Турбиновый двигатель: принцип работы, плюсы и минусы – 403 — Доступ запрещён

Содержание

принцип работы, плюсы и минусы

Все водители слышали о том, что большинство современных автомобилей производители предлагают в варианте с турбированными двигателями. У таких моторов имеются, как сторонники, так и противники. В интернете на различных сайтах и форумах можно встретить кучу всевозможных мифов о том, почему не стоит покупать турбированные двигатели. На деле же, многие из распространенных слухах о таких моторах преувеличены или уже не актуальны для современных силовых агрегатов. В рамках данной статьи рассмотрим, что такое турбированные двигатели, и какие преимущества и недостатки у них имеются на самом деле.


Оглавление: 
1. Что такое турбированный двигатель
2. Плюсы турбированных двигателей
3. Минусы турбированных двигателей

Что такое турбированный двигатель

Турбированный двигатель, без лишней скромности, можно назвать едва ли не главным открытием современного производства моторов. Создатели турбированных двигателей ставили перед собой задачу повысить мощность мотора, но при этом сохранив прежний рабочий объем. Плюс ко всему, поскольку такие двигатели предполагалось устанавливать на массовых автомобилях, нужно было учесть фактор их надежности.

В турбированном двигателе топливовоздушная смесь направляется в камеру сгорания под давлением. За счет этого удается повысить крутящий момент и в целом мощность двигателя.

Турбина устанавливается, в том числе, на малообъемных двигателях, где важно малое использование топлива, а современные стандарты требуют от таких двигателей повышенную экологичность. Турбина в таких двигателях приводится к работу за счет остаточной энергии, которая остается в выхлопе. Выхлопные газы, в том числе, отвечают за образование принудительного давления в цилиндрах, где топливовоздушная смесь подготавливается к дальнейшей работе.

Обратите внимание: Турбины изначально устанавливались на дизельных двигателях, поскольку, в силу конструктивных особенностей, их использование на бензиновых агрегатах снижало надежность, а также повышало стоимость. Но позже конструкция турбины была улучшена, что позволило ее использовать, в том числе, на бензиновых моторах в массовом сегменте.

Плюсы турбированных двигателей

Турбированные моторы имеют следующие преимущества, за которые их выбирают автомобилисты:

  • Повышенная мощность при прежнем объеме. Соответственно, динамические характеристики автомобиля с турбированным двигателем будут лучше, чем автомобиля с атмосферным двигателем того же объема;
  • Лучше экологические свойства, а вместе с тем и большая экономичность. Турбированный двигатель лучше с экологической точки зрения, поскольку топливо сгорание более полно, и меньше отработавших газов и вредных примесей отправляется в атмосферу;
  • Турбированный двигатель работает тише, чем атмосферный;
  • Возможность выбора. Сейчас турбированные двигатели имеются, как бензиновые, так и дизельные;
  • Наличие интеркулера. Поступающий воздух охлаждается, благодаря интеркулеру, что положительно сказывается на эффективности использования топлива и сохранности агрегатов;
  • Для быстрого старта с места нет необходимости сильно повышать обороты.

Минусы турбированных двигателей

Есть у турбированных моторов и явные минусы, которые для многих водителей перевешивают имеющиеся плюсы:

  • Стоимость покупки и обслуживания. Конструктивно турбированные двигатели устроены более сложно. Соответственно, стоимость таких агрегатов выше. В среднем, автомобиль с турбированным мотором стоит на 10-20% больше, чем “собрат” с атмосферным двигателем. Но не только начальная стоимость выше для турбированных двигателей, но и цена обслуживания. Кроме того, не все сервисы берутся за работу с турбированными двигателями;
  • Выше вероятность поломки. Поскольку конструкция турбины более сложная, такие моторы менее надежные, чем атмосферные. Но в последнее время эта ситуация значительно улучшилась, и производители сумели добиться достаточной надежности и турбированных моторов, но только при правильной эксплуатации. В инструкции к автомобилю с турбированным двигателем можно встретить информацию, что мотору нужно давать “отдыхать” на холостых оборотах после продолжительной работы. Если поездка длилась более 2 часов, нужно дать минут 10 поработать двигателю на холостом ходу перед тем, как его выключать;
  • Привередливость к топливу и маслу. Турбированные двигатели более привередливы к качеству топлива и масла. Рекомендуется заправлять такие моторы только топливом с высоким октановым числом, а также использовать масла проверенных производителей;
  • Высокое потребление топлива при агрессивной езде. Выше отмечалось, что турбированный двигатель позволяет повысить мощность, и он достаточно экономичный. Это так, но все зависит от стиля езды. Если водитель агрессивно давит на педаль акселератора при старте с каждого светофора, расход у турбированного мотора будет выше, чем у атмосферного;
  • Повышенные требования к качеству воздуха. Владельцу автомобиля с турбированным мотором нужно тщательно следить за качеством подаваемого воздуха и чаще менять воздушный фильтр.

Турбированный мотор при правильной эксплуатации способен прослужить не меньше, чем атмосферный.

Загрузка…

Турбированный двигатель — устройство и принцип работы

Турбированный двигатель

Турбированный мотор – это силовой агрегат, в котором подача воздуха в цилиндры осуществляется посредством специального устройства – турбины. Мощность турбированного двигателя значительно больше, чем у обычного атмосферного. В этой статье мы расскажем, как работает турбированный двигатель, какие он имеет преимущества и недостатки, а также как правильно его эксплуатировать.

Принцип работы турбированного двигателя

 

Турбированный двигатель (будь то бензиновый или дизельный) конструктивно имеет некоторые отличия от своего атмосферного аналога. Главной особенностью любого турбированного двигателя является турбокомпрессор. Данное устройство состоит из специального вентилятора и турбины. Компрессор подключается к выхлопной системе автомобиля и через систему специальных труб принимает часть выхлопного газа на лопасти турбины. Турбина раскручивается под давлением, создаваемым выхлопным газом и приводит в движение вентилятор компрессора. Компрессор закачивает под давлением большое количество воздуха.

Увеличение количество и давление воздуха способствует лучшему сгоранию топлива, а значит, увеличению мощности двигателя. Таким образом, при меньшем объеме, турбированный двигатель способен иметь больше лошадиных сил, чем больший по объему атмосферный мотор.

Охлаждение турбированного двигателя отличается от охлаждения атмосферного. Прежде всего, в таких двигателях вместо радиатора применяется специальное устройство – интеркуллер. Он представляет собой тот же радиатор, однако в нем, вместо ОЖ циркулирует воздух. Иногда интеркуллер может дополняться вентилятором, для эффективности охлаждения потоком воздуха.

Видео — Работа ДВС как работает турбонаддув

Преимущества и недостатки турбированного двигателя

Как и любой другой двигатель, турбированный тоже обладает своими преимуществами и недостатками.

Преимущества:

1. Самое главное преимущество турбированного двигателя – высокая мощность. Пожалуй, это главная цель, которую получили при минимальном изменении конструкции двигателя. При одинаковом объеме с атмосферным двигателем, турбированный может выдавать мощность и крутящий момент на 70 процентов больше.

2. Турбокомпрессор позволяет снизить содержание вредных веществ в выхлопном газе, что делает такой двигатель намного экологичнее. Это связано с тем, что воздух в цилиндрах сгорает намного эффективнее и полностью, в связи с этим, количество выхлопных газов уменьшается, а то и вовсе пропадает по пути в компрессор.

3. Двигатель, оборудованный турбиной, имеет низкий уровень шума, в отличие от атмосферного аналога.

4. Турбированный двигатель можно установить практически на любой автомобиль. Это связано с тем, что его конструктивные особенности мало чем отличаются от обычного ДВС. А значит, при равном объеме, они имеет такие же габариты, что позволяет монтировать его на те же крепежные элементы. Данное свойство касается как бензиновые, так и дизельные двигатели.

Недостатки:

1. Пожалуй, это самый логичный недостаток из всех – повышенный расход топлива. Дело в том, что при потреблении большего объема воздуха, необходимо и соответствующее количество топлива. Решить эту проблему невозможно, так как двигатель, раскручиваясь быстрее, будет самостоятельно закачивать требуемый уровень топлива.

2. Очень большие трудности в эксплуатации. Они связаны с высокой чувствительностью качества топлива и моторного масла. Если атмосферный двигатель менее привередлив к этим показателям, то турбированный может запросто выйти из строя.

3. В дополнение ко второму недостатку можно отметить очень низкий срок службы масло и его фильтра. Дело в том, что турбированный двигатель строится на основе обычного ДВС, а значит, рассчитан на такой же пробег и количество оборотов. Так как турбированный двигатель чаще работает на повышенных оборотах, соответственно масло быстрее теряет свои свойства.

 

4. Большие цены. Суть данного вопроса начинается с того, что цена на турбину и ее комплектующие изделия достаточно высокая. Соответственно турбокомпрессор очень дорого ремонтировать, что не каждому по карману.

5. Есть некоторые особенности охлаждения турбины после долгой поездки. Дело в том, что она достаточно сильно перегревается и может остыть только на холостых оборотах. Поэтому, прежде чем глушить двигатель, ему дают поработать еще около двух минут.

6. Двигатель с турбокомпрессором в сборе стоит дороже своего атмосферного аналога на 20-30 процентов.

Как правильно эксплуатировать турбированный двигатель?

Если соблюдать все правила эксплуатации, то двигатель, оснащенный турбокомпрессором, может прослужить около 500 тысяч километров. Известны случаи, когда двигатель «переживал» собственный автомобиль. Кузов сгнивал, а мотор устанавливали на другой автомобиль и продолжали эксплуатировать.

  • Заливайте в бензобак только самое качественное топливо. Не заправляйтесь на сомнительных заправках. То же самое относится и  к моторному маслу. Некачественное масло очень быстро приведет к дорогостоящему ремонту турбированного двигателя. Помимо этого, необходимо чаще проверять уровень масла.
  • Работа на холостых оборотах, которые превышают нормируемые значения, дольше 30 минут недопустима. Если у вас холостые обороты выставлены на слишком больших или малых значениях, обязательно отрегулируйте карбюратор или перепрограммируйте систему впрыска топлива.
  • После каждого запуска турбированного двигателя, его необходимо прогревать не менее двух минут. Только затем можно начинать движение.
  •  Если после длительной поездки вы решили остановиться, то не глушите двигатель сразу. Необходимо выждать время, пока на холостых оборотах остынет турбокомпрессор (порядка 2-3 минут) и только после этого выключайте зажигание.
  •  Всегда своевременно проводите мероприятия, касающиеся технического обслуживания двигателя. Здесь имеется ввиду замена масла, расходных материалов.

Вот так устроен турбированный двигатель. Если вы не боитесь всех сложностей эксплуатации и повышенного расхода топлива, то можете без проблем установить на свой автомобиль подобный агрегат. Однако стоит отметить, что если вы планируете установку такого двигателя на свой автомобиль, то необходимо соответствующее переоформление двигателя в органах ГИБДД. 

Газотурбинные тяжелые грузовики, скоростные автобусы и машины-рекордсмены

В отличие от одновальных агрегатов для легковушек на них монтировали мощные и экономичные двухвальные газотурбинные двигатели (ГТД). На их первичном валу были установлены компрессор и приводная турбина, на вторичном помещалась тяговая турбина с отбором мощности на шестеренчатый редуктор для привода колёс. Ее вращали отработанные газы из камеры сгорания, которые одновременно подогревали воздух в компрессоре.

Газотурбинные рекордсмены

Пионером скоростной газотурбинной автотехники стал московский инженер-испытатель Илья Тихомиров. В начале 1960-х он построил первый советский рекордный автомобиль «Пионер-2» с двумя компактными ГТД мощностью по 68 сил, на котором в 1963 году установил абсолютный рекорд скорости СССР — 311,419 км/ч. В последующие годы улучшенный вариант «Пионер-2М» на дистанции один километр с места показал 140 км/ч.

В середине 60-х в Харьковском автодорожном институте под руководством автогонщика Владимира Никитина была построена вторая рекордная машина ХАДИ-7 с алюминиевым кузовом и 400-сильным ГТД от вертолета Ми-2, рассчитанная на достижение скорости 400 км/ч. На деле ей удалось лишь побить несколько «мелких» рекордов, достигнув своего максимума на финишной прямой — 360 км/ч.

Скоростной газотурбинный автомобиль ХАДИ-7, пытавшийся обогнать рекордную машину «Пионер-2». 1966 год

Первым французским рекордсменом с ГТД стал обтекаемый болид Renault l’Étoile Filante («Падающая звезда») с 270-сильным двигателем Turboméca. Он имел основание из хромомолибденового сплава, низкий стеклопластиковый кузов и независимые подвески колес. В сентябре 1956 года машина установила рекорд в своём классе — 308,9 км/ч, но дальнейшего развития этот проект не получил.

Подготовка к старту газотурбинного болида Renault l’Étoile Filante. Июнь 1956 годаГазотурбинная «Падающая звезда» в победном рекордном заезде 5 сентября 1956 года

С появлением легкового автомобиля Т-4 с передним расположением ГТД английская компания Rover совместно с фирмой BRM разработала заднемоторный вариант Rover-BRM с прежним двигателем, перенесенным назад, удлиненной рамой и новым алюминиевым кузовом купе. В 1963–1965 годах он был единственной газотурбинной спортивно-гоночный машиной на крупных европейских автогонках.

Известный автогонщик Грэхем Хилл в газотурбинной машине Rover-BRM на гонках в Ле Мане. 1963 годСпортивно-гоночный автомобиль Rover-BRM с ГТД для 24-часовых гонок 1965 года в экспозиции National Motor Museum

Газотурбинные грузовые машины: единство техники и лихого дизайна

Основная доля построенных тяжелых автомобилей с ГТД пришлась на 1960-е годы — разгар «газотурбинной эйфории». Тогда были созданы единичные образцы магистральных седельных тягачей с колесной формулой 6×4 и высокими воздухозаборными и выхлопными трубами, привлекавшие зрителей не своими уникальными возможностями, а необычными внешними формами и изобретательными приманками в интерьере.

Первый в мире седельный тягач Kenworth с газовой турбиной

Вскоре после войны один из ведущих американских изготовителей тяжелых грузовиков Kenworth и авиастроительная компания Boeing создали совместное предприятие по разработке перспективных газотурбинных автомобилей для эксплуатации на скоростных хайвэях США.

Первый в мире тяжелый газотурбинный автомобиль Kenworth (справа) и серийный дизельный вариант Kenworth-524. 1950 год

О воплощении в жизнь этой поначалу секретной задачи стало известно летом 1950 года, когда на сравнительные испытания вышли два капотных автомобиля со спальными отсеками, буксировавшие двухосные полуприцепы-фургоны. Первым был серийный тягач Kenworth-524 с 180-сильным дизелем Cummins. Вторая машина отличалась установкой газовой турбины Boeing 502-8A мощностью 175 л.с. и двумя широкими трубами для подвода свежего воздуха и выброса отработанных газов.

«Нос к носу» — сопоставление размеров силовых агрегатов в моторных отсеках с газовой турбиной (справа) и обычным дизелем

Первый в мире компактный ГТД для тяжелой автотехники в полной комплектации весил 104 килограмма (в девять раз меньше, чем обычный дизель) и умещался на дне моторного отсека со снятыми радиатором и капотом с обеими боковинами. Для понижения рабочего режима турбины служил планетарный редуктор, передававший крутящий момент на механическую коробку передач.

Фото 1. Сравнительные испытания тягачей Kenworth с двухосными полуприцепами и разными силовыми агрегатами

Фото 2. Седельный тягач Kenworth с газовой турбиной Boeing и полуприцепом-фургоном на испытаниях в горных условиях

Фото 3. Снятое оперение тягача с миниатюрной газовой турбиной создавало эффект полного отсутствия двигателя под капотом

Испытания, проводившиеся в течение двух лет, доказали неприспособленность таких автомобилей к практическому применению. Главные претензии сводились к сильному шуму горячих выхлопных газов и непомерно высокому расходу топлива — до 235 литров на 100 км.

Так первая и последняя 12-летняя попытка создания и применения тяжелых газотурбинных машин провалилась. На короткое время их заменили эффектные макетные образцы с ГТД, часто вообще неспособные передвигаться самостоятельно.

Chevrolet Bison: тысяча сил, чтобы выбиться в люди

Считается, что главной целью создания экзотического четырехосного 1000-сильного грузового концепта Chevrolet Bison являлось продвижение в США работ молодого немецкого дизайнера Луиджи Колани. Его творение состояло из двух поворотных тележек с четырьмя ведущими колесами, в задней части которых стояли два ГТД: основной в 300 сил и вспомогательный 700-сильный для разгона и форсирования подъемов. Между ними планировали подвешивать контейнеры или кузов-салон с креслами для отдыха. На деле эффектный «Бизон» оказался неподвижным макетом.

Макетный образец футуристического двухмоторного четырехосного 1000-сильного автомобиля Chevrolet Bison. 1964 годПередняя двухосная ведущая и поворотная тележка грузовика Chevrolet Bison с кабиной водителя и газовой турбиной

Ford Gas Turbine Truck: самый длинный, большой и красный

Самым крупным газотурбинным тягачом был бескапотный концепт-трак Ford Gas Turbine Truck красного цвета, более известный под прозвищем Big Red («Большой и красный»). В составе 30-метрового автопоезда полной массой 77 тонн он буксировал однотипные двухосный полуприцеп-фургон и четырехосный прицеп фирмы Fruehauf.

Эффектный газотурбинный тягач Ford Gas Turbine Truck по прозвищу Big Red с одним полуприцепом и одним прицепом. 1964 год

В стальном моторном отсеке под кабиной помещался 600-сильный ГТД Ford-705, работавший с автоматической трансмиссией Allison. На передних колёсах тягача впервые появились телескопические амортизаторы, вместимость топливного бака составляла 1000 литров.

Огромный трёхосный тягач Ford Gas Turbine Truck в сравнении с легендарным спорткаром Ford Mustang

Особого «визга» удостоилась перенасыщенная оригинальными «игрушками» кабина с ровным полом, расположенная на двухметровой высоте. Для входа в неё служили лестница с электроприводом и пневматический механизм входной двери. Скромное рабочее место водителя напоминало пульт управления самолетом. В его распоряжении были кондиционер, холодильник, микроволновая печь, телевизор, умывальник и минитуалет.

Просторная кабина седельного тягача с панорамным окном и местом водителяСтальная входная лестница с электроприводом, выдвигавшаяся из-под пола кабины

На демонстрационных пробегах автопоезд развивал скорость 115 км/ч и показал средний расход топлива 100 литров на 100 км. До серийного выпуска он не дошел.

Chevrolet Turbo Titan III: «Титан», не лишенный элегантности

Через год своё место под «газотурбинным солнцем» заняла компания Chevrolet, представившая прозаичный и практичный тягач Turbo Titan III со всеми односкатными колёсами, рассчитанный на работу в составе автопоездов полной массой до 35 тонн.

Магистральный 15-метровый автопоезд с тягачом Chevrolet Turbo Titan III и двухосным полуприцепом. 1965 год

На нём применялся серийный ГТД GT-309 мощностью 280 л.с. и автоматическая трансмиссия Allison. И здесь главной новинкой была оригинальная стеклопластиковая кабина с панорамным лобовым окном и характерными боковыми воздухозаборниками (жабрами) с выдвигавшимися фарами.

Тягач Turbo Titan III с низкопрофильной кабиной и боковыми «жабрами» с фарами и указателями поворотов

Впервые в кабине появились стереофоническое радио и прообраз мобильного телефона, а обычное рулевое колесо заменила панель с двумя поворотными рукоятками (штурвалами).

Нетрадиционный блок управления автомобилем с двумя дублировавшими друг друга поворотными штурвалами

В течение трех лет автопоезд участвовал в демонстрационных заездах, достигая скорости 113 км/ч. Сложный и дорогой автомобиль в производство тоже не поступил.

В 1967 году этот весьма привлекательный автопоезд с изотермическим полуприцепом был отправлен на слом

Следующей новинкой из-за океана стал серийный бескапотный тягач Ford WT-1000D. В задней части его укороченной кабины помещался компактный ГТД Ford A-707 мощностью 375 сил, работавший с пятиступенчатой коробкой передач. Автопоезд служил для проведения рекламных кампаний по расширению работ по газотурбинной технике.

На улицах Лондона рекламный тягач Ford WT-1000D с ГТД, развивавший скорость 95 км/ч. 1966 годГазовая турбина Ford A-707 помещалась под откидной кабиной

Последней в этом ряду стала британская корпорация Leyland, собравшая партию многоцелевых шасси и тягачей Leyland Gas Turbine с собственным ГТД 2S/350, развивавшим мощность 350–400 л.с. и весившим 500 килограммов.

Грузовое шасси Leyland Gas Turbine с британской газовой турбиной 2S/350 мощностью 400 сил. 1968 годЗа кабиной автомобиля Leyland виден ГТД с хромированными воздухозаборной и выхлопной трубами

Советские секретные газотурбинные КрАЗы: несбывшиеся надежды

Об этих редких грузовиках мы уже рассказывали, а здесь остается только напомнить о них. В 1970-е годы на Кременчугском автозаводе построили два опытных варианта Э260Е и 2Э260Е с ГТД мощностью 350 и 360 сил соответственно. Огромный расход топлива и ненадежность основных узлов привели к закрытию этого проекта.

Опытный газотурбинный грузовик КрАЗ-Э260Е с удлиненным прямоугольным капотом. 1974 год (из архива С.Канунникова)

Газотурбинные автобусы: пассажирам вход запрещен

Эту редчайшую категорию автомобилей с ГТД составили максимум шесть–семь опытных автобусов разных стран — от футуристического «Золотого дельфина» до подвижных лабораторий для изучения возможностей их применения. Причем ни один из них никогда не выполнял своей главной обязанности — просто возить пассажиров.

Viberti Golden Dolphin: апофеоз итальянского стиля

Если бы золотистый автобус Golden Dolphin фирмы Viberti не получил 400-сильного ГТД FIAT, он всё равно попал бы в ранг удивительных пассажирских машин, достигавших скорости 200 км/ч. На нём был установлен 18-местный несущий алюминиевый кузов с полностью застекленной крышей и задним «плавником», поворотными сиденьями, кондиционером, баром и туалетом. Впрочем, о реальном применении «Золотого дельфина» сведений нет.

Скоростной футуристический автобус Viberti Golden Dolphin с ГТД, расположенным между задних колес. 1955 год

Американские автобусы GM Turboсruiser

С 1953 года разработка корпорацией General Motors (GM) автобусов с ГТД продвигалась крайне медленно и в конце 60-х заглохла. Прототипы Turbocruiser, собранные на шасси серийных машин и отличавшиеся огромными воздухозаборными и выхлопными трубами, оборудовали ГТД GT-300, испытательным оснащением и местами для персонала. Турбина весила на 750 кг меньше, чем обычный дизель, но расход топлива возрос в три–четыре раза, а сильный шум не позволял использовать их в городах.

Прототип многоместного газотурбинного автобуса GM Turboсruiser. 1953 годПробный городской вариант с забором воздуха и выхлопом на крыше. 1954 год

Более экономичный автобус Turbocruiser II получил 280-сильный двигатель GT-309 и шестиступенчатую коробку передач, а вариант Turboсruiser III оборудовали оригинальной клиноременной трансмиссией. Последним автобусом GMС с тем же ГТД стал 12-метровый междугородный концепт-бас RTX с высокими боковыми окнами.

Опытный газотурбинный автобус GM Turbocruiser II на серийном шасси TDH-5303. 1964 годЭкспериментальный скоростной трехосный автобус GM RTX с газовой турбиной GT-309. 1968 год

Советский многоместный уникум «ТурбоНАМИ-053»

В начале 1950-х в Научном автомоторном институте (НАМИ) при участии Московского автозавода начались работы по созданию собственных ГТД и мобильной основы для их испытаний. В результате в 1958 году на базе междугородного автобуса ЗИЛ-127 с 180-сильным дизелем ЯМЗ-206Д был собран «запредельный» газотурбинный вариант с двумя маркировками НАМИ-ЗИЛ и «ТурбоНАМИ-053».

Несостоявшийся «лайнер шоссейных дорог» — опытный газотурбинный автобус ТурбоНАМИ-053. Зима 1958 года

В кузове автобуса, превращенного в дорожную лабораторию, находилось рабочее оснащение, контрольные приборы и 10 мест для испытателей. В заднем отсеке помещался 350-сильный ГТД НАМИ-053, работавший с двухступенчатой коробкой передач ЗИЛ. В качестве топлива он потреблял бензин, солярку, керосин и весил 572 килограмма — вдвое меньше, чем двигатель ЗИЛа-127. В задней части крыши раздельно крепили воздухозаборник и выхлопное сопло. На испытаниях 13-тонный автобус развивал скорость 160 км/ч.

Подвижная лаборатория НАМИ-ЗИЛ с раздельной установкой воздухозаборника и выхлопного сопла. Весна 1959 годЕдинственный советский газотурбинный автобус ТурбоНАМИ-053 на Ленинградском проспекте в Москве

На модернизированной версии мощность ГТД сократили вдвое (до 180 сил), установили передний бампер без клыков и общий отсек для воздухозаборника и выпускного сопла.​

Улучшенный вариант автобуса с новым бампером и единым блоком воздухозаборника с соплом. Август 1961 года

С весны 1959 года по ноябрь 1961-го автобус прошел испытания протяженностью 15 тысяч километров, но из-за непомерно высокого расхода горючего работы по нему были свёрнуты.

На заглавной фотографии — Дорожные испытания первого в мире магистрального газотурбинного седельного тягача Kenworth с двухосным полуприцепом

Газовая турбина — Википедия

Промышленная газовая турбина в разобранном виде

Га́зовая турби́на (фр. turbine от лат. turbo — вихрь, вращение) — лопаточная машина, в ступенях которой энергия сжатого и/или нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу[1]. Основными элементами конструкции являются ротор (рабочие лопатки, закреплённые на дисках) и статор, именуемый сопловым аппаратом (направляющие лопатки, закреплённые в корпусе).

Газовые турбины используются в составе газотурбинных двигателей, стационарных газотурбинных установок (ГТУ) и парогазовых установок (ПГУ).

Попытки создать механизмы, похожие на турбины, делались очень давно. Известно описание примитивной паровой турбины, сделанное Героном Александрийским (1 в. до н. э.). В восемнадцатом веке англичанин Джон Барбер получил патент на устройство, которое имело большинство элементов, присутствующих в современных газовых турбинах. В конце XIX века, когда термодинамика, машиностроение и металлургия достигли достаточного уровня, Густав Лаваль (Швеция) и Чарлз Парсонс (Великобритания) независимо друг от друга создали пригодные для промышленного использования паровые турбины[2].

Первую в мире газовую реверсивную турбину сконструировал русский инженер и изобретатель Павел Дмитриевич Кузьминский в 1887 году. Его 10-ступенчатая турбина работала на парогазовой смеси, получаемой в созданной им же в 1894 году камере сгорания — «газопаророде».[3] Кузьминский применил охлаждение камеры сгорания водой. Вода охлаждала стенки и затем посту­пала внутрь камеры. Подача воды снижала температуру и в то же время увеличивала массу газов, поступающих в турбину, что должно было повысить эффективность установки.[4] В 1892 году П. Д. Кузьминский испытал турбину и предложил её военному министерству в качестве двигателя для дирижабля его собственной конструкции.[5] В 1897 году на Петербургском патронном заводе была построена действующая газовая турбина,[6] которую изобретатель готовил к показу на Всемирной выставке в Париже в 1900 году, однако не дожил до неё несколько месяцев.

Одновременно с Кузьминским опыты с газовой турбиной (в качестве перспективного двигателя для торпед) проводил также Чарлз Парсонс, однако вскоре пришёл к выводу, что имеющиеся сплавы из-за низкой жаропрочности не позволяют создать надёжный механизм, который приводился бы в движение струёй раскалённых газов либо парогазовой смесью, после чего сосредоточился на создании паровых турбин[7].

Газ под высоким давлением поступает через сопловой аппарат турбины в область низкого давления, при этом расширяясь и ускоряясь. Далее, поток газа попадает на рабочие лопатки турбины, отдавая им часть своей кинетической энергии и сообщая лопаткам крутящий момент. Рабочие лопатки передают крутящий момент через диски турбины на вал. Газовая турбина чаще всего используется как привод генераторов.

Механически газовые турбины могут быть значительно проще, чем поршневые двигатели внутреннего сгорания. Более сложные турбины (которые используются в современных турбореактивных двигателях), могут иметь несколько валов, сотни турбинных и статорных лопаток, а также обширную систему сложных трубопроводов, камер сгорания и теплообменников.

Упорные подшипники и радиальные подшипники являются критическими элементами разработки. Традиционно — это были гидродинамические или охлаждаемые маслом шарикоподшипники. Их превзошли воздушные подшипники, которые успешно используются в микротурбинах и вспомогательных силовых установках.

Газовые турбины часто используются во многих ракетах на жидком топливе, а также для питания турбонасосов, что позволяет использовать их в легковесных резервуарах низкого давления, хранящих значительную сухую массу.

Промышленные газовые турбины для производства электричества[править | править код]

Отличие промышленных газовых турбин от авиационных в том, что их массогабаритные характеристики значительно выше, они имеют каркас, подшипники и лопастную систему более массивной конструкции. По размерам промышленные турбины варьируются от монтируемых на грузовики мобильных установок до огромных комплексных систем. Чаще всего газовые турбины в электростанциях применяются в комбинированном парогазовом цикле, подразумевающем выработку пара остаточным теплом выхлопных газов в котле-утилизаторе с последующей подачей пара на паровую турбину для дополнительной выработки электроэнергии. Такие установки могут иметь высокий КПД — до 60 %. Кроме того, газовая турбина может работать в когенераторных конфигурациях: выхлоп используется для подогрева воды систем теплоснабжения для нужд ГВС и отопления, а также с использованием абсорбционных холодильных машин для систем хладоснабжения. Одновременное использование выхлопа для получения тепла и холода называется режимом тригенерации. КПД таких установок — газотурбинных ТЭЦ может очень высоким и доходить до 90 %, но эффективность их применения напрямую зависит от потребности в тепловой энергии, которая непостоянна в течение года и зависит от погодных условий.

Газовые турбины простого цикла могут выпускаться как для большой, так и для малой мощности. Одно из их преимуществ — способность входить в рабочий режим в течение нескольких минут, что позволяет использовать их как мощность во время пиковых нагрузок. Поскольку они менее эффективны, чем электростанции комбинированного цикла, они обычно используются как пиковые электростанции и работают от нескольких часов в день до нескольких десятков часов в год, в зависимости, от потребности в электроэнергии и генерирующей ёмкости. В областях с недостаточной базовой нагрузкой и на электростанциях, где электрическая мощность выдается в зависимости от нагрузки, газотурбинная установка может регулярно работать в течение большей части суток.

Микротурбины[править | править код]

Отчасти успех микротурбин обусловлен развитием электроники, делающей возможной работу оборудования без вмешательства человека. Микротурбины применяются в самых сложных проектах автономного электроснабжения.

Преимущества и недостатки газотурбинных двигателей[править | править код]

Преимущества
  • Очень высокое отношение мощности к весу, по сравнению с поршневым двигателем.
  • Возможность получения большего количества пара при работе (в отличие от поршневого двигателя)
  • В сочетании с паровым котлом и паровой турбиной — более высокий КПД по сравнению с поршневым двигателем. Отсюда — использование их в электростанциях.
  • Перемещение только в одном направлении, с намного меньшей вибрацией, в отличие от поршневого двигателя.
  • Меньшее количество движущихся частей, чем у поршневого двигателя.
  • Существенно меньше выбросов вредных веществ, по сравнению с поршневыми двигателями
  • Низкая стоимость и потребление смазочного масла.
  • Низкие требования к качеству топлива. ГТД потребляют любое горючее, которое можно распылить: газ, нефтепродукты, органические вещества и пылеобразный уголь.
  • Высокая манёвренность и диапазон регулирования.
Недостатки
  • Стоимость намного выше, чем у аналогичных по размерам поршневых двигателей, поскольку материалы применяемые в турбине должны иметь высокую жаростойкость и жаропрочность, а также высокую удельную прочность. Токарная обработка и производство деталей более сложные;
  • При любом режиме работы имеют меньший КПД, чем поршневые двигатели (КПД на номинальной нагрузке — до 39 %, при этом официальные данные по поршневым двигателям — 41-42 %). Требуют дополнительной паровой турбины для повышения КПД.
  • Низкий механический и электрический КПД (потребление газа более чем в 1,5 раза больше на 1 Квт-ч электроэнергии, по сравнению с поршневым двигателем)
  • Резкое снижение КПД на малых нагрузках (в отличие от поршневого двигателя)
  • Необходимость использования газа высокого давления, что обуславливает необходимость применения дожимных компрессоров с дополнительным расходом энергии и падением общей эффективности системы.
  • Высокие эксплуатационные нагрузки, следствием которых является использование дорогих жаропрочных сплавов.
  • Более медленный пуск, чем у поршневых двигателей внутреннего сгорания.
  • Существенное влияние пусков-остановок на ресурс.

Эти недостатки объясняют, почему дорожные транспортные средства, которые меньше, дешевле и требуют менее регулярного обслуживания, чем танки, вертолеты и крупные катера, не используют газотурбинные двигатели, несмотря на неоспоримые преимущества в размере.

  • ГТ-МГР (Модульный гелиевый реактор)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *