Байпас турбины что это такое: Что такое байпас турбированного двигателя

​Что «пшикает» в спортивных машинах? Изучаем блоу-офф, байпас и вестгейт

Данная статья подразумевает, что читатель уже имеет некоторое представление о работе турбонаддува. Если же такого представления пока нет – не беда! Не так давно мы обсуждали эту штуку во всех подробностях: как выглядит, зачем нужна и как работает. Кто ещё не видел – нажимаем сюда и читаем..

А теперь к героям нашего сегодняшнего обсуждения. Я уверен, все автолюбители хоть раз слышали характерный «пшик» при переключениях скоростей на спортивных автомобилях. Более того, на сайтах наших китайских друзей есть невероятное количество этих «приблуд» всех цветов и видов, предлагаемых за очень демократичные цены. И у неподготовленного любителя тюнинга может создаться впечатление, что пшикалки эти служат исключительно для привлечения на улицах впечатлительных особ слабого пола. Но это не так. Точнее – изначально было не так, а служило лишь вполне себе конкретной технической задаче.

Давайте разбираться.

В чём суть проблемы?

Итак, вы уже знаете, что при активном ускорении турбина нагнетает воздух во впускной коллектор. Но очевидно, что дуть до бесконечности невозможно, иначе разорвёт как минимум резиновые патрубки системы. И для ограничения создаваемого турбиной давления служит «вестгейт» (wastegate).

Клапан вестгейта, соединённый штоком с его «калиткой» в горячей части турбины. Далее станет понятно. (фото: twitter)

Это подпружиненный клапан, который при превышении определённого порога нагнетаемого давления перемещается и открывает заслонку в корпусе турбины, тем самым частично пуская выхлопные газы в обход крыльчатки – прямо в катализатор и далее по выпуску. Таким образом, обороты турбины снижаются, а значит, уменьшается и создаваемое ей давление.

Приводимая клапаном вестгейта заслонка-«калитка» в самой турбине. (фото: Drive2)

Но это, скажем так, эталонный сценарий: когда давление нарастает плавно и соразмерно нажатию на газ.

А вот ситуация: вы «топили» с газом в пол, и внезапно на дорогу выбегает олень. Понятно, что в 99% случаев первое, что вы сделаете – отпустите педаль. Да вот беда! Турбина обладает очень неслабой инерционностью: хоть педальку вы отпустили, но она ещё продолжает крутиться по инерции. То есть, нагнетать воздух. А дроссельная заслонка-то уже закрыта! Давление снова растёт, угрожая что-то порвать…

«А что же вестгейт?» — спросите вы. А ничего. Вспоминаем конструкцию и смотрим на схемы ниже: wastegate находится на ГОРЯЧЕЙ части турбины, и способен лишь стравливать поток газов её раскручивающих. Но замедлить уже вращающуюся по инерции турбину он никак не может.

Таким образом, конструктивно возникает необходимость в ещё одном клапане – который будет стравливать излишки уже нагнетённого воздуха. И здесь есть два варианта.

Блоу-офф – сдуваем в атмосферу

Тот нередкий случай, когда само название (blow—off – сдувать) объясняет суть вопроса. На самом деле всё просто: в магистраль между холодной (компрессорной) частью турбины и впускным коллектором врезается самый обычный предохранительный клапан. Как только давление в магистрали резко подскакивает и превышает критическое (когда мы резко сбросили газ, помните?) – он выпускает лишнее давление наружу. Банально на улицу, в подкапотное пространство. В этот момент и раздаётся тот самый сочный «пшик», который мы все привыкли узнавать по всяким «Форсажам» и подобным картинам. А вот наглядная схема расположения этого клапана (кстати, там же есть и вестгейт):

фото: yandex

Байпас – замыкаемся в себе

Байпас (bypass – обходной путь) служит ровно той же цели – предохранять впускной тракт от переизбытка воздуха, но алгоритм работы у него чуть другой. Находится он в том же месте что и блоу-офф, но отводит лишний воздух не в атмосферу, а снова в контур. А именно, на вход турбины. Получается своего рода замкнутый круг, когда воздух остаётся в системе, но тем не менее, его давление в момент открытия байпаса уменьшается: излишки поступают в пространство перед турбиной. Это понятно из нижеприведённой схемы:

фото: yandex

Зачем два варианта?

И здесь пытливый читатель снова вправе задать резонный вопрос: зачем усложнять систему байпасом (ведь это дополнительная воздушная магистраль), когда можно просто «сливать» лишнее давление наружу? Отвечаю: во-первых, байпас тише. Некий звук при резком сбросе газа различить можно, но он всё равно несравнимо тише блоу-оффа. Согласитесь, далеко не каждый автовладелец придёт в восторг от ежедневной какофонии громких свистяще-шипящих звуков из-под капота.

Блоу-офф. Выпускает воздух на улицу. (фото: motorz.tv)

И во-вторых, ещё раз повторю ключевой момент: с байпасом воздух остаётся в системе. То есть, тот его объём, что прошёл через расходомер (ДМРВ), находящийся обычно сразу после фильтра, не изменяется. А значит, не изменятся и параметры топливо-воздушной смеси, которые компьютер вычисляет, основываясь на этих данных. В случае же с блоу-оффом, уже посчитанный датчиком объём воздуха меняется, так как blow-off часть его стравил наружу. Кстати, именно поэтому на подавляющем большинстве турбомоторов для приготовления смеси вместо ДМРВ (датчик массового расхода воздуха) используется ДАД (датчик абсолютного давления). Второй не считает изначально прошедший через него объём воздуха, а измеряет его давление в контуре по факту на данный момент времени. Но это уже совсем другая история.

Байпас. Перепускает воздух из трубы на дроссель (вертикальная) на вход турбины после фильтра (горизонтальная гофра). (фото автора)

Байпас турбины

Изобретение относится к энергетике. Байпас турбины содержит обходной путь, избирательно применяемый для подачи горячих газов в газоохладитель, и засыпку из теплопоглощающих элементов, помещенную на обходном пути перед газоохладителем, при этом засыпка содержит теплопоглощающие элементы, расположенные между перфорированными опорными слоями для равномерного рассеивания обходящего пара по боковым частям теплопоглощающих элементов в засыпке. Изобретение позволяет уменьшить температуру обходящих газов перед подачей обходящих газов в газоохладитель. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Варианты реализации настоящего изобретения относятся к байпасу турбины и к способу эксплуатации байпаса турбины.

Предпосылки к созданию изобретения

На некоторых тепловых электростанциях, на которых вырабатывают газ или пар под высоким давлением и с высокой температурой, который пропускается через турбину для выработки электроэнергии, поток горячих газов в турбине не может быть мгновенно уменьшен или предотвращен путем простого управления газогенератором. Например, на электростанции с паровой турбиной парогенератор (котел) не может быть мгновенно выключен и вновь запущен. Поэтому в случае отключения турбины на тепловой электростанции, например во время сброса нагрузки, требуется байпас турбины для предотвращения проникновения горячих газов (таких как пар) в турбину.

Известные байпасы турбины включают в себя газоохладитель, который охлаждает обходные газы. Детали газоохладителя подвергаются сильным термическим напряжениям во время начала работы байпаса из-за большой разницы температур между горячими обходными газами и относительно холодными деталями газоохладителя.

Поэтому обычным явлением является механическая поломка деталей.

Делались попытки уменьшить температуру обходных газов перед их попаданием в газовый охладитель, однако поломки деталей все же имеют место. Поэтому существует необходимость в улучшенном байпасе турбины.

Сущность изобретения

Применяемое в этом описании и в прилагаемой формуле изобретения в случае, если специально не упоминается «пар», слово «газ» должно пониматься как включающее пар как в виде пара низкого давления, так и в газообразной форме.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается байпас турбины, который содержит:

обходной путь, избирательно применяемый для подачи горячих газов в газоохладитель; и

засыпку из теплопоглощающих элементов, помещенную на обходном пути перед газоохладителем, которая применяется для поглощения тепла из обходящих газов и для уменьшения таким образом температуры обходящих газов перед подачей обходящих газов в газоохладитель.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается способ эксплуатации байпаса турбины, который содержит:

подачу горячих газов по обходному пути к газоохладителю; и

пропуск обходящих газов через засыпку из теплопоглощающих элементов, помещенную на обходном пути перед газоохладителем, для поглощения тепла из обходящих газов и для уменьшения таким образом температуры обходящих газов перед подачей обходящих газов в газоохладитель.

Газоохладитель подвергается воздействию гораздо более низких температур и, следовательно, пониженным термическим напряжениям при начале работы байпаса системы благодаря тому факту, что температура обходящих газов понижается в засыпке из теплопоглощающих элементов.

Температура засыпки из теплопоглощающих элементов постепенно повышается, когда обходящие газы проходят через засыпку из теплопоглощающих элементов, и количество тепла, отобранного из обходящих газов засыпкой из теплопоглощающих элементов, таким образом постепенно понижается. В результате температура обходящих газов, которые подаются вдоль обходного пути от засыпки из теплопоглощающих элементов до газоохладителя, постепенно повышается. Это постепенное повышение температуры вызывает постепенное повышение температуры компонентов газоохладителя, уменьшая таким образом мгновенные термические напряжения и вероятность в связи с этим механического отказа деталей газоохладителя во время начала работы байпаса турбины.

Засыпка из теплопоглощающих элементов может содержать корпус из низколегированной стали, футерованный обычным огнеупорным материалом, таким как огнеупорный кирпич, с внутренней футеровкой из суперогнеупорного материала, такого как карбид кремния, муллит или глинозем.

Элементы, имеющие, например, диаметр от 12 мм до 30 мм, формируются также из твердого суперогнеупорного материала.

Элементы могут опираться на предварительно сформированный слой, содержащий платформу из высоколегированной стали, которая сама может опираться на опоры из высоколегированной стали. С другой стороны или дополнительно, платформа может быть выпуклой (куполообразной) для того, чтобы лучше поддерживать вес элементов. В качестве дальнейшей альтернативы для уменьшения стоимости и затрат на техническое обслуживание засыпка из теплопоглощающих элементов может поддерживаться перфорированным куполом из суперогнеупорного материала, выполненного в форме конусных кирпичей и размещенного по кругу. В этом случае пазы по сторонам собранных кирпичей образуют отверстия для прохождения через них горячих обходящих газов.

Перфорированный опорный слой служит также экраном для того, чтобы более равномерно рассеивать обходящие газы по боковым частям засыпки из теплопоглощающих элементов. Например, отверстия в опорном слое могут быть меньше в середине, чем рядом с краями засыпки из теплопоглощающих элементов.

Байпас турбины может включать в себя охлаждающее приспособление, которое может избирательно применяться для охлаждения засыпки из теплопоглощающих элементов. Охлаждающее приспособление обычно применяется для охлаждения засыпки из теплопоглощающих элементов тогда, когда обходной путь не работает. Засыпка из теплопоглощающих элементов, таким образом, охлаждается после завершения работы байпаса, когда обходящие газы не протекают по обходному пути через засыпку из теплопоглощающих элементов.

Охлаждающее приспособление может избирательно применяться для подачи в засыпку текучего хладагента для охлаждения засыпки. Текучим хладагентом может быть жидкий хладагент, такой как вода или сжиженный азот, и/или газовый хладагент, такой как пар или газообразный азот.

В случае если турбиной является паровая турбина, охлаждающее приспособление может применяться для подачи газового хладагента, предпочтительно пара с относительно низкой температурой, в засыпку из теплопоглощающих элементов, и может после этого применяться для подачи в засыпку из теплопоглощающих элементов жидкого хладагента, такого как вода. Засыпка из теплопоглощающих элементов может включать в себя сток для конденсата, предназначенный для удаления любого конденсата, образованного во время цикла нагрева и охлаждения засыпки из теплопоглощающих элементов. Кроме того, газоохладитель может включать в себя конденсатор, обычно конденсатор сбросного пара.

В случае если турбиной является газовая турбина, охлаждающее приспособление может содержать замкнутый контур охлаждения для рециркуляции текучего охладителя в засыпку из теплопоглощающих элементов и может включать в себя теплообменник, предназначенный для охлаждения рециркулирующего текучего хладагента. Текучим хладагентом, применяемым в замкнутом контуре охлаждения, может быть газ, причем типичным примером является газообразный азот. Кроме того, газоохладитель может содержать теплообменник, например устройство для утилизации сбросного тепла.

Упомянутый способ использования байпаса турбины может также содержать охлаждение засыпки из теплопоглощающих элементов. Операция охлаждения засыпки из теплопоглощающих элементов может осуществляться тогда, когда газы не подаются по обходному пути к газоохладителю. Как указано выше, это позволяет охлаждать засыпку из теплопоглощающих элементов после завершения обходной операции, в то время как обходящие газы не проходят по обходному пути через засыпку из теплопоглощающих элементов.

Операция охлаждения засыпки из теплопоглощающих элементов может содержать подачу в засыпку текучего хладагента.

В одном варианте реализации способа операция охлаждения засыпки из теплопоглощающих элементов содержит первоначальную подачу в засыпку газообразного хладагента, такого как пар, и последующую подачу в нее жидкого хладагента, такого как вода. Это обеспечивает двухступенчатый процесс охлаждения, при котором при первоначальной операции охлаждения газом засыпка из теплопоглощающих элементов охлаждается до промежуточной температуры и последующая операция охлаждения жидкостью обеспечивает дальнейшее охлаждение засыпки из теплопоглощающих элементов.

В другом варианте реализации способа операция охлаждения засыпки из теплопоглощающих элементов содержит рециркуляцию текучего хладагента в засыпку газообразного хладагента и может содержать отбор тепла от текучего хладагента с использованием теплообменника. Как указано выше, рециркулирующий текучий хладагент обычно используется в виде газообразного хладагента, такого как газообразный азот.

Краткое описание чертежей

Варианты реализации настоящего изобретения будут теперь описаны только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1 показан схематический вид одного варианта реализации байпаса турбины; и

на фиг.2 показан другой вариант реализации байпаса турбины.

Подробное описание вариантов реализации изобретения

На фиг.1 проиллюстрирован байпас, образующий часть тепловой электростанции с применением парогенератора 2, который выдает пар под высоким давлением и с высокой температурой для паровой турбины 4 для выработки электроэнергии посредством электрического генератора 5, привод которого осуществляется турбиной 4 через вал 6. Байпас паровой турбины используется для отвода перегретого пара, выработанного в парогенераторе 2, от входа в паровую турбину 4, например, в случае аварийного отключения турбины (известного также как аварийный останов турбины). Турбина 4 может содержать многоступенчатые блоки высокого давления и низкого давления, но они не показаны для удобства иллюстрации.

Байпас паровой турбины включает в себя отводной клапан 8, обходной путь 10 для отвода пара от входа паровой турбины и газоохладитель 12 в форме конденсатора сбросного пара. Пар подается по обходному пути 10 к конденсатору сбросного пара 12, который, как известно, включает в себя вход 14 для охлаждающей воды.

Для уменьшения термического удара в конденсаторе 12 байпас паровой турбины включает в себя засыпку из теплопоглощающих элементов 16, которая должна быть выполнена как цилиндрический сосуд высокого давления с куполообразными верхним и нижним концами, хотя она проиллюстрирована на фиг.1 только схематически. Засыпка из теплопоглощающих элементов 16 помещается на обходном пути 10 перед конденсатором сбросного пара 12 и включает в себя вход для пара 18, предназначенный для приема перегретого обходящего пара из парогенератора, и выпуск для пара 20, через который пар выдается из засыпки из теплопоглощающих элементов 16 в конденсатор сбросного пара 12.

Во время применения байпаса перегретый обходящий пар подается вдоль обходного пути 10 и в засыпку из теплопоглощающих элементов 16 через вход для пара 18. Когда перегретый обходящий пар проходит через засыпку из теплопоглощающих элементов 16, тепло из пара поглощается засыпкой из теплопоглощающих элементов 16, и, таким образом, происходит понижение температуры обходящего пара. Охлажденный обходящий пар подается через выпуск для пара 20 в конденсатор сбросного пара 12, где обходящий пар дополнительно охлаждается обычным образом.

В начале применения байпаса засыпка из теплопоглощающих элементов 18 имеет самую низкую температуру и поглощает значительное количество тепла из обходящего пара. Таким образом, температура обходящего пара значительно снижается до того, как обходящий пар подается по обходному пути 10 через выпуск для пара 20 в конденсатор сбросного пара 12. Детали конденсатора для сбросного пара 12, которые имеют самую низкую температуру в начале применения байпаса, подвергаются таким образом воздействию значительно более низких температур и поэтому уменьшают термические напряжения в начале применения байпаса за счет того факта, что температура обходящего пара понижается засыпкой из теплопоглощающих элементов 16.

Когда обходящий пар продолжает проходить по обходному пути 10 через засыпку из теплопоглощающих элементов 16, температура засыпки 16 повышается, поскольку она поглощает тепло из обходящего пара. Разность температур между засыпкой из теплопоглощающих элементов 18 и обходящим паром постепенно уменьшается. Это уменьшает способность засыпки из теплопоглощающих элементов к поглощению тепла и ведет к постепенному повышению температуры обходящего пара, который выдается по обходному пути 10 через выпуск для пара 20 в конденсатор сбросного пара 12. Это постепенное повышение температуры обходящего пара ведет к постепенному повышению температуры деталей конденсатора сбросного пара 12, уменьшая таким образом термические напряжения и, следовательно, вероятность механического повреждения деталей конденсатора сбросного пара 12.

Засыпка из теплопоглощающих элементов 16 в конечном счете приобретает такую же температуру, как и обходящий пар, и в этой точке тепло больше не поглощается засыпкой из теплопоглощающих элементов 16, так что температура байпаса будет по существу равна температуре на входе для пара 18 и выпуске для пара 20. Температура обходящего пара, выпущенного по обходному пути 10 в конденсатор сбросного пара 12, будет поэтому по существу равна температуре пара, выработанного парогенератором. В этот момент, однако, детали конденсатора сбросного пара 12 постепенно повышаются, обеспечивая сведение к минимуму термической усталости деталей.

Засыпка из теплопоглощающих элементов 16 содержит корпус из низколегированной стали 21, футерованный обычным огнеупорным материалом 22, таким как огнеупорный кирпич, с внутренней футеровкой 23 из суперогнеупорного материала, такого как карбид кремния, муллит или глинозем. Элементы 24, имеющие, например, диаметр от 12 мм до 30 мм, формируются также из твердого суперогнеупорного материала.

Элементы 24 опираются на перфорированный опорный слой 26, содержащий платформу из высоколегированной стали, которая сама может опираться на опоры из высоколегированной стали (не показаны). Перфорированный опорный слой 26 служит также экраном для того, чтобы более равномерно рассеивать обходящий пар по боковым частям теплопоглощающих элементов 24 засыпки из теплопоглощающих элементов 16, и для этого отверстия в опорном слое 26 могут быть меньше в середине, чем рядом с краями, что показано схематически. Перфорированный верхний слой 28, сходный с перфорированным опорным слоем 26, также помещается над теплопоглощающими элементами 24.

Альтернативным способом поддержки массы теплопоглощающих элементов в засыпке является использование перфорированного купола, выпуклого кверху (не показан), который может быть выполнен из высоколегированной стали. С другой стороны, как уже известно в технике, купол для поддержки теплопоглощающих элементов может содержать суперогнеупорный материал, выполненный в форме конусных кирпичей и размещенный по кругу. В этом случае пазы по сторонам собранных кирпичей образуют отверстия для прохождения горячего обходящего пара через купол и в теплопоглощающие элементы.

После завершения применения байпаса, когда обходящий пар больше не подается по обходному пути 10 через засыпку из теплопоглощающих элементов 16 в конденсатор сбросного пара, необходимо охладить засыпку из теплопоглощающих элементов 16 так, чтобы она могла охлаждать обходящий пар во время первоначальных стадий последующего применения байпаса. Байпас паровой турбины включает в себя охлаждающее приспособление для этой цели.

Охлаждающее приспособление включает в себя первый вход 30 для текучего охладителя в основании засыпки из теплопоглощающих элементов 16, который выдает охлаждающий пар (обычно пар низкого давления) в засыпку из теплопоглощающих элементов 16, и второй вход 32 для текучего охладителя поверх засыпки из теплопоглощающих элементов 16, который выдает охлаждающую воду в засыпку из теплопоглощающих элементов 16. Во время работы охлаждающего приспособления охлаждающий пар первоначально подается в засыпку из теплопоглощающих элементов 16 для ее охлаждения до первой температуры перед тем, как в засыпку из теплопоглощающих элементов 16 будет подана охлаждающая вода для ее дальнейшего охлаждения до нужной температуры. Специалист в области проектирования теплоэлектростанций поймет, что такой охлаждающий пар может быть получен из источника пара низкого давления в любом месте на теплоэлектростанции. Засыпка из теплопоглощающих элементов 16 включает в себя сток 34 для удаления охлаждающей воды, а также конденсата, образуемого во время цикла нагрева и охлаждения теплопоглощающих элементов 24.

На фиг.2 проиллюстрирован байпас, образующий часть теплоэлектростанции с применением источника 40, который вырабатывает газ под высоким давлением и с высокой температурой, такой как азот. Газ подается непосредственно в газовую турбину 42 для выработки электроэнергии в электрическом генераторе 43, привод которого осуществляется турбиной 42 с помощью вала 44. Турбина 42 может содержать многоступенчатые блоки высокого давления и низкого давления, но они не показаны для удобства иллюстрации. Байпас газовой турбины используется для отклонения газа под высоким давлением и с высокой температурой, например воздуха или азота, от входа газовой турбины 42, например, во время аварийного отключения турбины (известного также как аварийный останов турбины).

Байпас турбины включает в себя отводной клапан 46, обходной путь 50 для отвода обходящих газов от входа в газовую турбину и газоохладитель 52 в форме теплообменника, который может быть частью устройства утилизации сбросного тепла. Обходящие газы подаются по обходному пути 50 к теплообменнику 52, который, как известно, сам по себе включает охлаждающий контур 54, питаемый таким хладагентом, как вода.

Байпас газовой турбины включает в себя засыпку из теплопоглощающих элементов 56, которая сходна по конструкции и применению с засыпкой из теплопоглощающих элементов 1. Засыпка из теплопоглощающих элементов 56 помещается на обходном пути 50 перед теплообменником 52 и включает в себя газовый вход 58, предназначенный для приема горячих обходящих газов и газовый выпуск 60, через который газы выдаются из засыпки из теплопоглощающих элементов 56 в теплообменник 52.

Во время применения байпаса горячие обходящие газы подаются по обходному пути 50 и в засыпку из теплопоглощающих элементов 56 через газовый вход 58. Когда горячие обходящие газы проходят сквозь засыпку из теплопоглощающих элементов 56, тепло отбирается от газов засыпкой из теплопоглощающих элементов 56, и это ведет к снижению температуры обходящих газов. Охлажденные обходящие газы передаются через газовый выпуск 60 к теплообменнику 52, где может быть утилизировано сбросное тепло.

Засыпка из теплопоглощающих элементов 56 действует точно так же, как засыпка из теплопоглощающих элементов 16, для отбора тепла от обходящих газов и снижения таким образом температуры обходящих газов при начале применения байпаса. Когда засыпка из теплопоглощающих элементов 56 нагревается во время применения байпаса, величина охлаждения, которое обеспечивается засыпкой из теплопоглощающих элементов 56, снижается. Это было уже полностью описано со ссылкой на фиг.1 и для этого не требуется дальнейших объяснений.

После завершения применения байпаса, когда обходящие газы больше не подаются по обходному пути 50 через засыпку из теплопоглощающих элементов 56 в теплообменник 52, необходимо охладить засыпку по причинам, уже описанным выше. Байпас газовой турбины включает в себя для этой цели охлаждающее приспособление.

Охлаждающее приспособление содержит замкнутый охлаждающий контур 62, который подает в засыпку из теплопоглощающих элементов рециркулирующий газовый хладагент, такой как газообразный азот. Охлаждающее приспособление включает в себя теплообменник 64, который охлаждает рециркулирующий газовый хладагент с помощью охлаждающего контура 65, через который проходит такой хладагент, как вода, как это само по себе известно. Насос 66 применяется для продувки газообразного хладагента по замкнутому охлаждающему контуру 62.

Хотя в предыдущих параграфах были описаны варианты реализации настоящего изобретения, следует понимать возможность внесения различных модификаций в эти варианты реализации без отклонения от объема настоящего изобретения.

1. Байпас турбины, содержащий:
обходной путь, избирательно применяемый для подачи горячих газов в газоохладитель; и
засыпку из теплопоглощающих элементов, помещенную на обходном пути перед газоохладителем, которая применяется для поглощения тепла из обходящих газов и для уменьшения таким образом температуры обходящих газов перед подачей обходящих газов в газоохладитель, при этом засыпка содержит теплопоглощающие элементы, расположенные между перфорированными опорными слоями для равномерного рассеивания обходящего пара по боковым частям теплопоглощающих элементов в засыпке.

2. Байпас турбины по п.1, в котором байпас турбины включает в себя охлаждающее приспособление, избирательно применяемое для охлаждения засыпки из теплопоглощающих элементов.

3. Байпас турбины по п.2, в котором может применяться охлаждающее приспособление для охлаждения засыпки из теплопоглощающих элементов в то время, когда обходной путь не применяется.

4. Байпас турбины по п.2, в котором охлаждающее приспособление избирательно применяется для подачи текучего хладагента в засыпку из теплопоглощающих элементов для охлаждения засыпки.

5. Байпас турбины по любому из пп.2-4, в котором турбина является паровой турбиной.

6. Байпас турбины по п.5, в котором газоохладитель содержит конденсатор.

7. Байпас турбины по любому из пп.2-4, в котором турбина является газовой турбиной.

8. Байпас турбины по п.7, в котором газоохладитель содержит теплообменник.

9. Байпас турбины по п.7, в котором охлаждающее приспособление содержит замкнутый контур охлаждения для рециркуляции текучего охладителя в засыпку из теплопоглощающих элементов и включает в себя теплообменник, предназначенный для охлаждения рециркулирующего текучего хладагента.

10. Теплоэлектростанция, включающая в себя байпас турбины по любому предшествующему пункту.

11. Способ эксплуатации байпаса турбины, содержащий:
подачу горячих газов по обходному пути к газоохладителю; и
пропуск обходящих газов равномерно через засыпку из теплопоглощающих элементов, помещенную на обходном пути перед газоохладителем, для поглощения тепла из обходящих газов и для уменьшения таким образом температуры обходящих газов перед подачей обходящих газов в газоохладитель, при этом используют засыпку, содержащую теплопоглощающие элементы, расположенные между перфорированными опорными слоями для равномерного рассеивания обходящего пара по боковым частям теплопоглощающих элементов в засыпке.

12. Способ эксплуатации по п.11, в котором способ дополнительно содержит охлаждение засыпки из теплопоглощающих элементов.

13. Способ эксплуатации по п.12, в котором операция охлаждения засыпки из теплопоглощающих элементов осуществляется в то время, когда газы не подаются по обходному пути в газоохладитель.

14. Способ эксплуатации по п.12 или 13, в котором операция охлаждения засыпки из теплопоглощающих элементов содержит подачу текучего хладагента в засыпку из теплопоглощающих элементов.

15. Способ эксплуатации по п.14, в котором операция охлаждения засыпки из теплопоглощающих элементов содержит первоначальную подачу газообразного хладагента в засыпку из теплопоглощающих элементов и последующую подачу жидкого хладагента в засыпку из теплопоглощающих элементов.

16. Способ эксплуатации по п.14, в котором операция охлаждения засыпки из теплопоглощающих элементов содержит рециркуляцию текучего хладагента в засыпку из теплопоглощающих элементов и отбор тепла от текучего хладагента в теплообменнике.

Что такое байпас в автомобиле

Вопрос: Хочу наконец-то разобраться, что такое блоуофф, байпасс и вестгейт и для чего все это нужно…

Ответ:
1.Весгейт(wastegate) Клапан между выпускным коллектором и выхлопной трубой(параллельно турбинной части агрегата турбонаддува), пускающий выхлопные газы в обход турбинной крыльчатки, чтобы ограничить рост наддува выше заданного значения посредством предотвращения роста скорости вращения турбины.
2.Байпасс(bypass) Клапан между впускным патрубком до компрессорной части агрегата турбонаддува и впускным патрубком после оного (т.е. параллельно его компрессорной части). Служит в основном для снижения шума впуска и некоторого снижения резонансных явлений при резком закрытии дроссельной заслонки. На многих серийных машинах не устанавливается вовсе.
3.Блоуофф (blowoff) Клапан между выходом компрессорной части агрегата турбонаддува и атмосферой.Синеписальщики ставят его для получения пшикающеко звука при переключениях и сбросах газа.
Девайсы 2 и 3 при установке громадных тюнинговых турбин (вдвое больше стоковых) становится необходимы, так как защищают турбину от большой осевой нагрузки на вал. Ставится или девайс 2(для машин с МАF) или девайс 3(для машин с МАР).

Вестгейт получил свое название оттого, что его задача тратить впу­стую часть энергии выхлопных газов. Тратя впустую, или перепуская, управляемое количество выхлопных газов мимо турбины, можно упра­влять её частотой вращения, а следовательно и давлением наддува. Дру­гими словами вестгейт является, по сути, байпасным клапаном турбины, который направляет к турбине только такое количество вы­хлопных газов, которое требуется для создания заданного давления над­дува.

Хотя вестгейт в настоящее время является лучшим способом для управления давлением наддува, это не лучший способ регулирования. То, что он работает, тратя впустую энергию является его недостатком. Второй недостаток то, что во время нарастания давления наддува кла­пан вестгейта должен открываться постепенно, до тех пор пока давление наддува не достигнет заданного значения. Другими словами, вестгейт настроенный на 0,7 бара как правило начинает открываться при давле­нии около 0,35 бара и перепускает впустую выхлопные газы, которые могли бы использоваться для более интенсивной раскрутки турбона­гнетателя. Попытка увеличить обороты турбины, в то время когда кла­пан вестгейта частично открыт — это попытка поймать собственный хвост.

Тем не менее тысячесильные автомобили Формулы 1 использо­вали вестгейты, они используются практически во всех современных си­стемах турбонаддува. Пока турбонагнетатели с изменяемой геометрией турбины не будут доступны по приемлемой цене, вестгейт останется лучшим устройством для регулирования давления.

Очень интересная статья, нашел на одном из форумов)

Всё гениальное просто! То, что проще и надежнее, и долговечнее. Казалось бы, что еще можно добавить?! И сможет ли кто-либо опровергнуть столь простое утверждение. Оказывается, что в тюнинге, работают “особые законы”, которые могут нарушить и подобные утверждения. В тщетной надежде невероятно улучшить свой авто, многие горе-тюнеры умудряются наломать невероятное количество дров. Что-ж попробуем во избежание подобных ситуаций внести ясность в некоторые вопросы. Возьмем в качестве примера такое спорное приспособление, как blowoff клапан. Конструкция и назначение этого клапана, пожалуй, чуть-чуть сложнее каменного колеса. И, несмотря на это сейчас не нужно прилагать больших усилий, чтобы найти в сети многочисленные предупреждения о невероятных сложностях установки и использовании этого клапана на многих автомобилях. Здесь и обогащение смеси, и пламя из глушителя “на куда больше метров, чем у меня” и даже пресловутый “двига глохнет”. Преисполненные скептицизма, горе-тюнеры продолжают поносить сей девайс на каждом интернет-форуме.
К сожалению, в мире тюнинга, где сейчас наибольшее предпочтение отдается лишь количеству пунктов в своеобразных тюнинг-листах (“Спеках”), а не целевому использованию автомобиля подобных советчиков становится всё больше и больше. И если вам в очередной раз говорят, что blowoff нужен лишь для понтового звука, знайте, эта штука пришла на прилавки современных тюнинг-магазинов из самого настоящего автоспорта, где нет места бесполезным вещам. Как впрочем, и советчикам, которые могут рассказывать лишь о неудачах.
Итак, рассмотрим этот клапан со всех сторон, зачем он нужен, а также его место в моторном отсеке. После чего, я думаю, у вас не останется никаких сомнений в том, что более простой и полезной вещи, чем blowoff просто не существует.

К чему он?
Для того, чтобы избавляться от лишнего воздуха в системах турбонаддува! Казалось бы в спортивных, а тем более в гоночных болидах, такого просто не может быть. А на самом деле, еще как может. Если во время ускорения сбросить газ, то система управления двигателем перейдет в режим торможения двигателем и прекратит подачу топлива в цилиндры. Обороты двигателя начнут падать. Но только не у турбонагнетателя, он будет продолжать работать, по инерции. Этот трудоголик начинает свою работу с первых оборотов двигателя и останавливаться спустя несколько минут после того, как двигатель заглушен. Такова невероятная инертность этого устройства. Турбонагнетатель снабжает двигатель избыточным количеством сжатого воздуха, это значит что воздуха всегда больше, чем двигатель способен потребить. При резком закрытии дросселя, турбонагнетатель, хоть и не так эффективно, как при разгоне, но будет продолжает готовить сжатый воздух. Но теперь этот воздух невостребован. Воздух будет копиться во впускном тракте на отрезке между компрессором и дроссельной заслонкой. Представьте себе, 4-х цилиндровый двигатель, объемом 2 литра, при 5000 об./мин нуждается в воздухе объемом не меньше 80 л/с. При том, что весь объем двигателя и его воздуховодов, как правило, не превышает 10 литров. А на один оборот коленвала на тех же 5000 об/мин приходится лишь 12 мс. При резком сбросе газа, не востребованный воздух мгновенно найдет себе слабое звено, которое будет безжалостно разрушено. А таким слабаком, может оказаться крыльчатка компрессора, ось турбонагнетателя, любой из патрубков воздуховодов или резиновый шланчик, стенка интеркулера и даже сама дроссельная заслонка. Если вы привыкли полагаться на случай, то можете дождаться, пока система сама не определит слабое звено. Возможно, потом поменяете. Но я бы не стал так делать! Лучше заранее подготовить “калитку” для невостребованного воздуха. При наличии этого клапана в системе вы можете, не задумываясь сбрасывать газ, переходя к агрессивному торможению или для осуществления переключения, blowoff стравит вон не нужный двигателю и опасный для турбонагнетателя сжатый воздух, известив вас об этом своим чарующим звуком.
И вот можно подвести итог. В системах турбонаддува без blowoff клапана и его собрата по призванию байпаса, каждый сброс газа как очередная капля никотина, убивающая по одной лошади. Ха! Обладателю миллиона лошадей под капотом, естественно травящий вон клапан ни к чему. Шутка.

Байпас vs. Blowoff
Безусловно, обезопасить турбонагнетатель от избыточного давления можно и, не выбрасывая излишек в атмосферу. Можно оставить его в пределах впускной системы, направив стравленный воздух вновь на вход в компрессор турбонагнетателя. Такая система называется рециркулирующей или байпасный. Многие тюнеры, у которых – “в хозяйстве всё пригодиться” остаются сторонниками этой системы, закрывая глаза на то, что каждое сжатие сопровождается увеличением температуры как самих частей впуска, так и подаваемого в двигатель воздуха. Да и закрытый объем не способен помещать в себе все увеличивающееся количество воздуха. Байпасная система работает, как своеобразный амортизатор, смягчая удар по оси турбонагнетателя. Если blowoff ставят для того, чтобы избавить турбонагнетатель от стрессовых нагрузок, то байпас способен лишь слегка смягчить его, но не избежать. Несмотря на это производители автомобилей используют именно байпасную систему. Во-первых, это обусловлено стремлением снизить излишние, и порой не понятные, для многих владельцев звуки в моторном отсеке. К сожалению, или к счастью, не каждый покупатель спорткара искушенный гонщик или турбоманьяк. Во-вторых, подобная система дешевле в обслуживании. В третьих, именно эта система не позволяет стравливать посчитанный расходомером воздух. Многие штатные байпас системы помимо этого работают, как своеобразный ограничитель наддува. Так, например, на автомобилях mitsubishi GTO в поршне байпасного клапана сделано отверстие, которое стравливает часть воздуха, даже когда в этом нет необходимости. Что вобщем-то позволяет назвать подобную байпасную систему щадящей полумерой.
Владельцам турбо-автомобилей без штатных байпасных клапанов и не установленных blowoff можно лишь посочувствовать. Для них каждый сброс газа может стать причиной вынужденной остановки. Двигатель, оснащенный турбо нуждается в стравливающем клапане, как генерал в армии.
Спорить о преимуществах и недостатках blowoff и байпас систем можно очень долго, иногда до хрипоты. Поэтому многие производители стреляться удовлетворить аргументы и тех и других, выпуская клапаны способные работать как в качестве blowoff, так и байпасом. Одной из таких компаний, производящих универсальные клапаны является GReddy их type R, type S даже type RS могут травить как вон в атмосферу, так и в закрома воздуховодов.
Преимущества стравливающих клапанов очевидны. Что же делает их использование таким сложным для многих тюнеров?! И как всегда всё до безобразия просто. Банальное не знание функционирования штатной системы управления способно на корню загубить любое улучшение.

MAF-у вопреки.
Камнем преткновения использования blowoff стал их неудачный симбиоз с массовыми датчиками воздуха. Этот расходомер широко известен под названием MAF и реже, как Hot Wire. Расходомерами подобного типа оснащаются почти все модели subaru и nissan. Использование blowoff на автомобилях с подобных расходомером может доставить не мало хлопот его владельцу.
Чтобы избавиться от “детской болезни” датчика массового расхода воздуха, необходимо знать её источник, а это сам принцип замера это датчика. Считывание сигнала происходит с помощи проволоки, которая нагревается до постоянной температуры. За это датчик и получил свое название – HotWire (англ. горячая нить, или проволока). Находясь во впускном тракте, по ходу движения воздуха проволока охлаждается. Чем сильнее охлаждается проволока, тем больше воздуха по массе проходит через датчик. В корпусе датчика находится контроллер, который производит постоянный нагрев считывающего элемента. Чем выше ток необходимый для разогрева, тем выше сигнал. Но MAF-сенсор рассчитан на то, что воздух будет двигаться лишь в одном направлении с атмосферы в двигатель. На корпусах многих MAF-сенсоров даже есть обозначение направления, как правило, это стрелка, с надписью flow. Когда воздух идет в противоположном направлении считывание происходит аналогичным образом. В этом и кроется “великая тайна”, под названием: сбой “мафа”. При резком сбросе газа, не важно атмосферный автомобиль или оснащенный турбо-наддувом, воздушный поток меняет свое направление и вылетает наружу, через воздушный фильтр. Источником подобного возмущения в этом случае, является сама дроссельная заслонка. Обратная волна со скоростью звука направится к атмосфере, повторно проходя через считывающий элемент датчик, так и не попав в двигатель. При срабатывании blowoff клапана, на турбо-автомобилях происходит несколько другой процесс, в момент открытия клапана blowoff совместно происходит сквозная вентиляция и частичный выброс. Это также увеличивает сигнал “мафа”, но куда сильнее и продолжительнее, нежели в атмосферных моделях. Вся фишка в том, что MAF “видит” увеличение количества, проходящего сквозь него воздуха. Проблема в том, что всё это не дойдет до цилиндров двигателя. Гуляющего взад-вперед воздуха может быть так много, что это исчерпает весь диапазон “мафа”, произойдет “затык”. Ни один компьютер в мире, управляющий двигателем, грубо говоря “не знает”, что делать, когда диапазон расходомера исчерпан. Поэтому во время переключения может произойти сбой, который серьезно уменьшит скоростные показатели автомобиля. При срабатывании blowoff, двигатель может заглохнуть это факт. Почему?! Всё просто! Наверняка многие знают, что при сбросе газа подача топлива прекращается. Это полезная отсечка по топливу делает торможение двигателем эффективным и немного экономит топливо. Поэтому при сбросе газа на высоких оборотах действия blowoff клапана не может заглушить двигатель. Но стоит знать, что отключение подачи топлива при сбросе газа может длиться лишь до определенного времени. По мере падения оборотов двигателя ближе к холостому ходу система управления вновь начинает подачу топлива. Это период стабилизации низких оборотов. Подобная процедура необходима для того, чтобы в случае продолжительного торможения, не позволить оборотам двигателя упасть ниже отметки холостого хода. Вот здесь-то и возможен коллапс системы управления. Как только штатный компьютер приступит к подаче импульсов на форсунки, он будет использовать показания MAF-сенсора, чтобы отмерить необходимое количество топлива. Обороты двигателя весьма небольшие, дроссель почти закрыт и система управления по заведомо завышенному сигналу расходомера буквально заливает двигатель. Столь богатая смесь просто не способна воспламениться. В этот момент лишь положение звезд способно избавить двигатель от остановки. Единственный способ избежать, заведомо ложных показаний MAF-сенсора это ограничить сигнал в период торможения двигателем. Именно это и делают многие суб-компьютеры, такие как Apexi S-AFC и GReddy e-manage Ultimate. Они просто-напросто не позволяют двигателю “увидеть” высокий уровень сигнала, выполняя роль фильтра. Безусловно, что суб-компьютеры других производителей также могут выполнять роль ограничителя сигнала. Пытаться перечислить их всех не самая лучшая затея. Вы хотите пшикать blowoff-ом на каждом повороте? А ваш автомобиль оснащен датчиком массового расхода воздуха. Тогда, чтобы всё было красиво, к красочно, упакованному клапану вам потребуется не менее нарядная коробочка с электронной системой ограничения его сигнала. Пожалуй, единственным исключением можно назвать автомобиль Silvia, который традиционно для компании Nissan, оснащается датчиком массового расхода воздуха. Корпус расходомера этого автомобиля имеет уникальную конструкцию. Считывающий элемент расположен в отдельном от основного воздуховоде. Вход в отделение с сенсором обращен в сторону воздушного фильтра, а выход организован в виде щели, в основной трубе. При разгоне часть воздушного потока проходит через очень небольшое отверстие и замеряется датчиком. Движение же воздуха в обратном направлении сильно затруднено. Поэтому “обратный выброс” воздуха на Silvia в буквально смысле не замечается системой управления, а использование blowoff с мощной пружиной позволяет завершать сквозную вентиляцию до достижения оборотов стабилизации топливоподачи. Но подобная конструкция датчика массового расхода воздуха весьма ущербна для больших потоков воздуха или определенных высот в тюнинге, но позволяет пшикать blowoffом и тут, и там без дополнительных трат на электронику.
Другой важной особенностью клапанов является их конструкция. Принципиальной разницы между ними нет, но можно различать два вида клапанов: поршневые и тарельчатые, которые также иногда называют мембранными. У первых поршневой клапан двигается внутри цилиндра, в стенке которого есть отверстие. Когда поршень достигнет этого отверстия начнется сброс воздуха. Интенсивность сброса будет повышаться по мере того, как поршень будет продолжать открывать это отверстие. Клапана такого типа отличаются наиболее сочным звуком (Blitz super sound DD, Sard R2D2) интенсивность которого будет увеличиваться, в зависимости от уровня наддува. Но при этом клапана этого типа имеют явный недостаток, их поршень больше подвержен износу при попадании на его поверхность посторонних частиц и влаги. Поршневые клапаны, особенно изношенные, не любят долгого простоя. В российских условиях это может привести к тому, что поршень закиснет внутри цилиндра, где должен свободно двигаться. Износ также может стать причиной потери герметичности. Например, в
клапанах фирмы Prof используется поршень, выполненный из латуни, который относительно быстро изнашивается при эксплуатации на пыльных русских направлениях. Поршневые клапана требуют повышенного внимания со стороны владельца. Поршневую конструкцию используют: Tial 50 mm; Blitz Super Sound DD, Sard r2d2 и другие.
Тарельчатые клапана более надежны, их механизм аналогичен газораспределительному. Клапана этого типа отличает очень быстрое срабатывание, особенно при использование двухкамерных клапанов, такие как GReddy type R и S, а также Apexi Twin Chamber. Сочный и громкий звук были принесены в жертву более высокой скорости срабатывания и надежности. И вряд ли это можно было бы назвать недостатком. Не стоит забывать, что звучная работа это не основное предназначения blowoff. Несмотря на это среди тарельчатых клапанов найдется экземпляр и для любителей звука, это HKS SSQV запирание которого производится двумя клапанами разных раз

Байпасный клапан — что это такое?

Автомобильный мир полон множества инноваций, которые могут тем или иным способом усовершенствовать транспортное средство. Так, в современности особой популярности получил тюнинг автомобиля, в результате которого автомобилисты ставят такие детали, которые могут изменить общее состояние автомобиля, его технические характеристики. Байпасный клапан являет собою устройство, устанавливаемое на патрубок, который находится между входом в впускной коллектор и выходом из турбины двигателя. Основная задача данного устройства заключается в избавлении от большого давления выхлопных газов. Так, данный конструктивный компонент позволяет частично избавиться от турбоямы.

Для разоблачения понятия байпасного клапана нужно определить принцип работы устройства турбонаддува. Если после того, как автомобиль сильно ускорился, моментально сбросить скорость, то двигатель внутреннего сгорания будет в состоянии торможения. Непосредственно в цилиндры подача топлива прекратится, вследствие чего значительно снизятся и обороты.

Для большей безопасности турбины и двигателя своего транспортного средства от избыточного давления производителями было «выведено» устройство байпасного клапана. Так, данные устройства получили свое распространение из-за того, что производители определили, что большое количество излишнего воздуха необязательно выбрасывать в атмосферу, а ему можно найти другое применение. Множество специалистов утверждают, что такого рода давление лучше направлять назад на впуск непосредственно в турбокомпрессор, нежели выпрыскивать его наружу. Именно для этого и используется байпасный клапан.

В просторечии байпасный клапан – рециркулирующая система, которая является достаточно дешевой в своем обслуживании, а вот коэффициент полезного действия имеет максимальный. С развитием автомобильной мысли такое устройство скорыми темпами получает популярность среди широких масс.

Байпасный клапан играет роль защитника турбины от потенциального помпажа, который зачастую приведет к нестабильной работе двигателя, а в будущем, потери его мощности или вообще тотальной поломки. Данная деталь способна устранять лишний шум из моторного отсека, который очень часто тревожит новичков-автомобилистов.

Состояние работоспособности данного устройства является очень важным для нормализированной работы турбины двигателя. Если же случилось так, что байпасный клапан, а точнее – его резиновая диафрагма утратит свою герметичность, то это приведет к задержкам при непосредственных ускорениях. Чем герметичность данной диафрагмы меньше, тем хуже она влияет на автомобиль. Для того чтобы произвести проверку данной детали нужно создать разрежение посредством управляющего шланга клапана. Если же такую процедуру не получится провести, то нужно будет сделать замену байпаса. Кроме того нужно обязательно проверить и герметичность самого шланга.

Байпасный клапан относится к ряду мест, о существовании которых даже опытные автомобилисты не догадываются. Следовательно, если возникают определенные неисправности с данным устройством, то автомобилист не всегда сможет определить ту или иную проблему, так как не будет знать где и что искать и, возможно, запутается или, что еще хуже, начнет ремонт рабочей детали.

1. Байпас для обеспечения эффективной терморегуляции.

Байпасным называют такой клапан, который служит непосредственно для выравнивания уровня давления пара, газа или жидкости, которые находятся в разнородных сетях. Помимо этого байпасный клапан способен играть роль предохранителя, который необходим для сброса давления, которое превышает допускаемый максимум. Практически все бытовые и промышленные отопительные системы, насосные установки, а также магистральные трубопроводы имеют в своем арсенале устройства такого рода.

В таком вышеописанном случае будет логичным вопрос о том, а как же данное устройство может быть применено в автомобиле. Все является достаточно просто, так как место данного устройства – термостат. Каждый автомобилист знает, что главная терморегуляторная система охлаждения базируется на термостате. Данный небольшой элемент имеет форму цилиндра и очень четко реагирует на все изменения температуры антифриза, распределяя все его потоки для эффективного охлаждения. Все промышленные предприятия изготавливают неразборные термостаты. Из-за этого множество автолюбителей даже не пытаются вникнуть в суть данного устройства, так как в случае неисправности данного агрегата, производится его тотальная замена на новый.

Достаточно простым является принцип работы клапана предохранителя в устройстве термостата. При непосредственном запуске не разогретого двигателя антифриз начинает циркуляцию не касаясь радиатора охлаждения. Это происходит до момента нагревания двигателя до рабочей температуры. Закрытый главный клапан, который располагается в верхней части термостата будет препятствовать протеканию охлаждающей жидкости в радиатор. Именно в этот момент будет открыт клапан байпасный.

Клапан основной будет открываться в тот момент, когда температура жидкости будет преодолевать определенный установленный рубеж, а байпасный клапан будет постепенно закрывать торец нижнего патрубка. Так будет происходить частичная циркуляция охлаждающей жидкости непосредственно через устройство радиатора. Если же температура будет превышать определенный максимальный порог, то байпасный клапан закроется, а клапан основной полностью откроет способность жидкости направится в радиатор для охлаждения.

2. Байпасный клапан — нехитрое устройство.

Как бы странно не звучало, но перепускной клапан является маленькой тонкой металлической круглой пластиной, которая имеет диаметр в 20-30 мм. Сама пластина прижата пружиной к штоку расширительного стакана. Диаметр клапана зачастую подбирают с расчетом на то, что он будет полностью закрывать нижний просвет патрубка. Устройство данного элемента и принцип работы является одинаковым для всех видов термостата, которые имеют как твердые, так и жидкие терморасширительные элементы.

Специалисты, а также множество производителей указывают на то, что байпасный клапан имеет достаточно значительный недостаток, который заключается в резиновой диафрагме. Данная деталь размещается непосредственно на пластине и может разрушаться, теряя свою упругость и герметичность. Происходит это непосредственно из-за разного рода негативных воздействий на саму диафрагму нагрузок: температурных, ударных, давления наддува.

3. Сколько в авто перепускных клапанов?

Автомобилисты и заинтересованные люди должны знать о том, что некоторые модели двигателей внутреннего сгорания могут содержать еще один клапан предохранительный. В данном случае речь идет о автомобилях, двигатели которых турбинированные, способны нагнетать воздух в камеры сгорания. Именно в этом месте байпасный клапан будет выполнять самую естественную для него функцию – оберегать систему газораспределения от чрезмерного избытка давления.

Для того чтобы получить максимальные показатели мощности двигателя, некоторые моторы обеспечиваются турбинами для нагнетания воздуха. В тот момент, когда двигатель внутреннего сгорания работает в условиях нагрузки, а водитель очень резко перестает давление на педаль «газа», в самой системе будет образовываться избыточное давление воздуха. Так, такого рода сигнал будет свидетельствовать о применение перепускного клапана, который будет выравнивать находящееся давление воздуха до определенных нужных кондиций.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Устройство и принцип работы турбины машины!

Принцип работы турбонаддува позволяет значительно увеличивать мощностью автомобильных двигателей. Для лучшего понимания работы системы подробно рассмотрим устройство турбины и клапана избыточного давления (вестгейт, от англ. Wastegate). В зависимости от принципа работы клапан называют: байпас (Bypass) либо блоу-офф (Blow-off).

УСТРОЙСТВО «УЛИТКИ»

Устройство турбокомпрессора газового вида.

1. Корпус подшипников в сборе (картридж турбины).
2. Турбинное колесо горячей части.
3. Клапан Bypass.
4. Корпус турбины (горячая часть нагнетателя).
5. Каналы для подвода масла к подшипникам скольжения вала ротора.
6. Вал ротора.
7. Уплотнительные шайбы.
8. Компрессорное колесо.
9. Корпус компрессора (холодная часть нагнетателя).
10. Привод срабатывания клапана Bypass.

Именно турбокомпрессоры такого типа чаще всего устанавливаются на дизельные и бензиновые двигатели. Устройство простейшей газовой турбины отличается отсутствием клапана Bypass. Некоторые турбонагнетатели газового типа имеют каналы для циркуляции антифриза, что избавляет систему от необходимости установки турботаймера для предотвращения пригорания масла вследствие высоких температур.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

Цельнолитой корпус турбины, ввиду больших термических нагрузок, изготавливается из чугуна либо жаропрочного сплава чугуна и никеля. Также из чугуна изготавливается центральная часть корпуса. Корпус компрессора цельнолитой, но изготавливается из алюминия. Важнейшим элементом турбины является ротор, который состоит из вала и приваренного к нему турбинного колеса. Компрессорное колесо имеет свободную либо переходную посадку, привинчивается к валу ротора гайкой.

Раскручиваясь потоком выхлопных газов, вал ротора вместе с турбинным и компрессорным колесами вращается на очень большой скорости. Для нормальной работы вала в конструкции предусмотрены:

• опорные подшипники, в качестве которых чаще всего выступают подшипники скольжения. Конструкции с обычными шариковыми подшипниками позволяют уменьшить потери на трение, но обладают меньшим ресурсом, поэтому устанавливаются преимущественно на авто для автоспортивных гонок. Главное предназначение опорных подшипников – создание точек опоры для вращения в центральной части корпуса. Обратите внимание, что на одном из видео показана конструкция турбонагнетателя, в которой раздельные опорные подшипники установлены на роторном валу. На втором видео описание устройства происходит на модели, у которой опорный подшипник выполнен в виде втулки, фиксируемой болтом;
• упорные подшипники, которые предназначены для предотвращения осевого люфта вала турбины.

Опорные и упорные подшипники работают на масляном клине. Попадание моторного масла нежелательно как в горячую, так и в холодную часть турбонагнетателя. Для предотвращения этого на валу ротора устанавливаются уплотнительные кольца. Смазка к ним не подается напрямую, как в случае с опорными и радиальными подшипниками. Предотвращение ускоренного износа трущихся поверхностей достигается работой на масляном тумане (мелкодисперсные частицы моторного масла, разбрызгивающиеся в процессе вращения вала ротора).

ЗНАЧЕНИЕ И РАБОТА СИСТЕМЫ СМАЗКИ

Турбированные дизельные и бензиновые двигатели требуют более качественного масла в сравнении с атмосферными ДВС.

Объясняется это в первую очередь необходимостью качественной смазки подшипников вала ротора турбины. Масло к подшипникам подается под высоким давлением через специальные каналы в картридже, соответственно в корпусе имеется специальный штуцер, через который масло поступает из общей системы смазки двигателя.

Открытие эффекта масляного клина в свое время дало огромный толчок практическому применению гидродинамических принципов смазки. Суть эффекта в том, чтобы в процессе работы между трущимися поверхностями создать масляную пленку, практически полностью исключающую трение между движущимися поверхностями. Важно, чтобы между трущимися поверхностями устанавливалось давление, удерживающее детали при вращении на относительном удалении друг от друга.

Достигается это двумя путями:

• большим давлением в системе смазки;
• точной подгонкой трущихся пар. Это значит, что между валом и подшипниками скольжения должен быть ровно такой зазор, который бы позволил создать надежный масляный клин. Именно поэтому для ресурса работы турбины жизненно необходим незначительный осевой и радиальный люфт вала ротора.

Основная причина поломки

Одной из причин повышенного расхода масла является неисправность турбины, в случае которой масло просачивается через уплотнения в компрессорную либо турбинную часть корпуса (в таких случаях обычно говорят, что турбина кидает масло). Причина этой неисправности в чрезмерном осевом и радиальном люфте, из-за которого уплотнительные кольца больше не могут справиться со своей задачей.

АКТУАТОР ТУРБИНЫ

Клапан избыточного давления в системе турбонаддува предназначен для сбрасывания избыточного давление на впуске, а также для уменьшения сопротивления выходу выхлопных газов на высоких оборотах. Производительность турбины определяется в основном углом атаки лопастей турбинного колеса, а также проходным сечением канала горячей части и размером колеса турбины. Чем меньшее проходное сечение канала подвода выхлопных газов, тем раньше в «улитке» горячей части будет достигнуто нужное для раскручивания турбины давление.

Соответственно, на низких оборотах больший прирост мощности даст маленькая турбина, тогда как на высоких оборотах небольшое проходное сечение горячей части приведет к значительному противодействию выхлопным газам. Также у каждой турбины имеется граничное давление, превышение которого ведет к «срыву» воздушного потока с лопастей и потере производительности. О том, как актуатор турбины позволяет избежать помпажа во впускной системе в момент резкого закрытия дроссельной заслонки, увеличить степень компромисса между производительностью на высоких и низких оборотах, рекомендуем прочитать в статье «Турбонаддув в теории и на практике». Наша цель – рассмотреть устройство клапанов избыточного давления разных видов.

Применяется конструкция двух видов:

• замкнутого цикла. Через специальный канал избыточное давление подается в горячую часть турбины, что уменьшает инерционные потери на раскручивание турбинного колеса при последующем разгоне. Система состоит из клапана, воздушных магистралей и регулятора актуатора турбины, который передвигает шток клапана. Регулятор имеет вакуумную систему управления и совмещен с впускным коллектором через диафрагму. При создании определенного давления на впуске диафрагма выгибается, преодолевая усилие возвратной пружины, и открывает через систему тяг байпасный клапан;
• открытого цикла. Принципиальная разница в том, что при открытии клапана поток воздуха идет в обиход турбинного колеса и направляется непосредственно в выпускную трубу.

BLOW-OFF

Разновидностью системы открытого цикла является система блоу-офф. В работе используется все тот же принцип – специальный клапан сбрасывает избыточное давление с впускной системы. Разница лишь в том, что сброс происходит непосредственно в атмосферу, а сам выход газов на больших оборотах сопровождается характерным звуком.

Перепускной клапан на ST/RS (с. 13)

Квинт всё верно написал. Попробую объяснить ещё подробнее, чтобы не возникало вопросов и лжетехнических обоснований.

Вестгейт. Перепускной клапан «турбины», т.к. горячей части улитки турбокомпрессора, через которую проходят выхлопные газы. Служит для регулирования оборотов вала турбокомпрессора, т.е. скорости вращения крыльчаток. Осуществляется это за счёт регулировки колличества выхлопных газов, подаваемых на крыльчатку турбины — избыточное колличество их пускается в обход крыльчатки напрямую в выпуск после турбины путём приоткрытия перепускного канала с клапаном. Там стоит именно клапан, только выглядит он не так, как клапан в ГБЦ. На серийных турбокомпрессорах вестгейт обычно встроен в корпус турбины и открывается тягой от актюатора (бачёнок с мембраной внутри, обычно закреплён на компрессорной части ТКР). На внешних весгейтах клапан имеет более привычную форму и актюатор непосредственно связан с сами клапаном, без рычагов и тяг, но это не наш случай. Сам актюатор, точнее герметичная камера с мембранной внутри него, сообщается с выходом компрессорной части ТКР, т.е. давление после компрессора сообщается в актюатор. Как только давление превышает силу преднатяга мембраны и пружины под ней, если она там есть, мембрана прогибается и через тягу приоткрывает клапан вестгейта, стравливая излишек выхлопных газов. Само собой, актюатор настраивается на открытие при определённом давлении. Обычно на серийных моторах это давление довольно низкое, даже ниже чем реально развивает ТКР на этом моторе. Это сделано для лёгкости и простоты открытия вестгейта. Как заставить его не открываться до более высокого давления — очень легко. Между компрессорной частью и актюатором вестгейта ставится клапан, как правило электромагнитный. Этот клапан либо стравливает часть воздуха с магистрали на впускт турбины, либо просто держится закрытыи до определённого значения давления на впуске, либо плавно открывается/закрывается, изменяя свою пропускную способность — суть в том, что он препятствует росту давления в актюаторе вестгейта до тех пор, пока тому не нужно будет начинать работать по усмотреню мозгов, которые этим клапаном рулят. Такая схема используется на подавляющем большинстве инжекторных турбомоторов. Где-то аклапа рулится мозгами, где-то напрямую от датчига давления наддува. Реже — без электромагнитного клапана, только актюатором вестгейта. На СТхе втроенный вестгейт с актюатором и электромагнитным клапаном, которым рулят мозги (именно поэтом можно поднять давление наддува прошивкой). Никакого отношения к байпасам и блоуоффам не имеет.

Байпас. Перепускной клапан компрессорной части турбокомпрессора (т.е. холодной улитки). Служит для сброса избыточного давления во впускной системе после турбокомпрессора при закрытии дроссельной заслонки, тем самым уберегая ТКР от нагрузок (резкие и мощные скачки давления могут вывести из строя подшипники ТКР и крыльчатку компрессора), дроссельную заслонка от деформации, впускную систему от разрушения, а двигатель от избыточного колличества воздуха, которое при сбросе газа ТКР один фиг по инерции продавит в мотор даже через закрытый дроссель (тупо через канал холостого хода). У байпасса тоже есть камера с мембраной, но он приводится в действие на повышенным давлением, а разряжением, которое сразу же создаётся после дросселя при его закрытии. Воздух стравливается на вход компрессора и ТКР начинает гонять этот воздух по кругу, пока закрыт дроссель и турбина не сбросила обороты до минимума. Блоу-офф выполняет ту же задачу, но воздух стравливает не на вход компрессорной части, а просто в атмосферу.
На серийных моторас ставят байпасный клапан по простой причине — большинство серийных моторов работают с ДМРВ. Как работает система впрыска с ДМРВ? ДМРВ передаёт на мозг данные о текущем расходе воздуха, мозг рассчитывает необходимое колличество топлива исходя из заданного AFR и дополнительных условий (температура воздуха, уровень нагрузки двигателя и т.п.) и обеспечивает впрыск нужного колличества топлива. Если стоит байпасс, что у нас происходи при закрытии дросселя: в первый момент происходит небольшой перели, т.к. мозг уже посчитал топливо на определённое колличество воздуха, а воздух до мотора не дошёл, но потом происходит следущее — всё, что осталось между ТКР и байпасом, начинает гоняться по кругу, т. е. турбина вроде качает воздуха много, но в мотор попадает только мизер (через закрытую дроссельную заслонку) и этой массы и эта масса подпитывается таким же мизером свежего воздуха, только что прошедшего через ДМРВ. ДМРВ этот мизер считает, передаёт в мозг и мозг такой же мизер топлива заливает. Всё хорошо, топлива сколько надо, перелива нет. Теперь ставим блоу-офф. При закрытии дросселя открывается стравливающий клапан и весь воздух, который может прокачать турбина по инерции, стравливается в атмосферу. Поскольку турбина в момент не может сбросить обороты, этот процесс может занять секунду и даже больше. Всё это время компрессор будет качать приличное колличество воздуха, всасывая его через ДМРВ. ДМРВ всё это посчитает и передаёт на мог, а тот соответственно заливает порядком бензина по таким данным. Но на самом то деле от всего замеренного воздуха в мотор попадает лиш малая часть, а вот топлива по самые уши наливает. ДМРВ работает постоянно, пока работает мотор, потому что мотор всегда потребляет воздух, даже при закрытом дросселе, иначе он бы просто глох, и ДМРВ всегда измеряет этот воздух, даже для работы на ХХ, когда этого воздуха совсем мало потребляется, просто чтобы знать сколько лить бензина. Ивсегда будет перелив топлива на ДМРВ с блоу-оффом. Почему не выдаёт ошибку — возможно программа управления двигателем предусматривает игнорирование смеси по сигналу лямбды в момент закрытия дросселя (т.к. небольше переобогащение возможно кратковременно и на байпасе), либо по условному алгоритму корректирует смесь, но такое в стоковой прошивке под байпас если и реализовано, то недостаточно эффективно. Скорее всего первое. По крайней мере появившиеся и усилившиеся прострелы в выпуске говорят именно о переливах, значит скрее всего мозг их просто игнорит. Более того, если блоу-офф ставится при работающем штатном байпасе, происходит разделение работы. Часть блоу-офф стравливает, а часть байпас гоняет по кругу. Колличество проходящего через ДМРВ воздуха будет больше, чем при одной байпасе, но меньше, чем при одном блоу-оффе. Соответственно ошибочные данные с ДМРВ будут меньше и перелив тоже меньше будет. Если в родной байпас поставить усиленную пружину (фактически исключив его срабатывание при работающем блоу-оффе) или вообще его заблогировать, то блоу-офф будет срабатывать резче, заметн громче, но и переливы станут по полной программе. Вот так вот.

Коэффициент байпаса — Bypass ratio

Схема ТРДД. Двигатель с высоким байпасом (вверху) оснащен большим вентилятором, который направляет много воздуха вокруг турбины; двигатель с низким байпасом (средний) имеет меньший вентилятор, направляющий больше воздуха в турбину; турбореактивный двигатель (внизу) имеет нулевой байпас, и весь воздух проходит через турбину.

Коэффициент байпасирования ( BPR ) турбовентиляторного двигателя — это отношение между массовым расходом байпасного потока и массовым расходом, поступающим в активную зону. Например, коэффициент обхода 10: 1 означает, что через обходной канал проходит 10 кг воздуха на каждый 1 кг воздуха, проходящего через сердечник.

Турбореактивные двухконтурные двигатели обычно описываются в терминах BPR, которые вместе с степенью давления двигателя , температурой на входе в турбину и степенью давления вентилятора являются важными проектными параметрами. Кроме того, BPR рекомендован для турбовинтовых и необязательных вентиляторов, поскольку их высокая тяговая эффективность дает им общие характеристики КПД турбовентиляторных двигателей с очень большим байпасным потоком. Это позволяет отображать их вместе с ТРДД на графиках, которые показывают тенденции снижения удельного расхода топлива (SFC) с увеличением BPR. BPR также рекомендуется для подъемных вентиляторов, в которых воздушный поток вентилятора удален от двигателя и физически не касается сердечника двигателя.

Байпас обеспечивает более низкий расход топлива при той же тяге, измеряемой как удельный расход топлива тяги (граммы топлива в секунду на единицу тяги в кН в единицах СИ ). Более низкий расход топлива, который достигается за счет высоких коэффициентов двухконтурности, относится к турбовинтовым двигателям , использующим гребной винт, а не канальный вентилятор. Конструкции с высоким байпасом являются доминирующим типом для коммерческих пассажирских самолетов, а также для гражданских и военных реактивных транспортных средств.

На бизнес-джетах используются двигатели среднего класса BPR.

Боевые самолеты используют двигатели с низким коэффициентом двухконтурности, чтобы найти компромисс между экономией топлива и требованиями боя: высокое соотношение мощности к массе , сверхзвуковые характеристики и возможность использования форсажных камер .

Принципы

Если вся энергия газа от газовой турбины преобразуется в кинетическую энергию в двигательном сопле, самолет лучше всего подходит для высоких сверхзвуковых скоростей. Если все это передается отдельной большой массе воздуха с низкой кинетической энергией, самолет лучше всего подходит для нулевой скорости (зависания). Для промежуточных скоростей мощность газа распределяется между отдельным потоком воздуха и собственным потоком сопла газовой турбины в пропорции, обеспечивающей требуемые летно-технические характеристики. Первые реактивные самолеты были дозвуковыми, и неудовлетворительная пригодность сопла для этих скоростей из-за высокого расхода топлива была понята, и байпас был предложен еще в 1936 году (патент Великобритании 471 368). Основной принцип байпаса — это обмен скорости выхлопа на дополнительный массовый расход, который по-прежнему дает требуемую тягу, но требует меньше топлива. Фрэнк Уиттл назвал это «замедлением потока». Мощность передается от газогенератора к дополнительной массе воздуха, т. Е. К движущейся струе большего диаметра, движущейся медленнее. Байпас распределяет доступную механическую мощность по большему количеству воздуха, чтобы снизить скорость струи. Компромисс между массовым расходом и скоростью также можно увидеть в винтах и ​​винтах вертолетов, сравнивая нагрузку на диск и нагрузку по мощности. Например, такой же вес вертолета может поддерживаться двигателем большой мощности и ротором малого диаметра или, при меньшем количестве топлива, двигателем меньшей мощности и ротором большего размера с меньшей скоростью, проходящей через ротор.

Байпас обычно относится к передаче энергии газа от газовой турбины в байпасный поток воздуха для снижения расхода топлива и шума реактивной струи. В качестве альтернативы может потребоваться двигатель с дожиганием, где единственное требование к байпасу — подача охлаждающего воздуха. Это устанавливает нижний предел для BPR, и эти двигатели были названы турбореактивными двигателями с утечкой или непрерывной продувкой (General Electric YJ-101 BPR 0,25) и турбореактивными двигателями с низким BPR (Pratt & Whitney PW1120). Низкий BPR (0,2) также использовался для обеспечения запаса по помпажу, а также для охлаждения на дожигателе для Pratt & Whitney J58 .

Описание

Сравнение пропульсивной эффективности для различных конфигураций газотурбинных двигателей.

В турбореактивном двигателе с нулевым байпасом выхлопные газы с высокой температурой и высоким давлением ускоряются за счет расширения через движущееся сопло и создают всю тягу. Компрессор поглощает всю механическую мощность, производимую турбиной. В байпасной конструкции дополнительные турбины приводят в действие вытяжной вентилятор, который ускоряет воздух назад от передней части двигателя. В конструкции с высокой степенью байпаса вентилятор и сопло создают большую часть тяги. Турбовентиляторные двигатели в принципе тесно связаны с турбовинтовыми двигателями, поскольку оба передают часть энергии газа газовой турбины, используя дополнительное оборудование, в байпасный поток, оставляя меньше для преобразования горячего сопла в кинетическую энергию. Турбовентиляторные двигатели представляют собой промежуточную ступень между турбореактивными двигателями , которые получают всю свою тягу от выхлопных газов, и турбовинтовыми двигателями, которые получают минимальную тягу от выхлопных газов (обычно 10% или меньше). Снятие мощности на валу и передача ее в байпасный поток приводит к дополнительным потерям, которые более чем компенсируются улучшенной пропульсивной эффективностью. Турбовинтовой двигатель на максимальной скорости полета дает значительную экономию топлива по сравнению с турбореактивным двигателем, даже несмотря на то, что к движущему соплу турбореактивного двигателя с малыми потерями были добавлены дополнительная турбина, коробка передач и пропеллер. Турбореактивный двухконтурный двигатель имеет дополнительные потери от дополнительных турбин, вентилятора, байпасного канала и дополнительного рабочего сопла по сравнению с одним соплом турбореактивного двигателя.

Чтобы увидеть влияние только увеличения BPR на общую эффективность самолета, т. Е. SFC, необходимо использовать общий газогенератор, т. Е. Не изменять параметры цикла Брайтона или КПД компонентов. Беннетт показывает в этом случае относительно медленный рост потерь при передаче мощности на байпас при одновременном быстром падении потерь на выхлопе со значительным улучшением SFC. В действительности увеличение BPR с течением времени сопровождается повышением эффективности газогенератора, в некоторой степени маскирующим влияние BPR.

Только ограничения веса и материалов (например, прочности и температуры плавления материалов в турбине) снижают эффективность, с которой турбина турбовентиляторного газового двигателя преобразует эту тепловую энергию в механическую энергию, поскольку выхлопные газы все еще могут иметь доступную энергию. После извлечения каждый дополнительный статор и диск турбины извлекают все меньше механической энергии на единицу веса, а увеличение степени сжатия системы за счет добавления ступени компрессора для повышения общей эффективности системы увеличивает температуру на поверхности турбины. Тем не менее, двигатели с высоким байпасом обладают высокой пропульсивной эффективностью, потому что даже небольшое увеличение скорости очень большого объема и, следовательно, массы воздуха вызывает очень большое изменение количества движения и тяги: тяга — это массовый расход двигателя (количество воздуха, проходящего через двигатель), умноженный на разницу между скоростями впуска и выпуска в — линейная зависимость — но кинетическая энергия выхлопа — это массовый расход, умноженный на половину квадрата разницы скоростей. Низкая нагрузка на диск (тяга на площадь диска) увеличивает энергоэффективность самолета и снижает расход топлива.

Rolls-Royce Conway турбовентиляторных двигателей, разработанные в начале 1950 — х, был ранним примером обходного двигателя. Конфигурация была аналогична двухконтурному турбореактивному двигателю, но для превращения его в байпасный двигатель он был оснащен увеличенным компрессором низкого давления: поток через внутреннюю часть лопаток компрессора уходил в сердечник, а внешняя часть лопаток выдувалась. воздух вокруг сердечника, чтобы обеспечить остальную тягу. Коэффициент байпаса для Conway варьировался от 0,3 до 0,6 в зависимости от варианта.

Рост коэффициентов двухконтурности в 1960-х годах дал авиалайнерам топливную экономичность, которая могла конкурировать с самолетами с поршневыми двигателями. Сегодня (2015 г.) у большинства реактивных двигателей есть обходной путь. Современные двигатели более медленных самолетов, таких как авиалайнеры, имеют коэффициент двухконтурности до 12: 1; у высокоскоростных самолетов, таких как истребители , коэффициент обхода намного ниже, около 1,5; а летательные аппараты, рассчитанные на скорость до 2 Маха и несколько выше, имеют коэффициент обхода ниже 0,5.

Турбовинтовые двигатели имеют коэффициент двухконтурности 50-100, хотя воздушный поток движущей силы менее четко определен для гребных винтов, чем для вентиляторов, а воздушный поток гребного винта медленнее, чем воздушный поток из сопел турбовентиляторных двигателей.

Коэффициенты перепуска двигателя

Турбореактивные двухконтурные двигатели

Модель	Первый	BPR	Толкать	Основные приложения
P & WC PT6 / P & WC PW100 турбовинтовых		50-60		Супер Кинг Эйр / ATR 72
PW-Allison 578-DX		56		MD-81 обкатки
General Electric GE36		35 год		Боинг 727 , стенд МД-81
Кузнецов НК-93		16,6		Стенд Ил-76 ЛЛ
P&W PW1000G	2008 г.	9,0–12,5	67–160 кН	A320neo , A220 , E-Jets E2
RR Трент 1000	2006 г.	10,8–11	265,3–360,4 кН	B787
CFM LEAP	2013	9,0–11,0	100–146 кН	A320neo , B737Max
GE9X	2016 г.	10.0		777X
GE GE90	1992 г.	8,7–9,9	330–510 кН	B777
RR Трент XWB	2010 г.	9,3	330–430 кН	A350XWB
GE GEnx	2006 г.	8,0–9,3	296-339 кН	B747-8 , B787
EA GP7000	2004 г.	8,7	311–363 кН	A380
RR Trent 900	2004 г.	8,7	340–357 кН	A380
RR Trent 500	1999 г.	8,5	252 кН	А340 -500/600
Авиадвигатель ПД-14		8,5		Иркут МС-21
GE TF39	1964 г.	8.0		Локхид C-5 Галактика
CFM56	1974 г.	5,0–6,6	97,9-151 кН	A320 , A340 -200/300, B737 , KC-135 , DC-8
P&W PW4000	1984 г.	4,8–6,4	222–436 кН	A300 / A310 , A330 , B747 , B767 , B777 , MD-11
GE CF34	1982 г.	5,3–6,3	41–82,3 кН	Challenger 600 , CRJ , E-jets
Silvercrest	2012 г.	5.9	50,9 кН	Cit. Полушарие , Falcon 5X
RR Trent 800	1993 г.	5,7–5,79	411–425 кН	B777
P&W PW2000	1981 г.	5.9		757 , С-17
Прогресс Д-18Т	1982 г.	5,6	229,5 кН	Ан-124 , Ан-225
Паспорт GE	2013	5,6	78,9–84,2 кН	Глобальный 7000/8000
P&WC PW800	2012 г.	5.5	67,4–69,7 кН	Gulfstream G500 / G600
GE CF6	1971 г.	4.3–5.3	222–298 кН	A300 / A310 , A330 , B747 , B767 , MD-11 , DC-10
Д-36	1977 г.	5,6	63,75 кН	Як-42 , Ан-72 , Ан-74
RR AE 3007	1991 г.	5.0	33,7 кН	ERJ , Citation X
P&W JT9D	1966 г.	5.0		Боинг 747 , Боинг 767 , A310 , DC-10
«Прогресс Д-436»		4,91		Бе-200 , Ан-148
RR Trent 700	1990 г.	4.9	320 кН	A330
RR RB211 -22B	1969 г.	4.8		TriStar
IAE V2500	1987 г.	4,4–4,9	97,9-147 кН	А320 , МД-90
P&W PW6000	2000 г.	4,90	100,2 кН	Аэробус A318
RR BR700	1994 г.	4,2–4,5	68,9–102,3 кН	B717 , Global Express , Gulfstream V
P&WC PW300	1988 г.	3,8–4,5	23,4–35,6 кН	Cit. Sovereign , G200 , F. 7X , F. 2000
GE-H HF120	2009 г.	4,43	7,4 кН	HondaJet
HW HTF7000	1999 г.	4.4	28,9 кН	Challenger 300 , G280 , Legacy 500
ПС-90	1992 г.	4.4	157–171 кН	Ил-76 , Ил-96 , Ту-204
PowerJet SaM146	2008 г.	4–4,1	71,6–79,2 кН	Сухой Суперджет 100
Уильямс FJ44	1985 г.	3.3–4.1	6,7–15,6 кН	CitationJet , Cit. M2
P&WC PW500	1993 г.	3,90	13,3 кН	Цитирование Excel , Phenom 300
HW TFE731	1970 г.	2,66–3,9	15,6–22,2 кН	Learjet 70/75 , G150 , Falcon 900
RR Tay	1984 г.	3.1–3.2	61,6–68,5 кН	Gulfstream IV , Fokker 70 / 100
GE F101	1973	2.2		В-1
P&WC JT15D	1967	2,0–3,3		Hawker 400 , Цитата I , Цитата II , Цитата V
GE CF700	1964 г.	2.0		Falcon 20 , Sabreliner 75A ,
Pratt & Whitney Canada PW600	2001 г.	1,83–2,80	6,0 кН	Cit. Мустанг , Eclipse 500 , Phenom 100
P&W JT8D-200	1979 г.	1,74		МД-80 , 727 Супер 27
P&W JT3D	1958 г.	1,42		707-130B , 707-320B , DC-8-50 , DC-8-60
Кузнецов НК-321		1.4		Ту-160
Соловьев Д-20 П		1.0		Ту-124
P&W JT8D	1960 г.	0,96		DC-9 , 727 , 737 Оригинал
P&W TF30		0,87		F-14 , F-111
RR Turbomeca Adour	1968 г.	0,75-0,80		Т-45 , Ястреб , Ягуар
GE F118	1985 г.	0,68		У-2 , Б-2
GE F110	1984 г.	0,68-0,76		F-14 , F-16
Р. Р. Спей	1964 г.	0,63		Трайдент , 1-11 , Gulfstream II , Gulfstream III , Fokker F28
Кузнецов НК-144 А		0,60		Ту-144
Сатурн АЛ-31		0,59		Су-27 , Су-30 , J-10
P&W F135	2006 г.	0,57		F-35
Климов РД-33		0,49		МиГ-29 , Ил-102
Eurojet EJ200	1991 г.	0,40		Тайфун
P&W F100	1973	0,36		F-16 , F-15
GE F404	1978 г.	0,34		Ф / А-18 , Т-50 , Ф-117
P&W F119	1996 г.	0,30		F-22
Р. Р. Конвей	1961 г.	0,30		707-420 , DC-8-40 , VC-10 , Виктор
SNECMA M88	1990 г.	0,30		Рафаль
GE F414	1993 г.	0,25		F / A-18E / F
Турбореактивный	1939 г.	0,0		ранний реактивный самолет , Конкорд

Рекомендации

Система байпаса турбины — Система сброса пара турбины

Система байпаса турбины (TBS) или система сброса пара турбины обеспечивает эксплуатационную гибкость, так что установка может принимать определенные изменения нагрузки без нарушения системы пароснабжения атомной электростанции (NSSS).

Функция байпасной системы турбины заключается в отводе избыточной энергии из системы теплоносителя реактора путем отвода установленного процента номинального основного потока пара непосредственно в главные конденсаторы , т.е.е. на в обход турбины . Это тепло отводится в конденсатор через клапаны сброса пара. Мощность системы зависит от конкретной конструкции установки, но может составлять около 40-50% от номинальной выработки пара. Клапаны сброса пара автоматически открываются при внезапном снижении нагрузки турбогенератора или отключении турбины, что вызывает повышение давления в системе.

Фактически, байпасная система турбины обычно корректирует давление в системе блока преобразования энергии.Например, во время снижения нагрузки турбины (например, из-за отказа 1/3 конденсатных насосов) система автоматического управления реактором не может снизить тепловую мощность реактора так быстро, как должна уменьшаться мощность турбины. В этих условиях возникает дисбаланс мощности (NSSS / турбина-генератор), при котором мощность реактора превышает нагрузку вторичной системы (т.е. к теплоносителю реактора добавляется больше тепла, чем отводится вторичной обмоткой через парогенераторы). Этот дисбаланс мощности вызывает повышение давления внутри парогенераторов, что приводит к повышению температуры теплоносителя реактора.Поскольку внутренняя температура на входе ограничена, система байпаса турбины предназначена для установления баланса между первичным и вторичным контурами, который ограничивает это нежелательное повышение температуры.

TBS — это , а не система безопасности , поскольку она не требуется для безопасного отключения, поскольку предохранительные и предохранительные клапаны работают в аварийных условиях. Не требуется, чтобы байпасная система турбины работала как теплоотвод для предотвращения или смягчения постулируемых аварий.Отказ TBS во время снижения нагрузки или отключения турбины может привести к срабатыванию предохранительных клапанов и, возможно, предохранительных клапанов.

См. Также: NUREG-0800, Стандартный план рассмотрения отчетов по анализу безопасности атомных электростанций: LWR Edition

Система байпаса турбины также используется в режиме регулирования давления во время охлаждения, нагрева и запуска установки. Например, перед синхронизацией генератора с сетью реактор должен работать в «режиме мощности » (например.грамм. при 30% от номинальной мощности), а пар отводится в конденсатор. Перепускные клапаны турбины закрываются автоматически, когда пар поступает в турбину.

Система байпаса турбины — схема

Ссылки:

Физика реакторов и теплогидравлика:

1. Дж. Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
2. Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную инженерию, 3-е изд., Прентис-Холл, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
3. В. М. Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
4. Glasstone, Сесонске. Nuclear Reactor Engineering: Reactor Systems Engineering, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
5. Тодреас Нил Э., Казими Муджид С. Ядерные системы, том I: теплогидравлические основы, второе издание. CRC Press; 2 издание, 2012 г., ISBN: 978-0415802871
6. Зохури Б., МакДэниел П. Термодинамика в системах атомных электростанций.Springer; 2015, ISBN: 978-3-319-13419-2
7. Моран Михал Дж., Шапиро Ховард Н. Основы инженерной термодинамики, пятое издание, John Wiley & Sons, 2006, ISBN: 978-0-470-03037-0
8. Кляйнштройер К. Современная гидродинамика. Springer, 2010 г., ISBN 978-1-4020-8670-0.
9. Министерство энергетики США, ТЕРМОДИНАМИКА, ТЕПЛООБМЕН И ПОТОК ЖИДКОСТИ. Справочник по основам DOE, том 1, 2 и 3. Июнь 1992 г.
10. U.S. NRC. NUREG-0800, Стандартный план рассмотрения отчетов по анализу безопасности атомных электростанций: LWR Edition

См. Выше:

Турбогенератор

Перепускные клапаны турбины для пара

Пар широко используется во многих промышленных процессах для выполнения механических работ и служит в качестве теплоносителя.В зависимости от области применения пар может варьироваться от сухого перегретого пара до пароохлаждаемого пара, близкого к точке его насыщения. Клапаны кондиционирования пара помогают контролировать температуру, давление и качество пара.

4-минутное видео на YouTube, Sempell Turbine Bypass Valves, объясняет, как эти клапаны кондиционирования пара управляют паром с большей эффективностью и точностью. Эти клапаны включают в себя уникальные форсунки для пароохладителя с распылением пара, индивидуальные тримы и функции балансировки давления для поддержки широкого спектра применений.

Для байпасных систем турбины, требующих перегретого пара, байпасные клапаны турбины Sempell обеспечивают точное управление потоком пара, снижение давления и точный контроль температуры. В видео освещены ключевые элементы конструкции, такие как подпружиненное уплотнение с функцией безопасности, самоуплотняющиеся крышки, трим с балансировкой давления и многое другое.

Распылительная форсунка для пароохладителя обеспечивает распыление охлаждающей воды с помощью пара и точный контроль температуры с защитой от теплового удара и капельной эрозии.Этот клапан кондиционирования пара работает путем управления сочетанием перегретого пара с охлаждающей водой для производства технологического пара, необходимого для его применения. На видео показано, как это работает на отметке 1:40.

Посмотрите видео, чтобы узнать больше о том, как этот клапан предназначен для обслуживания и как они могут приводиться в действие электрическими, пневматическими или гидравлическими приводами.

Посетите раздел клапанов Sempell на сайте Emerson.com, чтобы получить дополнительную информацию об этих и других регулирующих, предохранительных и запорных клапанах для ваших паровых систем.Вы также можете общаться и взаимодействовать с другими экспертами по клапанам из группы Valves, Actuators & Regulators в сообществе Emerson Exchange 365.

Перепускной клапан турбины — KOSO INDIA

Нижняя набивка

Применения

• HP для холодного повторного нагрева
• HRH (Горячий повторный нагрев) в конденсатор, также известный как:
  • Байпас IP / LP в конденсатор
  • Байпас НД в конденсатор конденсатор
• л.с. к конденсатору

Назначение: Системы байпаса турбины повышают гибкость в эксплуатации паросиловых электростанций.Они помогают ускорить запуск и отключение без значительного повреждения критически важных и дорогостоящих компонентов парового контура из-за тепловых переходных процессов. В некоторых конструкциях котлов байпасные системы турбин также используются для обеспечения безопасности.

Основными аппаратными компонентами байпасных систем турбины являются:

• Редукционный клапан давления пара
• Пароохладитель
• Регулирующий клапан опрыскивающей воды
• Запорный клапан опрыскивающей воды
• Отводная труба / барботер (только для перепуска в конденсатор)
• Привод

Нижняя набивка

Производительность байпасной системы турбины оказывает сильное влияние на тепловую мощность и мощность станции, эффективную частоту принудительных отключений (EFOR) и долгосрочное состояние критических компонентов, таких как трубы котла, коллекторы и паровые турбины .Следовательно, правильный выбор размеров и выбор всех компонентов в байпасных системах турбины имеет важное значение для бесперебойной работы паровой установки.
Конструкция 530D / 540D отвечает критическим функциональным требованиям байпасных систем турбин, а именно:

• Высокая надежность — необходима для обеспечения высокой готовности установки
• Низкая вибрация и шум — для безопасности персонала и оборудования
• Точный контроль — для плавности запуски и остановки, а также для длительного срока службы критически важных компонентов с высоким давлением и высокой температурой
• Плотная отсечка — необходимо для избежания штрафов за теплоотдачу и / или снижения производительности установки; запирание класса V или MSS SP-61 предоставляется по запросу.
• Превосходные, надежные характеристики охлаждения — для долгосрочной защиты оборудования, расположенного ниже по потоку.
• Простота обслуживания — отсутствие сварного седла или клетки. рассчитан на определенный процент обхода, который зависит от намерений и желаний конечных пользователей по функциональности.Обычная практика для байпасной пропускной способности составляет 30–35%, 60–70% и 100% расчетного расхода. Каждый из них отражает различные намерения относительно того, как будет эксплуатироваться установка, и / или желаемые функциональные возможности. Байпасные системы Koso 530D / 540D комплектуются пневматическими приводами; электрогидравлический привод доступен по запросу. Электрические приводы обычно не используются для этого приложения, если более медленный отклик не допускается конструкцией паровой системы.

  Системы пароохладителя байпаса турбины

  Турбинные перепускные клапаны / системы

  Croll Reynolds производятся в техническом сотрудничестве с немецкой компанией Kauer Engineering для промышленных и коммунальных электростанций.Мы производим клапаны по индивидуальному заказу с тримом из нитрида плазмы и высоконадежными рабочими конструкциями, которые отличаются прочностью и идеально подходят для сложных критических условий эксплуатации.

  Более 25 лет наш главный конструктор Гюнтер Кауэр из Kauer Engineering проектировал системы пароохладителя байпаса турбины для Latentenegerie GmbH & Co. KG, Sempell GmbH (теперь Babcock — Sempell), C.H. Zikesch GmbH и Bopp & Reuther GmbH. Он также был членом комитета по стандартизации DIN для расчета напряжений на специальных клапанах.

  Croll Reynolds / Kauer разрабатывает системы для сверхкритических условий с большими перепадами давления и скоростями звука по конкурентоспособной цене.

  Введение: Перепускные клапаны турбины играют важную роль на электростанциях. В течение 24 часов от электростанции может потребоваться работа с минимальной нагрузкой, увеличение мощности до максимальной в течение большей части дня, немедленное снижение нагрузки до минимальной, а затем возврат к максимальной мощности. Байпасные системы позволяют запускать и останавливать установку для критических тяжелых компонентов в котлах и турбинах.Байпасные клапаны поставляются с гидравлическими, электрическими или пневматическими приводами в соответствии с технологическими требованиями, а также с полными системами управления в качестве опции.

  Функции байпасных клапанов ВД и НД

  • Для быстрого и экономичного пуска, включая холодный пуск, теплый пуск и горячий пуск.
  • Для работы котла с остановленной турбиной
  • Для выполнения горячего и горячего запуска через короткое время после поездки для возврата агрегата к нагрузке.
  • Для спуска агрегата до нагрузки дома. =
  • Для реальной «двухсменной работы».
  • Для предотвращения потерь конденсата в атмосферу и снижения шума при запуске.

  Приложения: Есть два основных приложения:

  • Байпасные системы, которые периодически используются. Среди них есть условия запуска и останова, а также аварийные состояния.
  • Байпасные системы, которые постоянно находятся в эксплуатации, например, для технологического пара или отопления.

  Приводы: Перепускные клапаны могут поставляться с пневматическими поршневыми, электрическими или гидравлическими приводами и могут поставляться с блоками питания с укомплектованными системами управления.

  Материалы: Для большинства размеров могут поставляться отливки или поковки из углеродистой и легированной стали. Для больших размеров изготавливаются агрегаты.

  Байпасные клапаны

  обычно поставляются с концами под приварку, но могут поставляться и с фланцевыми концами.

  Конструкции: Перепускной клапан с распылительной форсункой на выходе
  Распылительная форсунка расположена на выходе этого клапана.Распыляющий пар отбирается со стороны высокого давления клапана сразу после седла клапана (т.е. в точке отбора дросселирование давления еще не инициировано). Распыляющий пар подается к форсунке по внешнему трубопроводу. Дополнительный паровой клапан не требуется.

  Преимущества:

  • Превосходное испарение распыляемой воды за счет высокой механической энергии распыляющего пара
  • Превосходный контроль температуры до 3 — 4 град.C. выше насыщения. Пара.
  • Необходим короткий прямой выпускной трубопровод даже при низких скоростях пара.
  • Большой диапазон изменения 30: 1.
  • Идеально подходит для распыления большого количества воды.
  • Отдельный клапан распыления пара не требуется.

  Перепускной клапан с распылительной форсункой, встроенной в конус клапана
  Типичным примером является интегрированная система впрыска распыляемой воды. Вода для распыления подается через полый шток клапана и впрыскивается на выходе из форсунки.Кроме того, используется распыляющий пар, отводящий пар после седла клапана. Пар расширяется в кольцевом сопле Лаваля. Эта уникальная конструкция обеспечивает отличное испарение воды. Конструкция устраняет необходимость в отдельном клапане распыления пара.

  Преимущества:

  • Быстрое поглощение частиц воды за счет высокой механической энергии распыляющего пара.
  • Контроль температуры до 3–4 ° C. выше насыщенности.
  • Требуется короткий прямой выпускной трубопровод даже при низких скоростях пара.
  • Большой диапазон изменения 25: 1
  • Нет дополнительных трубопроводов для распыления пара.
  • Устраняет необходимость в отдельном парораспылительном клапане.

  Перепускной клапан с распылительным соплом, встроенным в ступень снижения давления на выходе клапана:
  Эта конструкция включает распылительную форсунку на ступени снижения давления (глушитель) на выходе клапана. Здесь сопло Лаваля не прямого типа, а кольцевое, которое создает круговую струю Лаваля.Распыляемая вода проходит через каналы в пластине понижения давления и впрыскивается в сопло с кольцом Лаваля. Эта эффективная конструкция устраняет необходимость в паровом распылительном клапане и линиях распыления пара.

  Преимущества:

  • Большой диапазон изменения 25: 1
  • Превосходный Контроль температуры до 3–4 ° C. выше насыщенности.
  • Требуется короткий прямой выпускной трубопровод даже при низких скоростях пара.
  • Нет дополнительных трубопроводов для распыления пара.
  • Устраняет отдельный клапан распыления пара.
  • Мгновенное поглощение частиц воды за счет высокой механической энергии распыляющего пара.

  Перепускной клапан турбины окислителя — жидкостные ракетные двигатели (J-2X, RS-25, общие)

  Если вы вернетесь на несколько поколений в семью со стороны моей матери, вы найдете знаменитого художника по имени Чарльз Фредерик Кимбалл. Также по материнской линии в семье, в другой ветви, пару поколений спустя был профессиональный коммерческий художник.Со стороны отца моя бабушка была прекрасным художником, писавшим в основном пейзажи долин реки Ирокез и Гудзон в северной части штата Нью-Йорк. И, конечно же, я замужем за чрезвычайно талантливым художником. Можно подумать, что с такими родословными и таким большим размахом у меня самого есть немного художественных способностей. Вы ошибаетесь. Я люблю искусство. Я просто не могу это сделать.

  Самое близкое, что я подхожу к визуальному выражению, ограничивается творениями Microsoft PowerPoint.Однако на этой узкой арене, особенно когда дело доходит до инженерных дисциплин, все еще есть чем заняться. В этой статье мы займемся одним из моих любимых псевдохудожественных хобби и поиграем со схемами двигателя с экспандерным циклом.

  Итак, давайте начнем с простого счастливого маленького цикла, который называется замкнутым циклом расширителя. Большая часть того, что вам нужно знать об этом цикле, содержится в его названии. Во-первых, он закрыт. Это означает, что все пропелленты, попадающие в двигатель, уходят, проходя через горловину основной камеры сгорания, тем самым обеспечивая наибольшую доступную химическую эффективность.Позже мы увидим, что «закрыто» противоположно «открыто». Во-вторых, это расширитель. Это означает, что турбомашина приводится в движение топливом, которое забирает тепловую энергию из контуров охлаждения в основной камере сгорания и сопле. Обычно в двигателях с детандерным циклом используются криогенные пропелленты, так что при нагревании эти пропелленты превращаются из жидкоподобных флюидов в газоподобные флюиды. В турбинах очень эффективно используются газоподобные приводные жидкости. (Обратите внимание, что я все время говорю о «жидкостях», а не просто о жидкостях и газах.Это потому, что обычно рекомендуется иметь дело со сверхкритическими жидкостями в охлаждающих трубках или каналах. Фазовые изменения могут быть непредсказуемыми и привести к некоторым странным профилям давления.)

  Выше представлен шедевр Microsoft PowerPoint, иллюстрирующий ракетный двигатель с замкнутым циклом детандера. Топливо и окислитель поступают из ступени и пропускаются через насосы для повышения их давления. На топливной стороне нагнетание насоса направляется через главный топливный клапан (MFV) к форсунке и рубашкам охлаждения основной камеры сгорания (MCC).Я не показывал здесь фактическую маршрутизацию. Обычно сначала охлаждается МКЦ, а затем уже более теплое топливо используется для охлаждения сопла. Тепловые нагрузки в МКЦ значительно выше, чем в сопле. Но каким бы ни был точный маршрут охлаждающей жидкости, разряд, теперь полный энергии, полученной в процессе охлаждения, подается в турбины. Перепускной клапан турбины окислителя (OTBV), показанный на схеме, является средством управления соотношением компонентов смеси путем снижения мощности, подаваемой на турбину окислителя.В некоторых случаях, если у вас есть только одна настройка отношения смеси для двигателя, вы можете поставить здесь отверстие, а не клапан. Турбины приводятся в движение теплым топливом, а затем выход турбин подается через главный инжектор, а затем в зону сгорания. На стороне окислителя трассировка намного проще. Выпуск насоса окислителя проходит через главный клапан окислителя (MOV) непосредственно в главный инжектор. Внутри МСС происходит сгорание топлива, возникающее в результате высвобождение энергии, образование высокоскоростных продуктов сгорания и выброс этих продуктов через звуковое горло МСС и через сверхзвуковое сопло.Та-да, выпад сделан!

  Закрытый детандер — это один из самых простых циклов двигателя, который когда-либо можно было представить. Известный двигатель RL10, впервые разработанный в 1950-х годах и до сих пор использующийся, основан на этом цикле (с небольшим поворотом, что есть только одна турбина, а насосы соединены через коробку передач, что устраняет необходимость в OTBV). Эта простота является одновременно сильной стороной цикла и его ограничивающей чертой. Примите во внимание тот факт, что все топливо — водород в случае большинства детандеров — проходит через двигатель и в конечном итоге попадает в камеру сгорания.Все это давление приводит к падению давления. Это означает, что турбины не имеют такого большого перепада давлений, с которым приходится иметь дело с точки зрения создания мощности для насосов. Другими словами, выходная сторона турбины — это точка с самым низким давлением в цикле, и это камера сгорания. В результате давление в вашей камере не может быть очень высоким. Это означает, что горловина вашего MCC относительно велика, а затем это означает, что степень расширения вашего сопла и удлинителя сопла начинает ограничиваться просто размером и структурным весом.

  Также обратите внимание, что вся мощность для управления полным циклом обеспечивается теплом, улавливаемым топливом в каналах MCC и охлаждения форсунок. Это становится ограничивающим фактором с точки зрения общей мощности и класса тяги двигателя. По мере того, как двигатель становится больше, при заданном давлении в камере, уровень тяги увеличивается до второй степени характеристического диаметра горловины, но доступная площадь поверхности, которая будет использоваться для сбора тепла для приведения в действие цикла, увеличивается только на этот характеристический диаметр до первая сила.Другими словами, тяга пропорциональна «D-квадрату», но в первом порядке мощность турбины пропорциональна «D». Таким образом, вы можете стать настолько большим только тогда, когда у вас не будет достаточно энергии для выполнения цикла. Одним из способов преодоления этого является увеличение длины камеры сгорания, чтобы получить большую площадь поверхности теплопередачи. Европейский двигатель под названием Vinci следует этому подходу. Но даже этот подход является ограничивающим, если зайти слишком далеко, поскольку слишком длинная камера снижает эффективность сгорания, и, конечно же, более длинная камера сгорания также начинает становиться ужасно тяжелой.

  Итак, насколько большим может быть ракетный двигатель с замкнутым детандерным циклом? Что ж, это повод для постоянных споров и дебатов. Я могу только высказать свое мнение. Я бы сказал, что двигатель с закрытым расширяющимся циклом наиболее полезен и наиболее практичен, когда он поддерживается на уровне тяги менее примерно 35 000 фунтов силы.

  Возвращаясь к понятию художественного самовыражения, каковы же тогда возможные вариации на тему двигателя с детандерным циклом? Что ж, темы и вариации используются для изучения и потенциального преодоления предполагаемых недостатков в замкнутом цикле расширителей.Первым в этой серии является Closed Split Expander, портрет которого ниже:

  Недостаток, рассматриваемый здесь, заключается в том, что в замкнутом цикле детандера все топливо было вытеснено по всему двигателю, что привело к большим потерям давления. В этом случае некоторая часть — обычно большая часть — топлива перекачивается до более низкого давления через первую ступень насоса, а затем другая часть перекачивается до более высокого давления. Таким образом, подача топлива «раздельная», отсюда и название.Именно этот поток с более высоким давлением, проходящий через регулирующий клапан охлаждающей жидкости (FCCV), проталкивается по всему двигателю для охлаждения MCC и сопла и для приведения в действие турбин. Поток с более низким давлением подается непосредственно в главный инжектор. Теория состоит в том, что, не требуя перекачки всего топлива до максимального давления, вы уменьшаете потребность в мощности для топливной турбины. Водородный турбонасос всегда потребляет большую часть энергии, вырабатываемой в цикле, поэтому это важное понятие.

  Помогает ли этот цикл? Да, немного. Может быть. Баланс того, насколько разделить, что это разделение влияет на эффективность теплопередачи (меньший поток означает, возможно, более низкие скорости жидкости, более низкие скорости означают меньшую теплопередачу, более низкая теплопередача означает меньшую мощность …) не всегда ясно, что вы много выиграют от усилий по усложнению цикла. А вот портрет красивый, не правда ли? В нем есть реалистичное чутье, индустриально-утилитарное чутье середины века.

  Далее, желая заявить о себе, можно обратиться к извечной проблеме промежуточного уплотнения в турбонасосе окислителя. Внимательно посмотрите на первые две схемы, представленные здесь. Вы увидите, что насос окислителя приводится в движение турбиной, использующей топливо в качестве рабочего тела. Это очень типичная ситуация с ракетными двигателями, будь то двигатель с детандерным циклом или другие циклы. Например, такая ситуация наблюдается в двигателе с поэтапным сгоранием RS-25 и в газогенераторном двигателе J-2X.Однако эта ситуация может привести к катастрофическому провалу. У вас есть топливо и кислород в одной машине вместе с вращающимися металлическими частями. Если две жидкости смешиваются и что-то трется, то БУМ, у вас плохой день. Итак, внутри насосов окислителя у вас обычно есть сложное уплотнение, которое включает непрерывную продувку гелиевым барьером для разделения двух жидкостей. Однако для следующей схемы цикла детандера мы можем исключить необходимость в этом сложном продуваемом уплотнении.

  Это замкнутый цикл двойного расширителя.Он по-прежнему «закрыт» в том смысле, что все, что попадает в двигатель, выходит через горловину MCC. Новая часть состоит в том, что она «двойная» в том, что теперь мы не только используем топливо для охлаждения, но и используем окислитель. Таким образом, мы используем нагретое топливо для привода топливного турбонасоса и нагретого окислителя для привода турбонасоса окислителя. Для этого эскиза я использовал разделенную конфигурацию на стороне окислителя, при этом часть потока перекачивается до более низкого давления и направляется непосредственно к основному инжектору, а другая часть перекачивается до более высокого давления, проходя через регулирующий клапан охлаждающей жидкости окислителя. (OCCV), который будет проталкиваться через рубашку сопла с регенеративным охлаждением, а затем через турбину турбонасоса окислителя.Я сделал это, поскольку вы, вероятно, работаете в двигателе при соотношении смеси (водород / кислород) от 5 до 6. Вы не захотите проталкивать такое количество окислителя через каналы или трубки охлаждения форсунок. Теперь, если вы разрабатываете детандер с использованием чего-то вроде метана в качестве топлива, чтобы ваше соотношение смеси было ниже, то, возможно, вы можете рассмотреть вариант со стороной окислителя без разделения.

  Обратите внимание, что с подходом с двумя расширителями я избавился от необходимости в продуванном уплотнительном пакете в насосе окислителя и, таким образом, я исключил потенциальный катастрофический сценарий (в случае отказа уплотнительного пакета).Однако я добился этого за счет некоторой сложности цикла. К тому же охлаждение окислителем не всегда радует. Всякий раз, когда у вас есть охлаждающая рубашка (гладкая стенка или трубы), у вас всегда есть вероятность растрескивания и утечки. Если вы охлаждаете водородом, небольшая утечка лишнего водорода в богатую топливом среду является относительно благоприятной ситуацией. Такое случается постоянно. Но что, если вы протечете окислитель в среду с богатыми топливом продуктами сгорания? Что ж, некоторые исследования показали, что с вами все будет в порядке, но меня это немного смущает.Кроме того, вы используете нагретый окислитель для привода турбины. Это можно сделать, но использование чего-то вроде кислорода для вращения металлических деталей требует большой осторожности. При неправильных обстоятельствах чистая среда окислителя может сгореть практически с чем угодно в качестве топлива, включая большинство металлов. Итак, несмотря на все ваши усилия по устранению уплотнения в турбонасосе окислителя, мне не ясно, что вы сделали ситуацию намного безопаснее. Однако, несмотря на эти потенциальные недостатки, схематический портрет сам по себе имеет определенное ощущение барокко, а сторона окислителя — положительно рококо.

  Итак, вы зашли так далеко. Почему бы не сделать последний шаг? Представляем закрытый двойной сплит-расширитель:

  К настоящему времени, пройдя через прогрессию, вы понимаете, как она «закрыта», как она «двойственна» и как она «разделена» (на этот раз с обеих сторон). Это непрактично с точки зрения рецепта успешной конструкции ракетного двигателя по ряду причин, уравновешивающих сложность и предполагаемые преимущества, но это впечатляющая схема. На мой взгляд, это готический вид, почти как средневековый собор с великолепными аркбутанами и каскадным орнаментом, который просто поражает воображение деталями.

  Итак, мы разобрались с сорняками создания портретов из эспандерных циклов ради их красоты, а не обязательно их полезной практичности. Давайте вернемся в более практическую сферу и поставим под вопрос то, что было общим для всех представленных до сих пор циклов. Это было слово «закрыто». Должен ли двигатель с детандерным циклом быть замкнутого цикла? Конечно нет! Сделав это наблюдение, мы приходим к очень практичному варианту. Представляем «Открытый цикл расширителя»:

  Это самое большое различие между этой и любой другой предыдущей схемой заключается в том, что рабочая жидкость, приводящая в действие турбины, сбрасывается в нижнюю по потоку часть сопла.Это точка с гораздо более низким давлением, чем в основной зоне горения. Первое, что думает большинство людей, когда видят этот цикл, это то, что это должен быть двигатель с меньшей производительностью. В конце концов, вы сбрасываете топливо после горловины ГЦК. И да, это неотъемлемая неэффективность этого цикла. Всякий раз, когда вы удаляете топливо каким-либо образом в обход первичного сгорания, вы теряете эффективность. Однако вот что вы получите: много-много маржи для вашего бюджета давления. Поскольку мне не нужно пытаться засунуть байпас турбины в камеру сгорания, я могу сделать давление в камере намного выше.В практическом смысле я могу сделать его в два-три раза выше, чем в простом двигателе с замкнутым детандерным циклом. Что это позволяет мне сделать, так это сделать горловину очень маленькой, что, в свою очередь, дает возможность очень высокого коэффициента расширения сопла в разумных пределах по размеру и весу конструкции. Очень высокий коэффициент расширения означает большее ускорение выхлопа, и, таким образом, я могу почти полностью вернуться к тем же характеристикам, что и при закрытом цикле, несмотря на сброс топлива.

  Вот, однако, действительно крутая часть цикла открытого детандера: я могу использовать высокий перепад давления на турбинах, чтобы получить больше мощности от заданного уровня теплопередачи в рубашках охлаждения. Выше, ранее в этой статье, я предположил, что существует практический предел тяги для закрытых расширителей примерно в 35 000 фунтов силы (мое мнение), и это было связано с геометрическими соотношениями между силой тяги и площадью поверхности теплопередачи. Для открытого детандера я могу спроектировать турбины с высокой степенью сжатия, для которых мне не нужно столько тепла, чтобы приводить в действие насосы.Таким образом, я могу сделать двигатель с большей тягой. Как высоко? Что ж, мои хорошие друзья из Mitsubishi Heavy Industries (MHI) и Японского агентства космических исследований (JAXA) разработали версию этого цикла, которая обеспечивает тягу до 60000 фунтов силы, и я видел другие концептуальные проекты, которые идут еще выше. . Японцы уже используют меньшую версию этого цикла на двигателе LE-5B, который генерирует 32 500 фунтов силы. Обратите внимание, что они часто ссылаются на этот цикл под другим названием, которое очень часто встречается в литературе, и это «цикл слива расширителя» с частью «слива», описывающей сброс за борт в сопло.Я предпочитаю обозначение «открытый», поскольку оно четко отличает его от «закрытых» циклов, проиллюстрированных ранее.

  Мы почти подошли к концу этой статьи, но еще не дошли до конца возможностей схемы двигателя с детандерным циклом. Это то, что делает их забавными и, на мой взгляд, чем-то вроде игры с искусством. Вы можете придумывать всевозможные комбинации и дополнения. Например, что, если вы взяли цикл экспандера и добавили немного горелки? Снова и снова я говорил, что ограничивающим фактором для закрытого детандера является количество тепла, которое вы собираете в охлаждающих рубашках.Ну, ладно, давайте добавим небольшую горелку, у которой нет другой цели, кроме как подогревать газ турбины. Результат выглядит примерно так:

  В этом цикле используется газогенератор, но он не является циклом газогенератора, поскольку продукты сгорания от этого газогенератора не используются для непосредственного привода турбин. Скорее выхлоп GG проходит через теплообменник, а затем сбрасывается за борт. Да, вы немного теряете эффективность своей производительности, потому что это больше не замкнутый цикл, но потоки ПГ могут быть небольшими, и вы получаете от этого повышение доступной мощности турбомашин и, следовательно, потенциальной тяги.Это мое собственное произведение искусства, которое я хочу продемонстрировать, и это может сделать каждый.

  Помните Боба Росса из Общественного вещания? Мне нравилось смотреть его шоу, и, как я уже сказал, я не умею рисовать достойно. Но его шоу было расслабляющим, чтобы смотреть и слушать, и он всегда безжалостно поддерживал его. Ошибок никогда не было. В конце концов, все можно было исправить. И любой мог сделать красивые горы и счастливые деревца. Я хотел бы предположить, что то же самое можно сказать и о моем маленьком хобби — сборке схем счастливых маленьких циклов экспандеров.Нет, большинство из них, вероятно, никогда не будут построены и не летают, и схематические портреты, вероятно, никогда не украсят стены MOMA, но это нормально. Моя бабушка-художница говорила мне, что иногда цель искусства не обязательно находится в конечном продукте, а скорее как часть творческого пути.

  Переход на автономные приводы гидравлических клапанов улучшает характеристики байпаса турбины | Tri-State Valves & Controls, Inc.

  Наивысшая производительность байпасных систем паровой турбины при пусках, остановах и остановках на электростанциях с комбинированным циклом имеет решающее значение для достижения целей операционной гибкости и готовности, критически важных для финансового успеха завода.

  Lawrenceburg Power использует каскадную байпасную систему с тройным давлением, которая помогает управлять тепловым дисбалансом между газовыми турбинами и парогенераторами с рекуперацией тепла в циклических сценариях. Он включает в себя перепускные клапаны высокого давления (HP), горячего повторного нагрева (HRH) и низкого давления (LP).

  В этой схеме управления перепускной клапан высокого давления поддерживает давление высокого давления, чтобы минимизировать тепловые нагрузки на барабан. Байпас HRH после подогревателя поддерживает давление в коллекторе HRH и снижает давление / температуру пара в конденсаторе.Наконец, перепускной клапан НД поддерживает давление в барабане НД и защищает конденсатор, снижая давление / температуру пара НД до приемлемых условий выпуска.

  Пневматические приводы, поставляемые с байпасными клапанами турбины, были проблемными, иногда даже не срабатывали во время отключения. Персонал завода отметил, что у некоторых приводов были бустеры с несколькими объемами, и колебания были «нелепыми». Еще до того, как установка успела осесть, система управления уже требовала, чтобы клапаны переместились в новое положение.Представьте, что клапаны находятся в постоянном движении.

  Колебания давления повторного нагрева, вызванные залипанием пневматического привода, перерегулированием или мертвым временем, вызывают значительные колебания давления в коллекторе HRH. Из-за низкой производительности при смешивании блоков опережения и запаздывания в TBS обычно требуется 3,5 часа для горячего запуска.

  После рассмотрения альтернативных приводов персонал решил отказаться от пневматического привода в пользу автономных гидравлических приводов REXA. Персонал изначально скептически относился к переходу на гидравлическую среду из-за проблем с чистотой масла в прошлом, но им понравилась компактная / герметичная конструкция продукта REXA, и они были проданы из-за отсутствия фильтров и требований по обслуживанию масла. .Новые приводы были установлены на существующие клапаны в качестве решения «на месте». Улучшение производительности было замечено через несколько минут после первого запуска.

  Лоуренсбург эффективно сократил время смешивания на 80 минут для теплого старта. Сценарий смешивания происходит от пяти до 50 дней в год (или больше, в зависимости от рынка), снижая расход топлива и увеличивая время работы. Лучшее управление давлением пара и температурой также продлевает срок службы HRSG.

  События отключения, связанные с байпасной системой турбины, общие с исходными пневматическими приводами, были полностью исключены. Новые приводы работают с нулевым выбросом или гистерезисом, и их реакция практически мгновенная после подачи командного сигнала. Дополнительным преимуществом является увеличенный срок службы тримов всех байпасных клапанов турбины, поскольку привод теперь перемещает плунжер в правильное положение посадки.

  #REXA #TBSОптимизация

  http: // www.ccj-online.com/lawrenceburg-2019-best-of-the-be…/

  Система байпаса турбины — Инструментальные средства

  Система байпаса турбины развивалась за последние несколько десятилетий по мере изменения режима работы электростанции. Он обычно используется на электростанциях, где работа требует быстрого реагирования на резкие колебания спроса на энергию.

  Типичный рабочий день электростанции может начинаться с минимальной нагрузки, увеличиваться до полной мощности в течение большей части дня, быстро снижаться до минимальной мощности, а затем снова увеличиваться до полной нагрузки — и все это в течение 24 часов.Котлы, турбины, конденсаторы и другое сопутствующее оборудование не могут должным образом реагировать на такие быстрые изменения без какой-либо системы байпаса турбины.

  Система байпаса турбины позволяет котлу работать независимо от турбины. В пусковом режиме или быстром сокращении потребности в генерации байпас турбины не только обеспечивает альтернативный путь потока пара, но и приводит пар к тому же давлению и температуре, которые обычно возникают в процессе расширения турбины.

  Обеспечивая альтернативный путь потока пара, байпасная система турбины защищает турбину, котел и конденсатор от повреждений, которые могут возникнуть в результате скачков температуры и давления. По этой причине многие системы байпаса турбин требуют чрезвычайно короткого времени отклика при открытии / закрытии для максимальной защиты оборудования. Это достигается с помощью электрогидравлической системы приведения в действие, которая обеспечивает как силы, так и средства управления для такой операции.

  Кроме того, при вводе в эксплуатацию новой установки система байпаса турбины позволяет запускать и проверять котел отдельно от турбины.Это означает более быстрый запуск завода, что дает привлекательные экономические выгоды. Это также означает, что эта система с замкнутым контуром может предотвратить атмосферные потери очищенной питательной воды и снизить уровень шума в окружающей среде.

  Компоненты байпасной системы турбины

  Изображение предоставлено: Fisher

  Основными элементами байпасной системы турбины являются байпасные клапаны турбины, регулирующие клапаны байпаса турбины и электрогидравлическая система.

  Перепускные клапаны турбины

  Будь то для применений с низким или высоким давлением, байпасные клапаны турбины обычно представляют собой клапаны кондиционирования пара с коллекторной конструкцией, описанные ранее с герметичной отсечкой (класс V).

  Из-за особых требований к установке эти клапаны конструкции коллектора будут иногда разделяться на две части: часть клапана для снижения давления и затем секция охладителя на выходе / коллекторе, расположенная ближе к конденсатору.

  Однако, независимо от конфигурации, экономически эффективным решением является устройство с фиксированным отверстием (обычно барботер), расположенное ниже по потоку для окончательного снижения давления, чтобы минимизировать размер выпускной трубы, ведущей к конденсатору.

  Регулирующие клапаны байпаса турбины

  Эти клапаны необходимы для регулирования потока воды к перепускным клапанам турбины.Из-за требований к защите оборудования эти клапаны обязательно должны обеспечивать герметичную отсечку (класс V).

  Электрогидравлическая система

  Эта система предназначена для приведения в действие клапанов. Его основные элементы включают в себя собственно гидравлические приводы, гидроаккумулятор и силовой агрегат, а также блок управления и логику управления.

  Основные функции байпасной системы турбины

  Система байпаса паровой турбины позволит оператору поддерживать газовую турбину и генератор системы рекуперации тепла (HRSG) в рабочем состоянии в случае отключения паровой турбины или способствовать более быстрому запуску CT и HRSG.Система байпаса турбины также позволяет электростанции с комбинированным циклом работать в условиях «спада».

  Во время пуска и / или остановок турбины регулирующие клапаны сброса пара регулируют давление и поток через магистральный паропровод и паропровод ПД. Между тем, система попытки управления регулирует температуру на входе для повторного нагрева и в конденсаторе. Эти два компонента, работающие вместе, поддерживают давление и температуру паровой системы, обеспечивают стабильный контроль уровня в барабане во время аварийного отключения и позволяют быстрее перезапустить паровую турбину.

  Основная функция байпасной системы турбины — изолировать байпасный контур во время нормальной работы. Клапаны, содержащиеся в системе, ДОЛЖНЫ иметь герметичную изоляцию, так как система изолирована 95% времени и более. Отсутствие должной изоляции системы приводит к повреждению седел и клапанов, что приводит к потере энергии и потере управления во время запуска и остановок турбины.

  Другой важной функцией байпасной системы турбины является предотвращение возникновения избыточного давления в паровой системе, которое приводит к поднятию предохранительных клапанов и, как следствие, к возникновению проблемы технического обслуживания / простоя, связанной с ремонтом клапанов.

  No related posts.