление. Это означает, что когда жидкость проходит через реактивную турбину, статическое давление падает, но скорость жидкости, определяющая ее динамическое давление, остается относительно постоянной.Напротив, когда жидкость проходит через ступень импульсной турбины, скорость падает, а статическое давление остается постоянным. Ступени современной осевой газовой турбины, как правило, объединяют эти две ступени, извлекая часть их энергии из статического давления и частично из динамического давления. Обычно первые стадии имеют преимущественно импульсный тип, в то время как последние стадии являются более реакционными. Однако на всех этапах обычно используется и то, и другое.

Порядок неподвижных лопаток и вращающихся лопаток в турбине — обратный порядку компрессора.Газ под высоким давлением и высокой температурой из камеры сгорания сначала встречает лопатки ступени, а затем направляется к ее лопаткам. Лопатки образуют сходящиеся каналы, которые преобразуют статическое давление в динамическое, увеличивая скорость проходящего через них воздуха. Это динамическое давление затем используется для вращения вращающихся лопастей. Как и в компрессоре, лопасти и лопасти имеют форму аэродинамических крыльев, чтобы обеспечить плавный поток воздуха через всю турбину. Каждая ступень извлекает часть энергии, содержащейся в воздухе.

В простой газовой турбине компрессор и лопатки турбины находятся на одном валу. Однако есть более сложные механизмы. В некоторых машинах есть два концентрических вала. Одна из них несет лопатки компрессора и первые одну или две ступени лопаток турбины. Более поздние ступени турбины прикреплены ко второму валу, который приводит в действие генератор для выработки электроэнергии. В некоторых газовых турбинах на базе авиационных двигателей это еще более расширено, и ступени компрессора также разделены.Затем лопатки компрессора низкого давления устанавливаются на тот же вал, что и ступени турбины низкого (или среднего) давления, в то время как ступени компрессора высокого давления находятся на том же валу, что и ступени турбины высокого давления.

КПД газовой турбины будет зависеть от падения температуры на ступенях. Для достижения высокого КПД температура на входе ступени турбины должна быть очень высокой. В некоторых современных газовых турбинах температура на входе может достигать 1600 ° C. Для разработки компонентов турбины, способных выдерживать эту температуру, требуются особые материалы и особые методы проектирования.

КПД газовой турбины будет зависеть не только от температуры газа на входе, но и от температуры газа на выходе из последней ступени газовой турбины. Отработавший газ из газовой турбины простого цикла, не входящей в конфигурацию комбинированного цикла, должен быть как можно более холодным для достижения максимальной эффективности. Однако на электростанции с комбинированным циклом часть энергии улавливается парогенератором, который использует отходящее тепло в выхлопе газовой турбины.Температура выхлопных газов, выходящих из турбины, в установках этого типа будет намного выше. Температура на выходе высокоэффективной авиационной газовой турбины, вероятно, будет в диапазоне от 400 ° C до 500 ° C. Несмотря на то, что это относительно высокий показатель, он все же обеспечивает КПД до 46% для лучших машин. Другие небольшие промышленные турбины будут иметь КПД до 42%. И наоборот, большие промышленные газовые турбины, предназначенные для работы в комбинированном цикле, могут иметь температуру выхлопных газов выше 600 ° C.Эффективность может составлять всего 38%, но обычно она достигает 42%.

3 Авиационные газотурбинные двигатели | Исследование силовых установок и энергетических систем коммерческих самолетов: сокращение глобальных выбросов углерода

будущее. Кроме того, общий коэффициент давлений ² газовых турбин со временем увеличился для повышения термодинамической эффективности. В то же время, однако, размер компрессора высокого давления, камеры сгорания и турбины уменьшился, что усугубило проблемы меньшего размера.

По мере повышения эффективности самолетов и двигателей для полета требуется меньше мощности, так что объем двигателя и мощность, требуемые при неизменных характеристиках самолета, в будущем будут уменьшаться.

Возможность улучшения

С тех пор, как в конце 1940-х годов были построены первые авиационные газовые турбины, общий КПД — от расхода топлива до движущей силы — повысился примерно с 10 процентов до текущего значения, приближаясь к 40 процентам (см. Рисунок 3.2). Вероятно, что скорость улучшения этих двигателей может продолжаться примерно на 7 процентов в десятилетие в течение следующих нескольких десятилетий при условии достаточных инвестиций в технологии.Потенциал общего улучшения лучше всего рассматривать с точки зрения составляющих КПД: термодинамической эффективности двигателя и тягового КПД движителя.

Как отмечалось выше, неясно, насколько близко к теоретическим пределам может быть возможно использование газовой турбины для коммерческого самолета, учитывая важные ограничения авиации в отношении безопасности, веса, надежности и стоимости. Несколько авторов рассмотрели вопрос о практических пределах для газовых турбин простого цикла с учетом потенциала новых материалов, архитектур двигателей и технологий компонентов.Их оценки индивидуальных пределов термодинамического и пропульсивного КПД несколько различаются (и могут по-разному разделить потери между термодинамическим и пропульсивным КПД), но они согласны с тем, что улучшение общего КПД на 30-35 процентов по сравнению с лучшими двигателями сегодня может быть достигнуто. Как показано на рисунке 3.7, термодинамический КПД двигателя может составлять 65-70 процентов, а тяговый КПД — 90-95 процентов.

Газотурбинные двигатели

нуждаются в значительном улучшении, при этом общий КПД повышается на 30 или более процентов по сравнению с лучшими двигателями, эксплуатируемыми сегодня.Улучшения будут происходить за счет множества относительно небольших приращений, а не одной прорывной технологии.

Некоторые исследования показывают, что улучшение характеристик турбомашин и снижение потерь на охлаждение может улучшить термодинамический КПД на 19 процентов и 6 процентов соответственно. ³ Такой значительный выигрыш не достигается простым внедрением новой технологии в существующие двигатели. Скорее, это требует оптимизации цикла с учетом конкретных уровней рабочих характеристик компонентов, температурных возможностей и охлаждения.Практические циклы с промежуточным охлаждением или рекуперацией могут повысить эффективность еще на 4. ⁴ Усовершенствованные вентиляторы и гребные винты также могут повысить эффективность тяги на 10 процентов. ⁵ Конечно, практические пределы эффективности тяги не могут быть рассмотрены только на уровне двигателя без ссылки на конфигурацию самолета и интеграцию силовой установки, как описано в главе 2.

Подводя итог, можно сказать, что авиационные газотурбинные двигатели имеют значительные возможности для улучшения, с потенциалом повышения общего КПД на 30 или более процентов по сравнению с лучшими двигателями, находящимися в эксплуатации на сегодняшний день, с потенциалом улучшения пропульсивного КПД примерно в два раза выше термодинамического КПД.Этот уровень производительности потребует множества технологических усовершенствований и будет происходить в виде ряда относительно небольших приращений, несколько процентов или меньше, а не за счет одной прорывной технологии. В следующем разделе обсуждаются многие из этих технологий.

___________________

² Общий коэффициент давления — это отношение давления на выходе компрессора к давлению на входе компрессора.

³ D.K. Холл, 2011 г., «Пределы производительности осевых ступеней турбомашин», М.S. диссертация, Массачусетский технологический институт, Кембридж, Массачусетс,

⁴ Дж. Уурр, 2013, «Архитектура и технологии будущих гражданских авиационных двигателей», представленная на 10-й Европейской конференции по турбомашинному оборудованию, http://www.etc10.eu/mat/Whurr.pdf.

⁵ Д. Карлсон, 2009, «Возрождение двигателей: новые циклы, новые архитектуры и возможности для развития рабочей силы», представленный на 19-й Международной конференции ISABE Международного общества по дыхательным двигателям, Монреаль, Канада.

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

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

Характеристики электрогенераторов

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

Применение электрогенераторов

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

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

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

Волновые преобразователи энергии — Coastal Wiki

Введение

Обширная и надежная энергия волн долгое время считалась одним из самых многообещающих возобновляемых источников энергии.В специальном отчете ^[1] МГЭИК 2011 года представлены несколько оценок мирового потенциала энергетических ресурсов океанских волн. Эти оценки были получены с использованием методов, показанных в Приложении A. Теоретический максимум оценивается примерно в 30 000 ТВтч / год (3,10 ¹³ кВтч / год), что составляет около 20% мирового потребления энергии в 2019 году. Однако из-за технологических и экономических ограничений полезные ресурсы почти в 10 раз меньше.

Преобразователи энергии волн (WEC) преобразуют энергию волн в электричество.Хотя попытки использовать этот ресурс относятся как минимум к 1890 году, мощность волн в настоящее время широко не используется. ^[2] . Установленная во всем мире оперативная волновая мощность в 2020 году составила около 16 МВт [2], что примерно на 5 порядков меньше, чем 2–3 ТВт, необходимые для использования глобального потенциала энергии волн. Важной причиной являются производственные затраты на киловатт-час, которые в 2020 году были примерно в 10 раз выше, чем у морских ветряных электростанций ^[3] .

Множество инновационных методов преобразования энергии волн было изобретено за последние три десятилетия, что привело к появлению тысяч патентов за последние годы.В настоящее время компании и академические исследовательские группы по всему миру исследуют ряд различных концепций волновой энергии. Несмотря на то, что многие рабочие конструкции были разработаны и испытаны посредством моделирования и волновых испытаний танков, только несколько концепций дошли до морских испытаний. Сильное снижение затрат, которое возможно только при резком увеличении глобального применения, могло бы позволить волновым установкам в будущем выгодно конкурировать с традиционными электростанциями ^[4] .

Принципы преобразования волновой энергии

В этом разделе кратко представлены наиболее популярные современные методы преобразования энергии волн.Показатели эффективности этих методов представлены в Приложении B.

Колеблющиеся водяные столбы (OCW)

Рис. 1. Преобразование энергии волн по принципу колеблющегося столба воды. Из IPCC 2011 ^[1] .

Принцип колеблющегося водяного столба проиллюстрирован на рис. 1, в этом примере для использования в сочетании с неподвижной конструкцией (например, волнорез). Функционирование колеблющихся водяных столбов (ВНК) в чем-то похоже на работу ветряной турбины, поскольку основано на принципе создания давления воздуха, вызванного волнами.Устройство установлено на закрытой воздушной камере, которая находится над водой. Прохождение волн изменяет уровень воды в закрытом корпусе, а поднимающийся и опускающийся уровень воды увеличивает и уменьшает давление воздуха внутри корпуса, создавая двунаправленный воздушный поток. При размещении турбины наверху этой камеры воздух будет входить и выходить из нее с изменяющимся уровнем давления воздуха.

Рис. 2. Колодец турбины. Из ^[5] .

Есть два варианта разделения двунаправленного потока: турбина Уэллса для создания всасывания или, альтернативно, клапаны создания давления ^[6] .Турбина Уэллса сконструирована таким образом, что она всегда вращается в одном и том же направлении независимо от направления воздушного потока, см. Рис. 2. КПД ниже (50-60%), чем у обычных турбин, но выше, чем достижимый с обычными турбинами в переменном режиме ^[7] .

Рис. 3. Буй волновой энергии, основанный на принципе колеблющегося столба воды.

Рис. 4. Преобразователь энергии волны лонжерона буя.

Устройства OWC могут быть пришвартованы на море, но они также могут быть размещены рядом с берегом, где разбиваются волны.Это приводит к значительной экономии затрат. Недостаток — небольшая глубина у берега, которая глушит самые большие волны. См. Также преобразователи энергии волн в береговых сооружениях.

Специальные буи были разработаны для применения преобразователей OWC на ​​большой глубине в соответствии с принципом, показанным на рис. 3. Длина вала определяет резонансную частоту, что позволяет достичь оптимальной энергоэффективности. Примером морского ВНК является буй Spar Buoy, рис.4. Первоначальная концепция была изобретена Йошио Масуда (1925-2009), который разработал навигационные буи, работающие на энергии волн и оснащенные воздушной турбиной. Благодаря цилиндрической форме он инвариантен к направлению волны (рис. 4). Размер варьируется в зависимости от морских условий в месте развертывания, но максимальные размеры оцениваются при диаметре 30 м, высоте 50 м и осадке 35 м, что может обеспечить мощность до 450 кВт.

Рисунок 5: Преобразователь энергии переполняющей волны волнового дракона.

Перекрывающие устройства

Другой тип преобразователя энергии волн — это устройство перекрытия, которое работает как плотина гидроэлектростанции.«Волновой дракон», созданный Wave Dragon ApS ^[8] , является наиболее известным примером морского надувного устройства (рис. 5). Его плавающие рукава фокусируют волны на склоне, с которого волна переходит в резервуар. Возникающая в результате разница в высоте воды между резервуаром и средним уровнем моря приводит в действие гидротурбины с низким напором. Было подсчитано, что конструкция оптимального размера с шириной 260 м и длиной 150 м может производить до 4 МВт. Ожидается, что в условиях волнового климата выше 33 кВт / м эта технология в ближайшем будущем будет экономически конкурентоспособной с морской ветроэнергетикой.После объединенной экономии затрат и повышения энергоэффективности цена на электроэнергию в конечном итоге может соответствовать затратам на производство ископаемого топлива ^[9] . Однако в технико-экономическом обосновании развертывания Wave Dragon на северном побережье Испании, опубликованном в 2020 году, сообщается, что затраты все еще в 10 раз превышают ^[10] .

Вблизи берега преобразователи высоты могут быть установлены перед кессонными волнорезами или как их часть. Примером является щелевой конусный генератор SeaWave (SSG) ^[11] , который собирает морскую воду путем переполнения волн над несколькими резервуарами, расположенными друг над другом, что обеспечивает высокий гидравлический КПД, см. Преобразователи энергии волн в прибрежных сооружениях.

Устройства поглощения волн

Большое количество различных устройств было разработано для непосредственного использования энергии волн за счет движения воды, вызванного волнами. Наиболее популярные типы схематично показаны на рис.6.

Точечные амортизаторы

Рис. 7. Точечный поглотитель FO3 (вверху) и аттенюатор Wave Star (внизу).

Точечный поглотитель — это преобразователи волновой энергии буйкового типа (WEC), которые собирают энергию поступающих волн со всех направлений. Они размещаются в море на поверхности океана или чуть ниже.Вертикально погруженный поплавок поглощает энергию волны, которая преобразуется поршнем или линейным генератором в электричество. Одним из таких точечных амортизаторов WEC является концепция FO3, разработанная норвежским предпринимателем Фредом Олсеном. Он состоит из нескольких (12 или 21) качающихся поплавков, прикрепленных к буровой установке размером 36 на 36 метров (рис. 7 вверху). С помощью гидравлической системы вертикальное движение преобразуется во вращательное движение, которое приводит в действие гидравлический двигатель. Этот двигатель, в свою очередь, приводит в действие генератор, который может производить до 2,52 МВт ^[13] .

Многоточечный поглотитель типа WEC «Wave Star», разработанный компанией Wave Star ApS ^[14] , имеет ряд поплавков на подвижных рычагах (Рис. 7 внизу). Энергия движения рук снова улавливается общей гидравлической линией и преобразуется в электрический ток. Примечательно, что благодаря возможности поднять всю установку на опорах, эта система обладает высокой износостойкостью в суровых штормовых условиях. Пока этот метод не реализован в полной мере. В Ханстхольме была построена установка в масштабе 1: 2, мощность которой составляет 600 кВт.Однако считается, что производство может быть увеличено до 6 МВт ^[15] . Основным преимуществом этих типов эксплуатации является минимальный контакт с водой, размещение любого хрупкого оборудования и электричества вне досягаемости от коррозии или физического воздействия волн. От разработки Wave Star отказались в 2016 году.

Терминаторы

Терминаторы состоят из закрылков, которые вращаются с волновым орбитальным движением вокруг оси, параллельной фронту волны. Примеры — устрицы (рис.8a) и WaveRoller (рис. 8b), терминаторы с нижним шарниром и Salter Duck (рис. 8c) с осью вращения вблизи поверхности. Хотя эти конструкции улавливают волновую энергию с высокой эффективностью (см. Приложение B), никаких крупномасштабных эксплуатационных развертываний реализовано не было. Они устанавливаются на промежуточных глубинах, недалеко от берега, где направление волнового фронта в большинстве случаев близко к параллельному берегу. Oyster и WaveRoller прошли испытания в природе; для Salter Duck не было построено полномасштабного прототипа.Электроэнергия Oyster вырабатывается береговой гидроэлектрической турбиной, которая приводится в движение водой под высоким давлением по подводным трубопроводам. WaveRoller оснащен бортовой гидравлической системой, которая приводит в действие электрогенератор, подключенный к электросети с помощью подводного кабеля. В преобразователях перенапряжения с шарнирным соединением обычно используются гидравлические системы для отбора мощности (ВОМ). Гидравлические системы хорошо подходят для сбора энергии от высокомощных медленных колебательных движений, которые необходимо преобразовать во вращательное движение и привести в действие генератор.Чтобы исправить колеблющуюся мощность волны, которая могла бы привести к изменяющейся выходной мощности, не подходящей для электрической сети, в систему отбора мощности обычно включается какая-то система накопления энергии (или другие средства компенсации, такие как массив устройств). , такие как аккумуляторы, которые могут функционировать как краткосрочные накопители энергии, помогая системе справляться с колебаниями ^[7] .

Рис. 8а. Приводной преобразователь энергии волн Oyster.

Инжир.8b. Нижний навесной преобразователь энергии волны WaveRoller.

Рис. 8c. Навесной преобразователь энергии волн Salter Duck.

Аттенюаторы волн

Рисунок 9. Конвертер энергии волны DEXA и принцип работы.

«DEXA», разработанный и запатентованный DEXA Wave Energy ApS ^[16] , является иллюстративным примером волнового аттенюатора. Устройство состоит из двух навесных катамаранов, которые поворачиваются относительно друг друга (рис. 9). Возникающий в результате колебательный поток на шарнире используется с помощью водяной передачи энергии низкого давления, которая сдерживает угловые колебания.Генерация потока оптимизируется за счет размещения поплавков каждого катамарана на расстоянии половины длины волны друг от друга. Масштабный прототип (размеры 44×16,2 м ^[17] ), размещенный в датской части Северного моря, должен вырабатывать 160 кВт ^[18] . Считается, что полномасштабные модели могут генерировать до 250 кВт ^[16] . Однако в 2012 году разработка DEXA была прекращена.

Системы отбора мощности (ВОМ)

Система отбора мощности (ВОМ) преобразователя волновой энергии напрямую влияет на капитальные затраты проекта, обычно составляя от 20 до 30% общих инвестиций.Экономическая жизнеспособность, эффективность и сложность волнового преобразователя энергии во многом зависит от его системы отбора мощности. Техническое обслуживание в море — сложная и дорогостоящая задача; Поэтому требуется высокая надежность и долговечность всех компонентов системы отбора мощности. Это технически сложно для систем, работающих в суровых морских условиях, особенно для систем, которые состоят из множества движущихся частей, подверженных коррозии и загрязнению. Несколько популярных систем отбора мощности были рассмотрены Ахамедом и др.(2020 ^[19] ), из которого извлечено приведенное ниже резюме.

Рис. 10. Схема линейного электрогенератора на основе генератора с постоянными магнитами. Изображение от Ahamed et al. (2020 ^[19] ).

Преобразователи волн с колеблющимся водяным столбом (OWC) обычно используют ранее описанную турбину Wells в качестве системы отбора мощности. Эти турбины уязвимы из-за относительно большого количества движущихся частей. Перегрузочные устройства обычно оборудуются гидротурбинами для отбора мощности.Обычным гидротурбинам для обеспечения высокого КПД требуется больший напор и поток, чем обеспечивается преодолением океанских волн. В устройствах для поглощения волн используются системы гидравлических двигателей или системы отбора мощности с прямым механическим или электрическим приводом. Системы отбора мощности на основе гидравлических двигателей подходят для преобразования низкоскоростных колебательных движений в энергию. Однако система отбора мощности на основе гидравлического двигателя состоит из множества механических движущихся частей, и из-за сжатия и декомпрессии жидкости существует риск утечки гидравлического масла.В прямом механическом приводе используются линейно-вращательные системы преобразования без пневматических или гидравлических систем. Эффективность высока, но срок службы относительно невелик, а затраты на техническое обслуживание значительны. Прямой электрический привод преобразует энергию волны в электрическую энергию напрямую, передавая механическую энергию на движущуюся часть линейного генератора (рис. 10). Проблемы заключаются в необходимости тяжелой конструкции из-за сил притяжения между статором и транслятором, а также в сложной системе передачи энергии из-за неравномерного генерируемого напряжения, создаваемого нерегулярным волновым движением.

«Трибоэлектрический наногенератор» (TENG) и его расширение, «Трибоэлектрический-электромагнитный гибридный наногенератор» (TENG-EMG) ^[20] , представляют собой новую разработку, которая может эффективно собирать энергию в любом частотном диапазоне, с низким уровнем энергопотребления. недорогие, легкие, простые в изготовлении и масштабирования (размер отдельных единиц ниже микрометрической шкалы). В наногенераторе используется пара полимер-металл для создания контактной электризации (трибоэлектрического эффекта) между двумя материалами, скользящими друг относительно друга, и для индуцирования переноса заряда между их электродами из-за электростатической индукции либо в слоистой структуре, либо в структуре сферической оболочки ^{[ 21]} , см. Рис.11. Проблемы для применения в прототипе заключаются в использовании ТЭНов для передачи энергии на берег, стоимости в масштабе, сроке службы материалов ТЭНов в океанской среде и методах подключения тысяч необходимых ТЭНов.

Рис. 11. Принцип работы трибоэлектрических наногенераторов. (а) Трибоэлектрические заряды генерируются на поверхности двух скользящих в поперечном направлении диэлектрических пленок из-за эффектов трения. Поляризация, возникающая в плоскости скольжения, вызывает поток электронов между металлическими электродами, который генерирует переменный ток.(b) Сферический ТЭН с мягким контактом качения (SS-TENG). Получая внешнюю вибрацию от океанских волн, мяч будет катиться вперед и назад между электродами, чтобы обеспечить переменным током внешнюю нагрузку. Мягкий мяч увеличивает площадь контакта. Изображения из Huang et al. (2020 ^[21] ), лицензия Creative Commons.

Проблемы с преобразователями волновой энергии

Чтобы иметь возможность производить энергию по конкурентоспособным ценам, необходимо преодолеть несколько препятствий. Следующие факторы, в частности, определяют высокую стоимость энергии ветра.

Требуется очень прочная конструкция из высококачественных материалов, которая остается неповрежденной даже при сильных штормах и выдерживает суровые морские условия, приводящие к коррозии, загрязнению и усталости. Классическая мера защиты стальных конструкций от обрастания и коррозии — регулярный уход и перекраска. Но это требует много времени и затрат из-за трудного доступа к морским установкам, особенно в суровых условиях, когда происходит повреждение. Кроме того, использование необрастающих красок может нанести ущерб морской среде (например,грамм. Краски трибутилолово ^[22] ). Полномасштабные устройства из бетона могут предоставить ценную альтернативу, поскольку бетон долговечен при правильном смешивании ^[23] . Стоимость ремонта — основная составляющая затрат волновой фермы. Надежность компонентов, особенно из-за стоимости возможных ремонтных работ, имеет решающее значение для экономической жизнеспособности проекта ^[24] . Развертывание должно длиться 30 и более лет. Это сложная задача, о чем свидетельствует швартовка Wave Dragon, потерпевшая неудачу во время сильного шторма 8 января 2004 года.

Мощность, генерируемая океанскими волнами, сильно колеблется из-за неравномерного волнового климата, что затрудняет подключение к электросети. ^[25] . Кроме того, точки подключения к электросети могут отсутствовать в районах, где условия для выработки волновой энергии наиболее благоприятны.

Решающее значение для любой конструкции имеет швартовка, которая обеспечивает устойчивое положение как при нормальных рабочих нагрузках, так и в условиях экстремальных штормовых нагрузок. Он не должен создавать чрезмерных растягивающих нагрузок на кабели электропередачи и обеспечивать подходящие безопасные расстояния между устройствами в нескольких установках.Чаще всего для швартовки используется свободно подвешенная цепная цепь, но также используются многоконтурные системы и гибкие стояки. Конфигурация швартовки должна быть достаточно гибкой, чтобы учитывать приливные колебания и нагрузку от окружающей среды, при этом оставаясь достаточно жесткой, чтобы обеспечить возможность швартовки для проверок и технического обслуживания.

Из-за большой изменчивости волнового климата со случайными экстремумами важно иметь возможность тестировать прототипы в течение длительного периода, прежде чем они будут развернуты в больших масштабах.Здесь большое значение могут иметь математические имитационные модели, потому что это быстрый и относительно недорогой способ проверить проект на его эффективность и действенность в долгосрочной перспективе, как с точки зрения капитальных, так и эксплуатационных затрат, с целью достижения минимальных общих затрат. электричества. С этой целью инструмент моделирования поддерживает лиц, принимающих решения, в поисках наиболее надежной и простой в обслуживании конструкции устройства, а также информирует о компромиссе между энергоемкостью и усилиями по эксплуатации и обслуживанию ^[24] .

Система отбора мощности является важной частью волновых преобразователей энергии, которая во многом определяет стоимость, эффективность и надежность WEC. Многие исследования сосредоточены на оптимизации ВОМ; несколько проблем, связанных с PTO, упоминались в предыдущем разделе.

Преобразователи энергии волн в сочетании с морскими ветровыми установками

Высокая стоимость автономных схем преобразования энергии волн является основным препятствием для их крупномасштабного применения. Однако затраты можно значительно снизить, объединив ВЭС со структурами на море или вдоль побережья, которые строятся для других целей.Хороший пример — объединение ВЭС с волнорезами в прибрежной зоне. Об этом рассказывается в статье Волновые преобразователи энергии в береговых сооружениях.

Еще одна возможная комбинация — это интеграция производства энергии ветра и волн. Это особенно интересно в областях, где условия для оптимального производства энергии ветра систематически не совпадают с условиями для оптимального производства энергии волн. Это также способ оптимального использования морского пространства ^[26] .Основным преимуществом интегрированной ветроэнергетики является общая стоимость инфраструктуры, особенно фундаментов и сетевых подключений. Тем не менее, с существующими технологиями WEC, затраты на производство кВтч все еще выше при комбинированном применении ветрового волнения, чем при использовании только ветровой энергии ^[27] . Преимущества синергизма также могут быть получены за счет улучшенной устойчивости конструкции, например, в случае преобразователя энергии волн OWC, интегрированного в монопилу ^[28] морской ветряной турбины.Повышение устойчивости может быть основным преимуществом для конструкций, в которых взаимодействие между ветровыми и волновыми подконструкциями является сильным, как в случае WEC, объединенного с плавающей ветровой турбиной ^{[29] [30]} . Преобразователи волновой энергии также могут уменьшить высоту волн внутри ветряной электростанции, увеличивая таким образом погодные окна для доступа к ветряным турбинам ^[31] .

Международные организации

Было создано несколько организаций для всемирного сотрудничества в области развития энергии океанских волн с участием исследовательских институтов, разработчиков энергии волн, операторов и правительств.

Ocean Energy Europe (OEE), некоммерческая организация, представляет собой сеть профессионалов в области океанской энергетики, сотрудничающих со 120 организациями, включая ведущие европейские коммунальные предприятия, промышленников и исследовательские институты. Он направлен на создание благоприятных условий для развития энергетики океана, улучшение доступа к финансированию и расширение деловых возможностей для своих членов. С этой целью OEE взаимодействует с европейскими институтами (Комиссия, Парламент, Совет, ЕИБ и т. Д.) И национальными министерствами по вопросам политики, влияющим на сектор.Ocean Energy Europe также организует ежегодную конференцию и выставку Ocean Energy Europe — ежегодное мероприятие, на которое собираются представители отрасли, министры и члены Комиссии.

Программа сотрудничества в области технологий океанических энергетических систем (OES), учрежденная Международным энергетическим агентством (МЭА), является международной организацией, которая активно сотрудничает между 29 странами-членами с целью продвижения исследований, разработки и демонстрации технологий в области энергетики океана. для выработки электроэнергии из энергетических ресурсов океана (волны, диапазон приливов, приливные и океанские течения, преобразование тепловой энергии океана (OTEC) и градиенты солености).Инициативы OES в области начального образования и исследований направлены на продвижение осуществимости, признания и внедрения энергетических систем океана экологически приемлемым образом.

Европейский центр морской энергии (EMEC) Ltd предоставляет компаниям-разработчикам, разработчикам технологий преобразователей энергии волн и приливов сертифицированные услуги по испытаниям в открытом море. Целью EMEC является сокращение времени, затрат и рисков, связанных с развитием морских энергетических технологий, увеличение использования модифицированных объектов EMEC, а также отраслевых знаний и другого опыта.EMEC имеет 13 испытательных стендов, подключенных к сети, на которых было установлено много морских преобразователей энергии. EMEC — это независимая организация, которая поддерживает отношения с различными компаниями-разработчиками, академическими организациями и руководящими органами и в настоящее время работает с компаниями и исследователями над расширением исследовательских программ для решения различных экологических и операционных задач, актуальных для отрасли.

Европейская сеть морских возобновляемых источников энергии (WECANet) — это сеть из 31 страны-партнера, призванная содействовать созданию сетей, обучению и сотрудничеству в Европе.Четыре рабочие группы занимаются следующими темами: численное моделирование WEC, экспериментальное гидродинамическое моделирование, включая системы PTO, развитие технологий и экономические / политические аспекты.

OCEANERA-NET организует программы финансирования для поддержки исследований и инноваций между европейскими странами и регионами в энергетическом секторе океана.

Международные конференции по энергии океана организуются

• Европейская конференция по волновой и приливной энергии (EWTEC).Избранные рецензируемые материалы конференции публикуются в Международном журнале морской энергии EWTEC.
Конференция
• по азиатской энергии волн и приливов (AWTEC) посвящена обновленной информации о недавних глобальных мероприятиях и инициативах, имеющих особый интерес к азиатскому региону. Конференция сотрудничает с Журналом морской науки и техники для публикации избранных материалов конференции.
• Международная конференция по океанской энергии (ICOE) — это проводимое раз в два года глобальное мероприятие в области морской энергетики, посвященное промышленному развитию возобновляемой морской энергии.ICOE — это сотрудничество с Программой технологического сотрудничества МЭА — Ocean Energy Systems (OES).

Статьи по теме

Преобразователи энергии волн в береговых сооружениях

Внешние ссылки

Веб-сайт Ocean Energy Systems, отчет 2018 г. В центре внимания энергия океана

Список проектов волновой энергетики

Дополнительная литература

Дрю Б., Пламмер А.Р. и Сахинкая М.Н. 2009. Обзор технологии преобразования волновой энергии.Труды Института инженеров-механиков, часть A: Journal of Power and Energy 223 (8): 887-902 [3]

Для обзора текущего состояния (2018) и последних технологических разработок (2020) в отношении волновой энергии Конвертеры, читателю отсылаем к публикациям:

Ахамед Р., Макки К. и Ховард И. 2020. Достижения волновых преобразователей энергии на основе систем отбора мощности (ВОМ): обзор. Океан Инжиниринг 204, 107248

Адеринто, Т.и Ли, Х. 2018. Преобразователи энергии океанских волн: состояние и проблемы. Энергии 11, 1250; doi: 10.3390 / en11051250 (открытый доступ)

Приложение A: Поток волновой энергии на европейском атлантическом побережье

Для обычных волн на воде средняя по времени плотность энергии волны [математика] E [/ математика] на единицу горизонтальной площади на поверхности воды [Дж / м ² ] представляет собой сумму кинетической и потенциальной плотности энергии на единицу горизонтальной площади. 2, \ qquad (1) [/ math]

где [math] g [/ math] — это ускорение свободного падения, а [math] H [/ math] — высота обычных волн на воде.Когда волны распространяются, их энергия переносится. Скорость переноса энергии — это групповая скорость. В результате, средний по времени поток энергии волны на единицу длины гребня [Вт / м], перпендикулярный направлению распространения волны, равен ^[32] :

[математика] P = E \ times c_ {g}, \ qquad (2) [/ математика]

с [math] c_ {g} [/ math] групповой скоростью [м / с]. Из-за дисперсионного соотношения для волн на воде под действием силы тяжести групповая скорость зависит от длины волны [math] \ lambda [/ math] [m] или, что то же самое, от периода волны [math] T [/ math] [ s].2 т. \ qquad (3) [/ математика]

Средний по времени поток энергии волны на единицу длины гребня используется как один из основных критериев при выборе места для установки преобразователей энергии волны. Для реальных морей, волны которых случайны по высоте, периоду и направлению, необходимо использовать спектральные параметры (определение спектральных параметров волн см. В статье Статистическое описание параметров волн). Спектральная оценка высоты значительной волны [math] H_ {m0} [/ math] вычисляется из момента нулевого порядка спектральной функции [math] m_0 [/ math] согласно [math] H_ {m0} = 4 \ sqrt {m_0} [/ математика].2, T_E [/ math]) с помощью волновых буев на месте, спутниковых данных или численного моделирования, уравнение. (4) дает первую оценку потока энергии волны. В среднем за сезон или год он представляет собой максимальный энергетический ресурс, который теоретически может быть извлечен из энергии волн. Если направленный спектр дисперсии состояния моря [math] E (f, \ theta) [/ math] известен с помощью [math] f [/ math], частота волны [Hz] и [math] \ theta [/ math] направление волны [рад], используется более точная формулировка:

[математика] P_ {w2} = \ rho g \ int \ int c_ {g} (f, h) E (f, \ theta) dfd \ theta.\ qquad (5) [/ математика]

Рис. 12: Средневременный поток энергии волны вдоль
побережья Западной Европы ^[34] .

Уравнение (5) можно свести к (4) с гипотезой регулярных волн на большой глубине. Направленный спектр выводится из направленных волновых буев, изображений SAR или расширенных спектральных моделей ветрового волнения, известных как модели третьего поколения, таких как WAM, WAVEWATCH III, TOMAWAC или SWAN. Эти модели решают уравнение баланса спектрального действия без каких-либо априорных ограничений на спектр эволюции роста волн.

Прибрежный волновой атлас ANEMOC вдоль атлантического побережья Европы основан на численном моделировании с использованием модели TOMAWAC волнового климата за 25 лет ^[35] . Используя уравнение (5), получают средний по времени поток энергии волн вдоль западноевропейского побережья, показанный на рис. 12. Это уравнение все еще имеет некоторые ограничения, такие как определение границ интегрирования. Более того, получение данных об энергии волн вблизи береговых структур требует использования численных моделей, которые способны представить физические процессы трансформации волн на мелководье или в промежуточной воде из-за преломления, обмеления, диссипации за счет придонного трения или обрушения волн, взаимодействия с приливы и дифракция на островах.

Поэтому поток энергии волн обычно рассчитывается для глубины воды более 20 м. Этот максимальный энергетический ресурс, рассчитанный на глубокой воде, будет ограничен в прибрежной зоне:

• во время отлива при обрушении волн;
• во время прилива во время штормовых явлений, когда высота волны превышает максимальные условия эксплуатации;
• по экранным эффектам из-за наличия мысов, кос, рифов, островов, …

Суммарный европейский волновой энергетический ресурс оценивается в диапазоне 1000-1500 ТВтч / год ^[36] .

Приложение B: Эффективность методов преобразования волновой энергии

Буи, которые генерируют энергию, поднимаясь и опускаясь при движении волн, так называемые точечные поглотители, являются наиболее распространенными системами преобразования энергии волн на большой глубине (см. Раздел «Точечные поглотители»). Выработка энергии максимальна, когда резонансная частота буя равна частоте волны. Теоретическая модель, которая применяется только к небольшим монохроматическим волнам, показывает, что максимальная мощность [математика] P_ {max} [/ математика] [W], которую точечный поглотитель может генерировать в таком волновом поле, определяется как произведение среднего поток энергии волны на единицу длины гребня [математика] P_w [/ математика] [Вт / м], деленная на волновое число [математика] k = 2 \ pi / \ lambda [/ math] [1 / м] ^[37] .Это означает, что размер точечного поглотителя особого значения не имеет. К сожалению, эта практика менее благоприятна, с одной стороны, потому что сильная изменчивость, характерная для морских условий, приводит к тому, что резонанс возникает только в исключительных случаях, а с другой стороны, потому что наибольший выход энергии не соответствует малым амплитудам волн. Коэффициент ширины захвата [math] \ eta [/ math] преобразователей волновой энергии определяется как

[математика] \ eta = \ Large \ frac {P} {B P_w} \ normalsize, \ qquad (B1) [/ math]

где [math] P [/ math] — это средняя энергия, поглощаемая устройством, а [math] B [/ math] — репрезентативная ширина устройства (или длина в случае аттенюаторов).Коэффициенты ширины захвата, достигаемые с помощью прототипов различных типов преобразователей волновой энергии, находятся в следующих диапазонах ^[38] :

• Устройства с колеблющимся водяным столбом 15-40% (типовая ширина [math] B \ sim [/ math] 30 м)
• Перекрывающие устройства 4-23% (типичная ширина / длина [math] B \ sim [/ math] 300 м)
• Точечные амортизаторы 3-42% (типичная ширина / длина [math] B \ sim [/ math] 5-20 м; меньшие проценты для устройств меньшего размера)
• Терминаторы 41–65% (типичная ширина / длина [math] B \ sim [/ math] 20 м)
• Плавающие устройства качания 20–36% (типичная ширина / длина [math] B \ sim [/ math] 25 м)
• Аттенюаторы 5-7% (типовая длина [math] B \ sim [/ math] 150 м)

Список литературы

1. ↑ ^{1.0 1,1} Льюис, А., Эстефен, С., Хакерби, Дж., Мюзиал, В., Понтес, Т. и Торрес-Мартинес, Дж. 2011. Ocean Energy. В специальном отчете МГЭИК о возобновляемых источниках энергии и смягчении последствий изменения климата [О. Эденхофер, Р. Пичс-Мадруга, Ю. Сокона, К. Сейбот, П. Мацхосс, С. Каднер, Т. Цвикель, П. Эйкемайер, Г. Хансен, С. Шлёмер, К. фон Стехов (редакторы)], Кембридж University Press, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.
2. ↑ Миллер, С. 2004. Краткая история экспериментов с волновой и приливной энергией в Сан-Франциско и Санта-Крус.[1]
3. ↑ IRENA, 2014. Краткий обзор технологий Ocean Energy 4, www.irena.org
4. ↑ Pelc, R. и Fujita, R.M. 2002. Возобновляемая энергия океана. Морская политика, 26: 471-479.
5. ↑ Falcao, F.O. и Энрикес, J.C.C. 2016. Волновые преобразователи энергии в колебательном слое воды и воздушные турбины: обзор. Возобновляемая энергия 85: 1391-1424
6. ↑ Кофоед, Дж. П. и Фригаард, П., 2008. Гидравлическая оценка преобразователя волновой энергии LEANCON. Технический отчет DCE No.45 . Деп. of Civil Eng., Ольборгский университет, октябрь 2008 г. Leancon Wave Energy. Веб-сайт Leancon
7. ↑ ^{7,0 7,1} Дрю Б., Пламмер А. и Сахинкая М. 2009. Обзор технологии преобразования волновой энергии. Труды Института инженеров-механиков, часть A: Journal of Power and Energy 223 (8): 887-902
8. ↑ Сайт Wave Dragon ApS Wave Dragon
9. ↑ Кристенсен, Л., Фриис-Мадсен, Э., Кофоед, Дж. П., 2005. Проблема волновой энергии: дело Волнового дракона. PowerGen 2005 Europe Conference — Wave Dragon , 20 стр.
10. ↑ Кастро-Сантос, Л., Бенто, А. и Соареш, К. 2020. Экономическая осуществимость плавучих морских волновых энергетических ферм на севере Испании. Энергии 13, 806; DOI: 10.3390 / en13040806
11. ↑ Vicinanza, D., Margheritini, L., Kofoed, J.P., Buccino, M. 2012. Конвертер энергии волн SSG: производительность, состояние и последние разработки. Энергии 5: 193-226
12. ↑ Хансен, Р.Х., Крамер, М. и Видаль, Э.2013. Дискретная гидравлическая система отбора мощности для преобразователя волновой энергии Wavestar. Энергия 6: 4001-4044; DOI: 10.3390 / en6084001
13. ↑ Лейрбукт, А. и Тубаас, П. 2006. Волна возобновляемых источников энергии. АББ Ревю 3: 29–31
14. ↑ Сайт Wave Star ApS
15. ↑ Bjerrum, A. 2008. Wave Energy — новый неограниченный источник энергии. Презентация Европейской конференции по возобновляемым источникам энергии.
16. ↑ ^{16,0 16,1} Dexawave Energy ApS. Сайт Dexawave
17. ↑ Кофоед, Дж.P. 2009. Гидравлическая оценка преобразователя энергии волны DEXA. Технический отчет DCE № 57. Деп. гражданской инженерии, Ольборгский университет, 23 стр.
18. ↑ Мартинелли Л., Зануттиг, Б. и Кофоед, Дж. П. 2009. Статистический анализ выработки энергии преобразователями энергии волн типа OWC. Конференция EWTEC, Упсала, 7-11 сентября 2009 г.
19. ↑ ^{19,0 19,1} Ахамед Р., Макки К. и Ховард И. 2020. Достижения волновых преобразователей энергии на основе систем отбора мощности (ВОМ): обзор.Океан Инжиниринг 204, 107248
20. ↑ Вэнь, З., Го, Х., Цзы, Ю., Йе, М.-Х., Ван, X., Дэн, Дж., Ван, Дж., Ли, С., Ху, К. и Чжу, Л. 2016. Сбор синей энергии в широком диапазоне частот трибоэлектрическим-электромагнитным гибридным наногенератором. САУ Нано 10 (7): 6526–6534
21. ↑ ^{21,0 21,1} Хуанг, Б., Ван, П., Ван, Л., Ян, С. и Ву, Д. 2020. Последние достижения в области сбора энергии океанских волн с помощью трибоэлектрического наногенератора: обзор Обзоры по нанотехнологиям 9 (1)
22. ↑ Пол, Дж.Д. и Дэвис, И. М. 1986. Влияние противообрастающих составов на основе меди и олова на рост гребешков (Pecten maximus) и устриц (Crassostrea gigas). Аквакультура 54: 191-203
23. ↑ Metha, P.K. 2001. Снижение воздействия бетона на окружающую среду. Concrete International, 61-66 октября
24. ↑ ^{24,0 24,1} Ринальди, Дж., Портильо, Дж. К. К., Халид, Ф., Энрикес, Дж. К. К., Тиес, П. Р., Гато, Л.М.С. и Йоханнинг, Л. 2018. Многомерный анализ характеристик надежности, доступности и ремонтопригодности фермы преобразователей энергии волн Spar – Buoy.Журнал океанической инженерии и морской энергетики 4: 199–215
25. ↑ Шолте, Дж. 2014. Преобразование морской возобновляемой энергии: сетевое и автономное моделирование, проектирование и эксплуатация. Докторская диссертация, Norges Teknisk-Naturvitenskapelige Universitet, Тронхейм, Норвегия
26. ↑ Azzellino, A., Lanfredi, C., Riefolo, L., De Santis, V., Contestabile, P. и Vicinanza, D. 2019. Комбинированное использование морской энергии ветра и волн в итальянских морях: пространственное планирование подход. Frontiers in Energy Research 7, 42
27. ↑ Кларк, К., Миллер, А. и Дюпон, б. 2017. Аналитическое моделирование затрат для совместно расположенных массивов энергии ветра и волн. Труды 12-й Европейской волны и приливной энергии, Корк, Ирландия, статья 871.
28. ↑ Чжоу Ю., Нин Д., Ши В., Джоаннинг Л. и Лян Д. 2020. Гидродинамическое исследование преобразователя энергии волн OWC, интегрированного в монопилу морской ветряной турбины. Береговая инженерия 162, 103731
29. ↑ Чжу, Х., Ху, К., Суэёси, М. и Йошида, С. 2020. Интеграция полупогружной плавающей ветряной турбины и преобразователей волновой энергии: экспериментальное исследование по сокращению движения.J. Mar. Sci. Technol. 25: 667–674
30. ↑ Гафари, Х.Р., Гассеми, Х. и Хе, Г. 2021. Численное исследование преобразователя энергии волн Wavestar с многоточечным поглотителем вокруг полупогружной плавучей платформы DeepCwind. Океан Инжиниринг 232, 109177
31. ↑ Перес-Коллазо, К., Гривз, Г. и Иглесиас, Г. 2015. Обзор комбинированной волновой и морской ветровой энергии. Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии 42: 141-153
32. ↑ ^{32,0 32,1 32,2} Мей К.С. 1989. Прикладная динамика поверхностных волн океана. Продвинутая серия по океанской инженерии. World Scientific Publishing Ltd
33. ↑ Vicinanza D., Cappietti L., Ferrante V. и Contestabile P. 2011. Оценка волновой энергии вдоль итальянского шельфа, Journal of Coastal Research 64: 613 — 617
34. ↑ Маттароло, Г., Бенуа, М. и Лафон, Ф. 2009. Волновой энергетический ресурс у французских побережий: база данных ANEMOC, применяемая для оценки выхода энергии в рамках 10-й Европейской серии конференций по волновой и приливной энергии (EWTEC) 2009), Упсала (Швеция)
35. ↑ Бенуа, М.и Лафон. F. 2004. Атлас прибрежных волн вдоль побережья Франции, основанный на численном моделировании волнового климата за 25 лет, 29-я Международная конференция по прибрежной инженерии (ICCE’2004), Лиссабон (Португалия), стр. 714-726.
36. ↑ EC 2017. Исследование уроков развития энергетики океана. Генеральный директорат по исследованиям и инновациям. Бюро публикаций Европейского Союза. 27984 евро EN
37. ↑ Evans, D.V. 1976. Теория поглощения волновой мощности колеблющимися телами.J. Fluid Mech. 77: 1–25
38. ↑ Бабарит А. и Халс Дж. 2011. О соотношении максимальной и фактической ширины захвата преобразователей волновой энергии — 11-я Европейская серия конференций по волновой и приливной энергии (EWTEC’2011) — Саутгемптон (Великобритания)

Основными авторами этой статьи являются Андерсен, Томас Ликке, Мартинелли, Лука, Зануттиг, Барбара, Норгаард, Йорген Харк, Сильва, Родольфо и Рул, Пьеро Обратите внимание, что другие лица также могли редактировать содержание этой статьи .

Импульсная турбина

| Основные компоненты, принцип работы и приложения?

Турбина — это устройство, которое используется для производства электроэнергии. Есть несколько типов турбин, и импульсная турбина — одна из них. По конструкции лопастей рабочего колеса и сопла турбина делится на два основных типа;

1. Реакционная турбина
2. Импульсная турбина

В предыдущей статье мы обсуждали реакционные турбины.В этой статье основное внимание уделяется принципу работы импульсной турбины и некоторым другим аспектам.

Что такое импульсная турбина?

Импульсная турбина — очень известная категория турбин, в которой струя воды толкает ротор, и струя воды сталкивается непосредственно с лопастями r или . Импульсные турбины — наиболее доступная форма турбины. Он содержит серию лопастей и серию насадок. Сопла и лопасти — основные компоненты импульсной турбины.

Импульсная турбина имеет несколько статических форсунок, которые преобразуют давление водяной струи в кинетическую энергию. Пройдя через сопло, вода ударяется о лопасти крыльчатки. Лопасти рабочего колеса турбины получают почти всю кинетическую энергию водяной струи и преобразуют ее в скорость относительно воды. Эти турбины используются для работы с низким расходом воды и высоким напором.

Основное различие между реактивными турбинами и импульсными турбинами состоит в том, что в импульсной турбине вся гидравлическая энергия воды преобразуется в К.E через форсунки. И никакого изменения давления во время процесса. Напротив, в реактивных турбинах только определенное количество существующей энергии преобразуется в кинетическую энергию.

Читайте также: Как работает реактивная турбина?

Принцип работы импульсной турбины

Импульсная турбина работает по основному импульсному принципу. Второй закон движения Ньютона объясняет принцип работы импульсной турбины. В этих турбинах вода накапливается на высоте и течет через форсунки, которые в основном расположены над или под землей.

Импульсная турбина работает по следующим простым шагам:

• Струя воды движется из резервуара или плотины к неподвижным соплам турбины.
• Когда вода попадает в форсунку, она преобразует энергию давления воды в кинетическую энергию.
• После выпуска через форсунку струя воды ударяется о лопасти рабочего колеса и вращает рабочее колесо вдоль своей оси.
• Лопасти рабочего колеса преобразуют кинетическую энергию водяной струи в скорость и увеличивают скорость воды.
• Эта вода с большой скоростью ударяется о турбину, из-за чего вал турбины начинает вращаться.
• Вал турбины соединяется с катушкой генератора. Вращательное движение вала турбины используется для вращения катушки генератора.
• Когда катушка генератора начинает вращаться, она вырабатывает электричество. Произведенная электроэнергия доставляется в различные отрасли и дома.

Рис. Работа импульсной турбины

В зависимости от нагрузки на турбину наконечник движется через сопло для регулирования потока воды.Чтобы получить максимальную отдачу от турбины, скорость струи воды должна быть в два раза больше, чем скорость движущихся лопастей. Таким образом, скорость впрыска воды регулируется в соответствии со скоростью и нагрузкой турбины, и турбина продолжает работать в наиболее эффективном диапазоне.

Итак, рекомендуется использовать 3-4 насадки вместо одной. Таким образом, выходная мощность турбины будет увеличена, а турбина сможет выдерживать большие нагрузки. Когда нагрузка на турбину мала, отключите несколько водяных форсунок, чтобы отрегулировать мощность.

Если нагрузка на турбину резко падает и копье не может быстро регулировать поток водяной струи. По этой причине частота вращения турбины будет продолжать увеличиваться, и турбина может быть повреждена. Чтобы избежать этого, используется дефлектор, отводящий поток воды от лопаток турбины. Он удерживает турбину в безопасном месте.

Для лучшего понимания посмотрите следующее видео:

Основные компоненты импульсной турбины

1) Ковши или ножи

Лопасть крыльчатки имеет чашевидную полую полусферическую конструкцию.Он прикручивается к верхней части крыльчатки. Ковши входят в состав основных узлов импульсной турбины. Струя ударяет по этим лопастям и вращает крыльчатку. Эти лопасти сконструированы таким образом, что они преобразуют кинетическую энергию воды в скорость и увеличивают скорость воды. Конструкция лопасти играет важную роль в определении КПД турбины. Они сделаны из чугуна или нержавеющей стали.

2) Рабочее колесо или рабочее колесо

Рабочее колесо турбины представляет собой сплошной диск с центром на цилиндрическом валу.Рабочее колесо и вал из высокопрочной нержавеющей стали. По этой причине нагрузка на турбину довольно высока. Рабочее колесо также изготовлено из чугуна, где полезный напор воды минимален, поэтому сила, действующая на турбину, не слишком велика.

3) Корпус

В корпус входят основные компоненты импульсной турбины. Это своего рода защитный экран для турбины. В основном он защищает турбину от повреждений при падении на нее тяжелого предмета.Обычно он сделан из чугуна. Он останавливает разбрызгивание воды и направляет ее в сливной канал.

4) Сопло

Форсунка предназначена для направления потока воды к лопастям рабочего колеса. Вода из плотины течет внутри сопла, которое преобразует энергию давления воды в кинетическую энергию. После этого преобразования он отправляет воду с увеличенной кинетической энергией на рабочее колесо, где вода ударяется о лопасти рабочего колеса.

5) Копье

Копье имеет коническую конструкцию, позволяющую контролировать поток воды в форсунке и из форсунки и попадать в ведро.Он контролирует поток воды, двигаясь назад и вперед в сопле. Копье прикрепляется к насадке. Он включает в себя основные компоненты импульсной турбины.

Типы импульсных турбин

Импульсная турбина бывает трех основных типов:

1. Турбина Пелтона Уэлл
2. Турбина Турго
3. Турбина перекрестного потока

1) Колесная турбина Pelton

Основная статья: Колесная турбина Pelton

Эта турбина используется для высокого напора воды.Во время работы турбины колеса Пелтона одна или несколько форсунок преобразуют водяной напор в высокоскоростной поток. Регулируя пропускную способность по воде, вы можете управлять мощностью турбины.

Турбина

Пелтона имеет ряд лопаток, симметрично установленных вокруг цилиндрического рабочего колеса. Благодаря особой форме этих лопастей струя воды попадает в центр (дефлектор) лопаток и выходит с обоих концов. Благодаря конструкции турбины вода, выходящая из одной лопасти, не попадает в следующую и не замедляется.

Дефлектор этой турбины установлен между соплом и рабочим колесом. Дефлектор предотвращает утечку воды из сопел к лопаткам, когда нагрузка неожиданно снимается с турбины и ее скорость увеличивается. Затем поток воды медленно останавливается копьем.

Турбины Пелтона имеют некоторые другие характеристики, которые приведены ниже:

• Эти турбины используются для напоров от 20 до 100 метров
• Эти турбины могут пропускать воду от 5 до 1000 литров в секунду.
Турбины
• Pelton просты в установке по сравнению с реакционными турбинами аналогичной производительности. Это связано с тем, что турбина Пелтона имеет относительно низкий расход, а необходимые трубы также имеют небольшие размеры.
• Эти турбины работают с высоким напором воды, в связи с чем для этих турбин требуются сложные и дорогие напорные трубы.
• Эти турбины могут достигать КПД до 95%. Малые гидроэлектростанции могут достигать КПД до 90%.

2) Турбина

Импульсная турбина Turgo почти аналогична турбине Пелтона.Основное различие между этими турбинами заключается в том, что турбина Turgo использует одинарную чашку вместо двойной в ступице, и эти чашки имеют более плоскую форму. В турбине Turgo водная струя попадает на лопатки по диагонали (примерно 20 градусов).

Импульсные турбины Pelton имеют более низкую определенную скорость, чем Turgo. По сравнению с турбинами Pelton такой же мощности, турбины Turgo имеют небольшой размер машины и большую водяную струю. Этот тип импульсной турбины используется на микрогидроэлектростанциях.

Некоторые другие характеристики турбин Turgo приведены ниже:

• У них более высокий расход, чем у турбин Пелтона того же размера.
• Подходит для высоких скоростей.
• Эта турбина может выдерживать больший расход воды.
• Эти турбины просты в сборке.

3) Турбина с перекрестным потоком

Основная статья: Турбина с поперечным потоком

Поперечно-проточная турбина — это усовершенствованная импульсная турбина, используемая в микрогидроэлектростанциях.Одной из основных характеристик и преимуществ этих турбин является их способность работать в широком диапазоне значений расхода, напора и мощности. Более того, он может хорошо адаптироваться к различным притокам, снижая при этом эффективность. Особая система управления может регулировать движущиеся части турбины в соответствии с расходом воды.

Турбина с рабочим колесом барабанной формы. При высоком напоре рабочее колесо короткое, а при низком — длинное. вода поступает в турбину после прохождения через входной адаптер и направляет лопатки, которые направляют поток воды и ударяют по ротору под правильным углом для максимальной эффективности.После двукратного выхода через крыльчатку вода выходит из турбины через выпускной клапан.

Основные характеристики турбин с перекрестным потоком приведены ниже:

• Эти турбины могут использоваться для напора от 2 м до 200 м с расходом от 20 до 2000 л / с.
• Простота изготовления и низкие эксплуатационные расходы.
• Эти турбины, используемые на гидроэлектростанциях, имеют диапазон мощности от 5 кВт до 100 кВт, как правило, на крупных станциях до 3 МВт.

Применение импульсных турбин

1. 1) Используется в системе питьевого водоснабжения.
2. 2) Эти турбины используются на гидроэлектростанциях.

В чем разница между реактивной турбиной и импульсной турбиной?

Примером этого является турбина

Реакционная турбина	Импульсная турбина
Для этого требуется дополнительное обслуживание.	Требует меньше обслуживания.
Лишь некоторое количество гидравлической энергии преобразуется в К.E.	Общее количество гидравлической энергии преобразуется в K.E.
Поток воды идет в осевом и радиальном направлении к турбинному колесу.	Направление потока воды тангенциально к турбинному колесу.
Его степень реакции от «0» до «1»	Его степень реакции равна нулю.
Требуется высокий и средний расход воды.	Требуется низкий расход воды.
Реакционная турбина работает на малых и средних напорах.	Работает на высоком напоре.
Реакционная турбина имеет сравнительно высокий гидравлический КПД.	Импульсная турбина имеет сравнительно меньший КПД.
Турбина Фрэнсиса и Каплана — его пример.	Pelton Wheel.
Вода попадает вокруг крыльчатки.	Вода допускается только в виде струй.
Бегунок должен быть закрыт водонепроницаемым кожухом.	В этих турбинах установка кожуха не является обязательной. Оболочка работает как предохранитель.
Скорость и давление меняются по мере прохождения жидкости крыльчаткой. Давление в точке всасывания намного больше, чем в точке нагнетания.	Скорость струи изменяет давление в оставшейся атмосфере.
Управление потоком осуществляется через направляющую лопатку. Другими важными частями являются спиральный корпус, стопорное кольцо, бегунок и отсасывающая труба.	Регулирование расхода осуществляется с помощью игольчатого клапана, установленного в сопло.
Вода полностью заполняет проход между ведрами и, протекая между впускной и выпускной секциями, работает с лопастями.	Турбина не работает полностью, и воздух имеет свободный доступ к лопаткам.
Реакционная турбина не имеет симметричных лопаток.	Импульсная турбина имеет симметричные лопатки.
Во время протекания давление воды снижается.	Давление воды остается постоянным во время ее протекания.
Имеет более высокую рабочую скорость, чем импульсная турбина.	Он имеет более низкую рабочую скорость, чем реактивная турбина.
КПД ковшей высокий.	КПД ковшей невысокий.
Эти турбины занимают меньше места.	Требуется много места по сравнению с реакционной турбиной.
Закон Ньютона 3 rd определяет передачу энергии от реакционных турбин.	Закон 2 nd Ньютона определяет передачу энергии от импульсных турбин.

Преимущества и недостатки импульсной турбины

Преимущества	Недостатки
Простота обслуживания.	Размер большой по сравнению с другими турбинами.
Его конструкция очень проста.	Требуется высокий напор, с которым трудно справиться.
КПД импульсной турбины высокий.	Эффективность со временем снижается.
Эти турбины просты в сборке.	Высокие затраты на установку.
Работает при атмосферном давлении.	Не лучшая турбина для больших расходов.
Обладает высокой скоростью вращения.	Подходит только для низкого расхода.

Раздел часто задаваемых вопросов

Почему называется Импульсная турбина?

Эти турбины известны как импульсные турбины, потому что в этих турбинах вода генерирует импульсную силу вместо реакции на вращение турбины.

Какой пример импульсной турбины?

Импульсная турбина имеет следующие примеры:

1. Поперечная турбина
2. Колесная турбина Пелтона
3. Турбо-турбина

В этой статье мы подробно обсуждаем принцип работы импульсной турбины и некоторые другие важные аспекты.