Компрессор из турбины: Турбина или компрессор что лучше. И в чем между ними разница? Простыми словами + видео

Содержание

Турбокомпрессор или механический нагнетатель?

Многие автолюбители очень часто задаются вопросом касательно того, какое решение окажется в итоге лучшим-турбина или компрессор? Такой вопрос может возникнуть как при выборе нового автомобиля, так и при покупке машины б/у. Не менее часто с задачей такого выбора сталкиваются и любители тюнинга.

 Рекомендуем также прочесть статью о тюнинге топливной системы. Из этой статьи вы узнаете об устройстве системы, выборе форсунок и топливного насоса для форсированных двигателей.

Стоит отметить в самом начале, что оба устройства одновременно имеют как  ряд определенных преимуществ, так и недостатков. Все это однозначно влияет на конечный выбор. Отличия указанных систем заключаются не только во  внешнем виде, форме, весе, способе крепления на двигателе и габаритах, но и в главных принципах работы. Не всегда однозначно просто выявить все главные критерии при выборе того или иного устройства. Давайте разбираться в этом вопросе более подробно.

Содержание статьи

Механический нагнетатель и турбокомпрессор

Турбина представляет собой ротационный двигатель, особенностью которого является его постоянная и беспрерывная работа. Ранние попытки создать турбину предпринимались еще на заре развития человечества, но качественная реализация стала возможна только в 19 веке. Эпоха развития машиностроения позволила создать первые турбины, которые были паровыми. Турбина осуществляет преобразование кинетической энергии пара, газов или воды в полезную механическую работу. Турбины нашли свое применение во многих устройствах, а также стали неотъемлемой частью различных видов транспорта. Это касается как наземных средств передвижения,  так и морских судов наряду с воздушными летательными аппаратами.

Если говорить о компрессоре, то конструктивно устройство может иметь разные модификации и успешно применяется во многих промышленных областях. Главной его задачей становится сжатие и подача газа под давлением.

Дальнейшее развитие технологий привело к появлению своеобразного симбиоза турбины и компрессора. Разработка турбокомпрессора позволила значительно повысить КПД и мощность двигателей.

Как известно, получить максимальную мощность мотора без увеличения его объема можно при помощи принудительного нагнетания в камеру сгорания большего количества воздуха. Остается только подать больше топлива и мощность силового агрегата существенно возрастет. Как показывают приведенные в различных источниках данные, в среднем компрессор обеспечивает прибавку мощности до 50% и обеспечивает около 30% прироста крутящего момента.

Сейчас механические и турбокомпрессоры устанавливаются отдельно и даже в совокупности для увеличения мощности двигателя легковых и грузовых автомобилей. Их ставят на бензиновые и дизельные агрегаты. Данные решения являются оптимальным и наиболее экономичным вариантом прибавки «лошадей» в том случае, если нужно качественно увеличить мощность ДВС без увеличения объема цилиндров.

С этой задачей  успешно и по отдельности может справиться как полностью механический, так и турбокомпрессор. Но какое из этих решений лучше? Давайте сравним механический компрессор и турбокомпрессор.

Компрессор VS турбина

Разница между турбиной и компрессором наглядно продемонстрирована в тех отличиях, которые имеются у ряда  устройств подобного типа.

  • К основным преимуществам компрессора заслуженно относят бесперебойное и равномерное сгорание рабочей смеси. Это качественно влияет на правильность работы всего двигателя и исключает ряд неисправностей, которые могут потенциально возникнуть в процессе эксплуатации такого мотора.
  • Основным преимуществом турбины является то, что она не имеет привода от двигателя и питается от энергии выхлопных газов. Это не вызывает потери мощности. Компрессор же берет энергию от двигателя, отнимая при этом до 30% его мощности. Справедливости ради стоит добавить, что эта потеря наиболее проявляется в режиме максимальных нагрузок на ДВС.
  • Процесс установки турбины на двигатель является крайне сложным и трудоемким. Не менее сложна и настройка турбокомпрессора, которая потребует существенных финансовых затрат, установки многочисленного дополнительного оборудования и большого количества времени. Еще одним нюансом является то, что перед установкой турбокомпрессора как сам двигатель, так и в ряде случаев трансмиссию нужно существенно и основательно доработать, подготовить к таким сильно  возросшим нагрузкам. Если говорить о механическом компрессоре, то двигатель и КПП также дорабатывают, но делается это далеко не всегда, а  сама доработка может быть поверхностной.
  • Установить компрессор в подкапотное пространство и далее качественно его настроить намного проще, а еще легче произвести последующий правильный подбор параметров необходимой для нормальной работы мотора топливовоздушной рабочей смеси. Установка компрессора облегчена еще и тем, что имеются уже готовые комплекты для решения этой задачи.
  • Если турбину в автомобиле нужно настраивать только при помощи квалифицированного специалиста или самостоятельно обладать специальными знаниями, то компрессор не потребует специального оборудования, знаний и навыков. Такие особенности еще более упрощают процесс установки механического наддува.
  • Автомобильный турбокомпрессор излишне требователен к смазке и качеству ГСМ. Необходимо реализовать подвод масла под давлением, намного чаще менять указанное масло, организовать слив масла в поддон. Все это увеличивает расходы на последующее содержание авто и на работы по установке турбонаддува. Межсервисные интервалы по замене масла заметно сокращаются. Если не обслуживать турбомотор с завидной регулярностью, тогда машина относительно быстро ответит неисправностями и дополнительными проблемами. Компрессор в этом плане намного менее требователен к качеству топлива и ГСМ.
  • За турбиной требуется особый уход. Решение подразумевает целый список периодических процедур по обслуживанию. Механическому компрессору же главное обеспечить только чистоту поступающего воздуха, да и то применительно к кулачковым и шнековым решениям.
  • Турбина демонстрирует негативный эффект на низких оборотах, который называется «турбояма». При низком количестве оборотов от турбины ожидать чудес вовсе не стоит. Только средние и максимальные обороты позволяют добиться полной отдачи от силовой установки. В режиме повседневной эксплуатации в городе это не всегда удобно.

Автовладелец вполне может приобрести турбины новейшего поколения, которые лишены в большей мере такого недостатка и не так сильно зависят от оборотов ДВС, но и сумма итоговых затрат после покупки и доработок будет внушительной. Компрессор по своей производительности не зависит от оборотов машины и выходит на наддув при низких оборотах, обеспечивая при этом прогнозируемую мощность при любой скорости.

  • Компрессор представляет собой отдельное и независимое устройство в конструкции всего ДВС, что упрощает процесс его демонтажа, обслуживания и проведения ремонтных работ. Обслуживать компрессор относительно просто, так что намного более доступно получить качественный, менее затратный и квалифицированный ремонт элемента в случае необходимости.
  • К плюсам турбины можно заслуженно отнести более высокие обороты сравнительно с компрессором. Но и уровень нагрева турбонаддува намного выше, а перегревается турбина  заметно быстрее. Это негативно сказывается на всей работе и состоянии двигателя. Износ мотора при повышенных температурных режимах повышается, а также существенно возрастают требования к системе охлаждения ДВС.
  • Компрессор выходит на эффективный показатель практически сразу же после момента запуска двигателя. В этом заключается его безусловное преимущество. Турбина же на низких оборотах работать не будет. При этом не стоит забывать о том, что компрессор отнимает мощность у двигателя, а вот турбина не снимает с мотора часть мощности от дополнительной нагрузки.
  • К минусам компрессора однозначно относится повышенный расход топлива по сравнению с турбинами. КПД компрессора также заметно меньше. В плане топливной экономичности турбина в автомобиле представляется лучшим вариантом.
  • От двигателя компрессор приводится в действие приводным ремнем или цепью, что требует периодического обслуживания элемента. Если говорить о турбине, то затраты на её обслуживание по сравнению с уходом за компрессором все равно намного больше.
  • Подобрать компрессор или готовый комплект установки в свободной продаже однозначно проще и легче. На современном рынке представлен широкий выбор компрессоров различного типа. Выбор турбин сильно ограничен по сравнению с аналогичным выбором компрессоров.
  • Высококачественная современная турбина в ряде случаев стоит дороже механического компрессора. Несмотря на это, большинство автомобилей оснащаются именно турбонаддувом, так как турбина намного качественнее повышает производительность ДВС.

Что получается в итоге

  1. Компрессор обеспечивает более правильную и стабильную работу двигателя во всех режимах работы, продлевается долговечность мотора;
  2. Турбина не отнимает процент общей мощности ДВС;
  3. Компрессор проще установить и настроить;
  4. Турбина потребует организации подвода и слива масла;
  5. Компрессор имеет постоянную отдачу, а турбина зависит от оборотов ДВС;
  6. Турбина потребует регулярной диагностики и обслуживания, компрессор проще обслуживать;
  7. Компрессор потребляет больше топлива и демонстрирует меньший показатель КПД сравнительно с турбиной;
  8. Турбина устанавливается в двигатель с доработками, компрессор же представлен полностью отдельным устройством и обеспечивает простоту при монтаже;
  9. Турбина предоставляет лучшие показатели на высоких и максимальных оборотах и пиковых скоростных режимах; Компрессор выделяется подхватом в самом «низу»;
  10. Компрессор можно свободно подобрать и приобрести, причем сделать это можно практически под любую модель авто, а вот выбор турбин заметно ограничен;
  11. Стоимость компрессора и его установки получается более доступной по сравнению с турбиной;

Как вы уже поняли из всего вышесказанного, установка любого типа компрессора является не самой простой задачей. Перед установкой стоит тщательно взвесить все «за» и «против» относительно каждого из доступных решений по обеспечению наддува, а также просчитать необходимые итоговые показатели мощности в соответствии с поставленной задачей.

Сегодня же оптимальным можно считать систему двойного наддува, когда на одном моторе задействованы механический компрессор и турбонаддув одновременно. При этом устройства работают на разных оборотах, обеспечивая максимум эластичности и комфорта в широком диапазоне оборотов двигателя.

Читайте также

Компрессор или турбина что лучше выбрать для автомобиля: преимущества и недостатки этих агрегатов

В наше время очень актуально увеличивать скоростные показатели своего автомобиля. Наиболее распространённые варианты это установка компрессора или турбины: что лучше пробуем разобраться в этой статье.

Но для начала разберёмся с принципами работы, плюсами и минусами данных улучшений для двигателя.

Принцип работы компрессора

Существуют объёмные нагнетатели, они подают воздух в двигатель равными порциями независимо от скорости, что даёт преимущества на низких оборотах.

Нагнетатель

Компрессоры внешнего сжатия, очень хорошо подходят там, где требуется много воздуха на низких оборотах. Минус, это то, что давления он сам не создаёт и может создать обратный поток. Его сжатие имеет довольно низкий КПД.

Компрессоры внутреннего сжатия довольно хороши на высоких оборотах и имеет намного меньший эффект обратного потока. Из-за высоких требований к изготовлению имеют высокую цену, а при перегреве имеют шанс заклинивания.

Динамические нагнетатели работают при достижении, определённых оборотов, но зато с большой эффективностью.

Компрессоры работают от коленчатого вала двигателя с помощью дополнительного привода. И поэтому обороты компрессора зависят от оборотов двигателя.

Видео: устройство и принцип работы винтового компрессора.

Так, переходим к турбо-наддуву, чтобы определиться, что лучше компрессор или турбина.

Принцип работы турбины

Турбина работает за счёт энергии отработавших газов. Турбокомпрессор — это комбинирование турбины и центробежного компрессора.

Выхлопные газы с большей скоростью вращают колесо турбины на валу, а в другом конце вала находится центробежный насос, который нагнетает больше воздуха в цилиндры.

Чтобы охладить сжатый турбиной воздух, используют дополнительный радиатор — интеркулер.

Недостатки компрессора и турбины

Турбина хорошо подходит для обогащения кислородом топливной смеси. Но всё же имеет свои минусы:

  • турбина — это стационарное устройство и требует полную привязку к двигателю;
  • на малых оборотах она не даёт большой мощности, а только на больших способна показать всю свою мощь;
  • переход с малых оборотов до высоких называется турбо — ямой, чем большую мощность имеет турбина, тем больше будет эффект турбо — ямы.

В наше время уже имеются турбины, отлично работающие на высоких и на низких оборотах двигателя, но и цена у них соответственно приличная. При выборе компрессора или турбины, многие отдают предпочтение турбо-наддуву, независимо от цены.

Что же лучше — компрессор или турбина

С компрессором намного проще при установке и эксплуатации. Работает он на низких и на высоких оборотах. Также он не требует больших усилий или затрат при ремонте, так как в отличие от турбины, компрессор независимый агрегат.

Чтобы настроить турбину, понадобится хороший специалист для настройки под топливную смесь. А что бы настроить компрессор не нужно больших усилий, или каких либо профессиональных знаний, всё настраивается топливными жиклёрами.

Помимо всего, турбо-наддув довольно сильно нагревается, из-за своей особенности, развивать очень высокие обороты.

У приводных нагнетателей (компрессор), давление не зависит от оборотов и поэтому автомобиль очень чётко реагирует на нажатие педали газа, а это довольно ценное качество, когда машина разгоняется. Ещё они очень просты в своей конструкции.

Но есть недостатки и у компрессоров, моторы оборудованные нагнетателями с механическим приводом имеют большой расход топлива и меньший КПД, в сравнении с турбиной.

Также имеются большие различия в цене. Любая мощная турбина популярного производителя будет иметь большую стоимость и будет дорога в обслуживании. И к тому же требуется для её установки, немало дополнительного оборудования. Компрессору же, нужен только дополнительный привод.

Видео: как работает турбина и компрессор.

В любом случае решать вам, что лучше компрессор или турбина, взвесьте все положительные и отрицательные качества, и сделайте правильное решение!

Загрузка…

всё о компрессорах и турбинах

Человек – существо неугомонное. После того, как появился первый автомобиль, желание ездить быстрей и быстрей не дает покоя ни конструкторам, ни автогонщикам, ни почтенным отцам многодетных семейств. Еще чуть больше скорости, чуть выше мощность, быстрей разгон – так по крупицам изобретались, тестировались и внедрялись в жизнь различные улучшения двигателей.

Как увеличить мощность двигателя? Чтобы получить больше силы на выходе, нужно дать больше энергии на входе, а значит, сжечь в двигателе больше топлива. Поскольку законы физики обойти еще никому не удалось, самым простым способом будет увеличение объема двигателя. Чем больше топлива сгорает в цилиндре, тем больше энергии высвобождается. Но этот путь вскоре завел в тупик: увеличивать объем нужно вместе с весом самого двигателя, и с определенного момента такой прирост теряет смысл: мотор становится настолько тяжелым и сложным, что вместо повышения эффективности системы ее показатели, наоборот, снижаются. Но до этого человеческий гений породил таких монстров, как 16-цилиндровые двигатели, разработанные для гоночных автомобилей.

BRM V16: 16-цилиндровый двигатель с компрессором,
угол между цилиндрами 135 градусов, объем 1,5 л,
мощность 475 л.с. при 11500 об/мин
(пиковая мощность 500-600 л.с.),
занявший 5-е место на Гран-при в Британии в 1951 г.

Если увеличивать объем двигателя можно только до определенного предела, то второй вариант – просто подать больше топлива в цилиндр. Но тут появляется другая проблема: одновременно необходимо подать и больше воздуха, чтобы сохранить оптимальное (стехиометрическое) соотношение – 14 объемных частей воздуха на 1 часть топлива, необходимое для полного сгорания. Конструкторы пришли к выводу, что при неизменном объеме цилиндра больше воздуха к топливу можно подать только с помощью искусственного наддува. Так появилась идея компрессоров и турбин, позволяющих увеличить мощность двигателя без изменения его кубатуры. Как правило, компрессорами называют устройства, работающие от коленвала двигателя, а турбинами – приводимые в движение потоком выхлопных газов. Но в обоих случаях назначение их одинаково: подача дополнительного воздуха в камеру сгорания для увеличения мощности двигателя.

 

Приводные компрессоры

 

Роторный компрессор, Roots, Рутс

Первый вариант конструкции, который и сейчас можно встретить на некоторых автомобилях. Два встречно вращающихся ротора (двух- трех- или четырехлопастных) подают воздух во впускной коллектор, нагнетая в нем давление, а из коллектора воздух под напором поступает в цилиндры двигателя.

 

Винтовой компрессор, Lysholm, Лисхольм

Принцип действия несколько отличается от роторного: в корпусе расположены два встречно вращающихся винта сложной формы, которые захватывают воздух в канавки и транспортируют его к выпуску с одновременным сжатием. Производительность винтового компрессора намного выше, чем роторного, и он не создает турбулентности воздушного потока на высоких оборотах.

Такая конструкция требует высокой точности изготовления и качественных материалов, поэтому всегда стоила намного выше, чем роторная. Можно сказать, что винтовой компрессор относится к устройствам класса «люкс».

 

И роторный, и винтовой компрессоры работают без присутствия масла (за исключением подшипников валов). Корпус и сами вращающиеся детали разделены между собой микрозазорами, и по этой же причине не нуждаются в остаточном охлаждении после остановки двигателя.

Синхронизация вращения валов выполнена с помощью шестеренчатой передачи от ведущего вала (соединенного ременным шкивом с коленвалом двигателя) к ведомому, позволяющей добиться высокой точности работы компрессора, без трения и перегрева.

 

Центробежный компрессор

В его конструкции используется только один вал, на котором закреплена крыльчатка. При вращении крыльчатка захватывает воздух из центра и отбрасывает его по периметру, откуда он поступает в напорный патрубок. Такая конструкция позволяет сделать компрессор негабаритным, легким, при этом не теряя в производительности.

 

Все приводные нагнетатели (компрессоры) объединены общими достоинствами: простота монтажа, эффективность при различной скорости оборотов, отсутствие перегрева и турболага (турбоямы) – типичной проблемы турбин.

А основной общий недостаток – привод от двигателя, в результате чего немного теряется мощность и увеличивается нагрузка на него. Но, несмотря на это, установка компрессора себя оправдывает: в среднем нагнетатель дает прирост 46% к мощности двигателя.

 

Турбонагнетатель (турбокомпрессор, турбина)

Несмотря на разнообразие конструкций приводных компрессоров, признание автолюбителей завоевали турбины – нагнетатели с турбо-приводом.

Турбина приводится в действие не от коленвала, а от потока выхлопных газов. Такая конструкция полностью устраняет нагрузку на двигатель и не требует дополнительных мощностей для работы.

Выхлопные газы, проходя в полость турбины, приводят в движение ротор, закрепленный на одном валу с крыльчаткой. А крыльчатка, в свою очередь, во время вращения накачивает воздух в систему впуска по тому же принципу, что и центробежный компрессор.

Особенностью турбины является зависимость скорости вращения не от оборотов двигателя напрямую, а от силы потока отработанных газов. С этим связано явление турбоямы или турболага – задержки реакции турбины (а следовательно, и набора мощности двигателем) при нажатии на педаль акселератора. Внешне это выглядит как секундная «задумчивость» мотора, которая затем сменяется резким скачком мощности. Конструкторы борются с турболагом различными методами, от чип-тюнинга (изменение параметров работы двигателя) до установки электромотора или баллона со сжатым воздухом для мгновенной подачи его в двигатель, пока турбина не раскрутится.

Монтаж турбины, в отличие от компрессора, связан с определенными сложностями. В связи с высокой нагрузкой (скорость вращения может достигать 300 тысяч оборотов в минуту в отличие от компрессоров, скорость которых максимум 20 тысяч оборотов в минуту) турбина требует постоянной смазки, так что ее включают в масляную магистраль и подводят моторное масло под давлением. С этим связана необходимость устанавливать турбины только в специализированном автосервисе.

 

Турбина с изменяемой геометрией, VNT

Одной из проблем турбокомпрессоров является слишком высокая скорость вращения на больших оборотах двигателя и недостаточная продуктивность на малых оборотах. Чтобы улучшить характеристики устройства, вокруг основного ротора устанавливаются дополнительные лопасти, изменяющие свое положение в ответ на команду регулирующего устройства. Поворот, увеличивающий площадь ротора, помогает сохранить высокие обороты при низком давлении выхлопных газов, а уменьшение площади ротора помогает турбине не превышать предельных оборотов, когда мотор работает на полной мощности. Это называют VNT (Variable Nozzle Turbine) или VGT-турбиной (Variable Geometry Turbocharger).

Турбина с изменяемой геометрией.
1. Ускорение вращения за счет «эффекта сопла»: на сужающемся участке напор воздушного потока возрастает.
2. Замедление вращения благодаря повороту лопастей, расширяющих канал для воздушного потока.

Существуют и другие модификации таких турбин: с выдвижными лопастями, с другим способом их крепления и т.д., но принцип действия от этого не меняется.

Управление такой турбиной осуществляется от вакуумного регулятора, электромотора или благодаря инерционному повороту самих лопастей.

 

Комбинированные системы

В разное время автоконструкторы экспериментировали с различными способами улучшения характеристик двигателя. Так появилась система двойного турбонаддува Twin Turbo или комбинированная система. Эти инженерные изыскания были направлены на устранение характерных недостатков разных видов компрессоров.

 

Двойной турбонаддув

По сути, это две турбины, установленные на двигатель по параллельной, последовательной или ступенчатой схеме. Изначально такая система предназначалась для устранения турболага, но она также помогает повысить мощность, оптимизировать режим работы двигателя и даже снизить расход топлива.

 

Параллельная система

Состоит из двух турбин с одинаковыми характеристиками, подключенных параллельно друг другу. Может устанавливаться на мощные V-образные двигатели, по одной турбине на каждый ряд цилиндров. Каждая из турбин подключается к отдельному ответвлению выпускного коллектора. Преимущество этой системы в том, что можно установить маленькие турбины, которые намного легче набирают скорость вращения, и таким образом уменьшить эффект турболага.

 

Последовательная система

Вверху: работа одной турбины на малых оборотах двигателя.
Внизу: Работа двух турбин для максимальной мощности.

Состоит из двух турбин, одна из которых работает постоянно, а вторая включается по необходимости (поток отработанных газов направляется на вторую турбину при открытии клапана на выпускном коллекторе). Воздух от обеих турбин поступает в общий впускной коллектор двигателя.

 

Двухступенчатая система

1. Две турбины работают последовательно (низкие обороты).
2. Турбины работают параллельно (средние обороты).
3. Работает только большая турбина (высокие обороты).

Достаточно сложная, но эффективная система, состоящая из двух последовательно подключенных турбин разного размера, соединенных перепускными патрубками и клапанами. На малых оборотах двигателя работает только меньшая турбина, поскольку она легче и имеет меньшую инерцию. При включении средних оборотов подключается большая, и обе турбины работают последовательно: большая подает поток воздуха на малую, от которой он поступает во впускной коллектор. При этом скорость большой турбины постепенно увеличивается, и на максимальных оборотах малая турбина отключается, чтобы не задерживать поток воздуха к мотору. Вся система регулируется датчиками и электромагнитными клапанами, открывающими или закрывающими отдельные участки системы выхлопа. С точки зрения производительности двигателя, двухступенчатая система дает максимальный эффект.

 

Комбинированный наддув, TSI

Попытки преодолеть эффект турбоямы привели к созданию концерном Volkswagen системы комбинированного наддува TSI (Turbo Stratified Injection), в которой сочетается приводной нагнетатель и турбина. Система подключена ступенчато: на низких оборотах двигателя работает только компрессор, дающий в таком режиме максимальный эффект. На средних оборотах компрессор и турбина работают вместе, а на максимальных оборотах компрессор отключается, и работает одна турбина. Такой способ наддува полностью устраняет эффект турбоямы, но оказался слишком дорогостоящим как в производстве, так и в обслуживании, и с 2011 года двигатели с комбинированным наддувом уже не производят.

 

Технические характеристики: что важно знать о турбине?

Один из важнейших технических показателей турбины это степень компрессии: способность повышать давление во впускном коллекторе и соответственно в цилиндрах двигателя. Знать этот параметр необходимо тем, кто хочет тюнинговать свой автомобиль и проводит расчеты для турбины.

Степень компрессии имеет две крайности: чем она выше, тем больше мощности можно получить от мотора (больше сжимается топливно-воздушная смесь в цилиндре и сильней отдача от ее сгорания). Но при превышении максимально допустимой силы сжатия появляется эффект детонации: смесь сгорает не тогда, когда нужно, а тогда, когда ее сжатие приводит к самовозгаранию. По этой причине на турбированных двигателях используют высокооктановый бензин.

То есть, максимальная компрессия показывает максимально возможное количество топлива (и соответственно воздуха), которое можно подать в цилиндр без вреда для двигателя.
Второй показатель турбины – рабочий диапазон вращения ротора. Это показатель скорости вращения от минимально полезной до максимально безопасной для устройства, превышение которой ведет к перегреву и преждевременному износу.

Также нелишним будет учесть показатели термоустойчивости турбины. Обычно производители указывают максимальную температуру отработанных газов на входе в турбину и максимальную температуру масла на входе. Чем мощней двигатель, тем выше будут эти температуры и тем тщательней нужно выбирать компрессор.

Поскольку турбина подключается к масляной магистрали, производители указывают оптимальные и минимальные показатели давления масла на входе.

Производительность компрессора определяется объемом воздуха, пропускаемым за один оборот ротора. Чем больше турбина, тем выше этот показатель, но и выше инерционность, так что в большинстве случаев специалисты рекомендуют выбирать компрессоры средней производительности.

 

Сколько служит турбина и отчего выходит из строя

Многие автомобилисты называют турбину расходным материалом: срок службы ее не слишком радует любителей уличных гонок. При идеальных условиях (передвижение по городу, регулярное ТО) турбина прослужит примерно 150 тыс. км. Но ведь турбины ставят не затем, чтобы чинно ездить 50 км/ч, так что при экстремальном использовании ресурс можно смело делить на 2, и то при грамотном обслуживании своей машины.

Безжалостная статистика утверждает: только 5% турбин выходят из строя, «померев своей смертью», то есть выработав заложенный в них ресурс полностью. В абсолютном большинстве случаев поломки случаются по причине недосмотра или небрежности хозяина автомобиля.

Два самых страшных врага турбины – посторонние предметы и масляное голодание (и вообще проблемы с маслом).

Учитывая огромную скорость вращения, даже безобидная на первый взгляд пыль может за короткое время сточить лопасти, забиться в подшипники и вывести турбину из строя. Поэтому турбированные двигатели намного чувствительней к качеству воздушного фильтра, чем обычные атмосферные. Добавить сюда дополнительную нагрузку на фильтр (воздух проходит через него с достаточно сильным напором) и становится понятно, почему многие, тюнингуя свой автомобиль, ставят фильтры нулевого сопротивления.

Но, каким бы качественным ни был фильтр, он может пострадать от попавшей в воздухозаборник влаги и испортиться (бумага после высыхания уже не выполняет свои функции). После поездки под хорошим сильным дождем лучше осмотреть фильтр сразу, и в случае необходимости заменить. Дешевле выйдет.

Повреждение турбины посторонними предметами

Посторонние предметы могут попасть не только на крыльчатку турбины, но и на ротор. Чаще всего это частицы кокса из выпускного коллектора, а иногда и детали двигателя (обломки клапанов, свечей зажигания и т.д.) Если мотор посыпался, турбина умирает практически сразу.

Проблемы со смазкой турбины встречаются даже чаще, чем поломки из-за посторонних предметов. Одна из самых распространенных причин проблемы – использование нерегламентированного масла (большей вязкости, другого качества и т.д.) В турбированных двигателях требования к маслу на порядок жестче, чем в атмосферных! От «неправильного» масла турбина выходит из строя раньше, чем двигатель.

Тут же нужно напомнить об интервале замены масла и масляного фильтра. Со временем в масле, и особенно в фильтре, накапливаются продукты сгорания, твердые частицы разного размера. Фильтр забивается и не пропускает достаточное количество масла, после чего в нем срабатывает перепускной клапан и масло проходит напрямую, без очистки. Если двигатель еще немного поработает в таком режиме, то турбина выйдет из строя сразу: твердые частицы сработают как абразив, а более мелкие забьют каналы для подачи масла к подшипникам турбины. При разборке компрессоров, пострадавших от масляного голодания, на металле часто можно видеть не только истертости, но и цвета побежалости – свидетельство критического перегрева.

Вал турбины со следами перегрева

Одним словом, система с наддувом намного чувствительней к работе всех смежных узлов, чем простая атмосферная. Это относится не только к зажиганию, подаче топлива и т.д., но и к состоянию катализатора и сажевого фильтра. Неисправный катализатор приводит к образованию сажи и кокса в выпускной системе, повышению нагрузки на турбину, а от нештатных нагрузок она выходит из строя.

Трещина в корпусе

 

Покупать ли автомобиль с турбодвигателем?

Несмотря на преимущества турбированных моторов, производители продолжают выпускать атмосферные двигатели, а покупатели зачастую выбирают именно их. Мотор без наддува привлекает большей надежностью, меньшими требованиями, меньшими затратами на обслуживание и ремонт. Так что для спокойной «семейной» езды подойдет и хороший «атмосферник», который, кстати, может быть намного эффективней, чем двигатель с неправильно подобранной или криво установленной турбиной.

Но ведь машина может больше! Установка компрессора позволяет раскрыться потенциалу двигателя, к тому же, как уже говорилось выше, турбонаддув помогает экономить топливо за счет оптимизации процесса работы. Так что любители быстрой езды выбирают турбо.

Нет однозначного ответа, что выбрать: атмосферный двигатель, приводной компрессор или турбину. Все они имеют свои плюсы и минусы, и нужно определиться, что подойдет именно под ваши нужды и желания.

 

 

 

 

Устройство газовой турбины и компрессора газотурбинной установки



Устройство газовой турбины и компрессора газотурбинной установки

Рис. Простейшая турбина

Газовая турбина представляет собой тепловой двигатель, в котором потенциальная энергия газа преобразуется в механическую энергию.

Продольный разрез простейшей газовой турбины показан на рисунке. На вал насажен диск 2, в котором укреплены рабочие лопатки 4. Вал с диском и лопатками в сборе называют ротором. Ротор турбины расположен внутри корпуса 5 и опирается на подшипники скольжения 6. Газ поступает к ротору турбины через сопла, образованные сопловыми лопатками 3. Сопла предназначены для преобразования потенциальной энергии газа в кинетическую. Внутри сопла давление газа уменьшается, а его скорость увеличивается. Перегородки, разделяющие сопла, называют сопловыми лопатками, а все сопловые лопатки, расположенные на одной окружности, — сопловой решеткой.

После сопловой решетки газ поступает к рабочим лопаткам. Промежутки между рабочими лопатками называют рабочими каналами, а все рабочие лопатки на диске — рабочей решеткой. Сопловую решетку и расположенную за ней по ходу газа рабочую решетку называют степенью. Рабочие лопатки изготовлены так, что каналы между ними имеют определенную форму. За счет изменения количества движения газа в рабочих каналах часть его энергии преобразуется в механическую, заставляя вращаться ротор. Ротор соединяется с потребителем механической энергии, которым на электрических станциях является электрический генератор, а на газоперекачивающих — нагнетатель газа.

Поступает газ в турбину через входной патрубок 9, а уходит из нее отработавший газ через выхлопной патрубок 8. Корпус турбины состоит из входного и выхлопного патрубков и той части, где расположены сопловые и рабочие лопатки. Таким образом корпус отделяет газ повышенного давления от окружающей среды. Однако в местах выхода ротора из корпуса имеются зазоры, и чтобы предотвратить утечку газа, в корпусе устанавливают уплотнения 7. Корпус турбины внутри или снаружи обязательно покрывают теплоизоляцией.

Компрессор служит для сжатия газа (воздуха) и повышения его энергии и температуры. При малых степенях сжатия в ГТУ в основном используют осевые компрессоры.

Простейший одноступенчатый компрессор состоит из тех же элементов, что и простейшая турбина. Так же как и турбина, компрессор имеет ротор состоящий из вала 1, диска 2 и рабочих лопаток 4. На внутренней поверхности корпуса компрессора располагаются направляющие лопатки 3. Решетку направляющих лопаток и следующую за ней рабочую решетку называют ступенью компрессора.

Воздух засасывается в компрессор через входной патрубок 9. Каналы между направляющими и рабочими лопатками имеют такую форму, что скорость воздуха в них уменьшается, а давление растет. Чтобы производилась работа сжатия воздуха, от турбины отбирается значительная часть мощности, необходимой для вращения ротора компрессора.

Выхлопной патрубок 8 (диффузор) служит для вывода воздуха из компрессора. Давление воздуха за диффузором значительно выше, чем во входном патрубке, и является наибольшим давлением в ГТУ.

Корпус компрессора состоит из входного патрубка, цилиндрической части, в которой расположены направляющие лопатки, и диффузора. Так же как в турбине, в местах выхода ротора из корпуса компрессора располагаются уплотнения 7. Турбины и компрессоры, имеющие одну ступень, называют одноступенчатыми. Турбины и компрессоры большой мощности с одной ступенью сконструировать обычно не удается. В этом случае на роторе приходится располагать несколько ступеней одну за другой. Такие турбины и компрессоры называют многоступенчатыми.



Разница между компрессором и турбиной

Рейтинг 5

В жизни каждого автовладельца наступает момент, когда ему не хватает мощности своего автомобиля. Классический и менее трудоемкий способ решения этой проблемы — установка нагнетателя воздуха. Но, если Вы решили увеличить мощность, перед Вами встанет выбор, а что же установить, турбину (турбокомпрессор) или компрессор? Это значит, что Вам необходимо разобраться, в чем разница между компрессором и турбиной?

В чем разница между компрессором и турбиной

И турбины и компрессоры называются системами с принудительной индукцией. Это связано с тем, что обе они предназначены для повышения производительности двигателя за счет принудительного заполнения камеры сгорания воздухом. Обе системы нагнетают воздух поступающий в двигатель обогащая топливовоздушную смесь в камере сгорания. Это в результате приводит к увеличению мощности. 



Несмотря на то, что они имеют одинаковое назначение — повышение мощности, компрессор и турбонагнетатель отличаются по конструкции и принципу работы. Так или иначе, общее правило такое:

«Турбокомпрессор начинает работать на высоких оборотах, компрессор выдает мощность сразу.»

Компрессор представляет собой механическое устройство. Оно приводится в движение самим двигателем посредством ременной передачи прикрепленный к коленчатому валу. Компрессоры, используемые для увеличения мощности двигателя бывают трех основных типов:

  • — центробежный
    — ротационный
    — винтовой

К преимуществам компрессора относят эффективный впрыск воздуха, который увеличивает мощность от 10 до 30%; очень надежную и прочную конструкцию; является полностью автономным устройством; во время его работы рабочая температура не увеличивается. Такие системы требует минимального обслуживания и могут быть установлены без привлечения специалистов.



Самым важным моментом является исключение эффекта «турбоямы». Компрессор моментально повышает мощность автомобиля, при работе ДВС на низких оборотах.

Что такое турбина машины

Работа турбокомпрессора (также «улитка» или турбонагнетатель) выполняет аналогичную функцию. Однако, разница между компрессором и турбиной в том, что она представляет собой более сложное устройство состоящее из самой турбины и компрессора. Другое существенное различие между двумя системами принудительной индукции состоит в том, что турбокомпрессор получает энергию не от ременной передачи, а от выхлопных газов мотора.
Принцип работы турбины относительно прост: при работающем двигателе он выделяет отработавшие газы которые вместо того, чтобы выходить прямо в атмосферу (через выхлопную трубу) проходят через специальный канал приводя турбину (вращающуюся крыльчатку) в движение. Она, свою очередь, нагнетает воздух и подавая его в камеру сгорания двигателя для обогащения топливно-воздушной смеси.



Из-за высоких рабочих температур она имеет короткий срок службы (в идеале при хорошем обслуживании пройдет до 200 000 км.). Поскольку турбина использует моторное масло для снижения рабочей температуры его необходимо менять на 30-40% раньше, чем в двигателе оснащенным компрессором, при чем использовать специально предназначенное для таких систем масло. Установка довольно сложна и почти невозможна без квалифицированной помощи. Итог — дорогое обслуживание.

Что такое турбояма

Помимо выше перечисленного, у турбокомпрессора есть существенный недостаток — он работает только на высоких оборотах, т.к. чтобы «раскрутить» крыльчатку на нее необходимо подать мощный поток выхлопных газов. Этот эффект носит название «турбо-яма» — задержка между нажатием на педаль газа и раскруткой турбины.

«В попытке устранить такой эффект, современные автопроизводители часто устанавливают обе системы: компрессор дает моментальную прибавку мощности на старте, благодаря чему мотор раскручивает турбину. Затем в работу вступает турбина. Вместе компрессор и турбокомпрессор дают существенную прибавку к мощности мотора.»


13 Компрессоры и турбины — СтудИзба

Тема 9

Турбомашины: компрессоры и турбины (вар 2)

9.1(2) Лопатки осевых компрессоров и турбин

Для начала мы должны различать угол положения лопатки относительно входящего потока, обозначенный здесь β, и направление потока, обозначенный здесь как α. В обоих случаях углы измерены от осевого направления. Определим углы, относительно любого из лопаточных венцов: 

Угол между входящим потоком газа и углом направления лопатки на входе определяется из формулы действия:

,

к которой обычно обращаются при необходимости введения независимой переменной для лопаточного венца. Соответственно угол на выходе из лопатки

,

это выражение также обычно используется как основная зависимая переменная. Поток не меняет своего направления настолько сильно, как это происходит с углом поворота лопатки, другими словами происходит положительное отклонение угла δ. В зависимости от формы лопаток и изменения состояния потока, его эффективности и числа Маха может изменяться величина отклонения потока.

На рисунке 9.1 схематично показаны формы лопаток компрессора и турбины с их функциями и сферой действия. Наличие лопаток предполагает потерю давления  торможения потока, в безразмерном представлении потери динамического давления изображены на рисунке 9.1. Важно, что потери при этом не слишком велики. Из рисунка 9.1 также видно, что для лопаток компрессора они намного больше, чем для лопаток турбины, хотя в обоих случаях направление выход потока изменено, не так сильно, как изменяется направление потока  на входе.

Как было упомянуто ранее, возрастающее давление в направлении движения потока для лопаток компрессора создаёт большие проблемы и трудности в управлении потоком, что в свою очередь приводит к ограничению и замедлению ожидаемых процессов. Из рисунка 9.1 видно, что величина поворота потока для лопаток компрессора намного меньше, чем для турбины, в компрессоре поток поворачивается на угол в 20°, когда для ряда турбин допускается поворот потока на величину угла, составляющую 63°. (Более современные лопатки турбины, допускают поворот потока на величину, превышающую 90°). Другой проблемой компрессора является более узкий диапазон сферы действия, при которых потери были бы минимальны.  Быстрый рост потерь становится следствием массивного отрыва пограничного слоя  Лопатки, показанные на рисунке 9.1, отображают другой важный аспект их функций. Лопатки компрессора поворачивают поток так, что на выходе он движется в осевом направлении, в то время как лопатки турбины направляют поток в тангенциальном направлении. Обычно, при проектировании принимают, что осевая скорость VX сохраняет постоянную величину вдоль всего лопаточного венца (и приемлемо для большинства компрессоров и турбин). Обычно, в реактивных двигателях радиальной скоростью пренебрегают; радиальные компрессоры применяют только не двигателях с небольшими габаритами. Для случая, когда лопатки компрессора расположены в ряд, существует возможность определения скорости на входе  и скорости на выходе . Из этого следует, что отношение , а для компрессора , следовательно . Другими словами, скорость потока, в лопаточном венце компрессора замедляется. На входе в турбину, поток отклоняется от осевого направления, , следовательно, в ряде лопаток турбины поток разгоняется.

Рисунок 9.1. Лопатки осевых компрессоров и турбин.

Вентилятор — специфическая ступень компрессора. Он занимает особое место в современных гражданских двигателях, так как имеет ряд лопаток с вращающимся первым рядом (ротором), входным направляющим аппаратом (ВНА) и вторым неподвижным рядом лопаток (называющимся статором). Поток вентилятором делится на две части, преимущественно большая часть идёт по второму контуру к реактивному соплу, а малая часть потока входит в газогенератор. Лопатки вентилятора имеют большую длину по сравнению с их осевыми размерами, а отношение радиуса втулки к радиусу периферии очень мало. Величина отношения радиусов менее 0.35 не может быть получена по механическим причинам. Поток имеет относительно высокое число Маха, и массовый расход в области входа в вентилятор составляет 88 % от предельной величины требуемого массового расхода двигателя, что заметно влияет на размеры двигателя. Для создания большей эффективности, предотвращения высокого уровня шума и повреждений, связанных со столкновением с птицами, не допускается эксплуатирование вентиляторов с высокими окружными скоростями; относительное число Маха на концевых частях лопаток вентилятора не должно превышать величины 1.6. В таком случае максимальное отношение давлений составляет 1.8, а эффективности соответствует  90 %. Так как вентилятор является специализированным компонентом, мы не будем рассматривать его проектирование и устройство далее, но обратим внимание на выбор вышеупомянутых параметров, чтобы не отклоняться от заданной программы и цели.

Упражнение 9.1*

                                                                           Тяга двигателя, степень двухконтурности и реактивная скорость были найдены в упражнениях 7.1 и 7.2 для крейсерского полета с М= 0.85 на высоте 31000 футов. Вычислите необходимую степень повышения давления в вентиляторе. Примите, что во внутреннем и внешнем контурах реактивные скорости равны.         

 (Ответ: Для bpr = 6, Р013/P02 = 1.81)

Используя массовый поток, рассчитанный в упражнении 7.2, найдите диаметр входа вентилятора, принимая, что массовый поток на единицу площади — 0.88 от критического и что относительный радиус втулки равен 0.35.

(Ответ: 2.71 м. для bpr = 6)

Упражнение 9.2*

            При условиях крейсерского полета предполагают, что вентилятор имеет степень повышения давления 1.6 и его эффективность — 90 %. Найдите температуру торможения T023 воздуха на входе в компрессор газогенератора. Используя выводы упражнения 7.2, найдите площадь при входе в компрессор газогенератора, если массовый поток должен быть 85% от критического (что соответствует числу Маха приблизительно 0.6). Предполагая, что относительный радиус втулки для основного компрессора — 0.70, найдите наружный радиус (максимальный радиус входного отверстия) и средний радиус на входе.

(Ответ: Т023 = 300.9 K, площадь = 0.504 м2, rt = 0.561 м., rm = 0.477 м)

Степень повышения давления основного компрессора — 25, полная степень повышения давления 40, плотность при выходе из основного компрессора в 8.5 больше входной и осевая скорость через компрессор постоянна. Найдите площадь на выходе из компрессора, предполагая, что средний радиус rm является равным на входе и выходе основного компрессора и что на выходе площадь может быть рассчитана с использованием формулы А=, где h — высота лопатки, найдите высоту лопатки на выходе из компрессора.

 (Ответ: h = 19.7 мм)

Упражнение 9.3*

                 Относительное Число Маха на периферии первой ступени ротора основного компрессора должно быть 1.10, считайте, что вход потока в газогенератор осевой с Vx/Ut = 0.50 на периферии, покажите, что результирующая скорость на периферии равна , где Ut— скорость лопатки на периферии ротора. Приняв температуру Т23 равной 287 K, найдите скорость на периферии лопатки и окружную скорость основного вала

 (Ответ: Ut = 334 м/с, Ω = 94.8 об/с

Упражнение 9.4*

                 Повышение энтальпии каждой ступени компрессора должно быть равным и не превышающим , тогда эффективность всего компрессора составит 90%. Температура торможения входа в основной компрессор получена в упражнении 9.2. Найдите число ступеней в основном компрессоре. С таким числом ступеней найдите .

 (Ответ: 15 ступеней, = 0.418)

Упражнение 9.5*

                 В упражнении 9.3 установили вращательную скорость основного вала, тогда средняя скорость лопатки для турбины зависит только от среднего радиуса. Учитывая предыдущий опыт и желание не повышать стоимость и вес, решено, что должно быть только две основные ступени турбины. Поддерживая кпд за счет того, что оценка работы турбины основывается на средней скорости лопатки,  и не должна превышать 2.0, найдите необходимый средний радиус турбины, не забывайте, что мощность основной турбины должна равняться мощности  основного компрессора.

 (Ответ: 0.597 м)

9.2(2) Осевая турбина

Концептуально, легче понять работу турбины, чем компрессора, поэтому мы начинаем с рассмотрения турбины. На рисунке 9.4 показаны полторы ступени турбины: ряд статора, далее по потоку ряд ротора и затем второй ряд статора. При проектировании ряды в турбинах располагают близко друг к другу, промежуток при этом составляет около 20 % от хорды лопатки, скорость вращения ротора обычно не отличается от скорости звука. В рядах ротора и статора поток ближе к тангенциальному направлению на выходе, чем на входе. К счастью, ещё давным-давно, был придуман метод, позволяющий с достаточной точностью смоделировать процесс для технических целей, который теперь успешно используется в  теории газовых турбин.

            Для получения достаточно точных расчётов течения газа в технических целях применяют метод, суть которого состоит в использовании своей системы координат, установленной для ряда лопаток ротора и статора: при рассмотрении ряда статора используют неподвижную систему координат, а скорости при этом характеризуются как абсолютные. Для ротора используется система, которая перемещается с ротором со скоростью U; здесь компоненты скорости характеризуются как относительные.

Рисунок 9.4. Схематическое представление ступени осевой турбины.

Состояния на выходе из статора станут состояниями на входе в ротор, и этот переход от относительной к абсолютной скорости  будет снова и снова повторяться в каждой ступени. Подход основывается на использовании треугольников скоростей, показанных на рисунке 9.5. Здесь принимаются за абсолютную скорость V, а за относительную – скорость . Поток входит в ряд статора 1 со скоростью V1, под углом α1 к осевому направлению. В этом сечении осевые и тангенциальные компоненты представлены в виде:  и , соответственно.

Рисунок 9.5. Осевая  ступень турбины и треугольники скоростей.

На выходе из статора абсолютная скорость — V2, с её осевыми и тангенциальными компонентами, определяемыми так же, как и скорость V1. Относительная скорость, для наблюдателя, на входе в ротор , может быть получена из векторных дополнений треугольника. Здесь рассматривается тот случай, когда осевая скорость равна, и в абсолютных и относительных системах отсчета, те есть , но тангенциальные скорости отличаются:

 

                                                           .

(9.6)

Из компонентов выражения скорости легко получить различные углы, например:

                                    

(9.7)

 

И так далее для других возможных комбинаций.

            Таким же образом задаются условия для выхода потока из ротора:

                                                           .

(9.8)

Для упрощения уравнений в обоих случаях принято, что величина скорости вращения лопаток U на входе и на выходе равна, другими словами не учитывается радиальное изменение положения лопаток, через которые проходит поток. Принимая во внимание это ограничение на постоянный радиус легко заметить, что энтальпия торможения на входе и на выходе из ротора, при использовании аналогичной (или той же самой) системы координат, остаётся величиной постоянной, то есть:

,

где

                                  .

(9.9)

Аналогичная ситуация наблюдается для лопаток ряда статора, для которых проявляется признак торможения энтальпии в абсолютных координатах. (Хотя для ряда статора это утверждение остаётся истинным даже при различных радиусах). В роторе и статоре, даже при отсутствии потерь, относительное давление торможения будет постоянным; фактически, потери происходят и в ряде лопаток турбины между 3 % и 6 % выхода, при этом обычно теряется  динамическое давление лопаток.

Уравнение работы Эйлера показывает абсолютное понижение энтальпии торможения  при переходе через ступень, показанной на рисунке 9.5:

                                       ,

(9.10)

 

с введением ограничения по постоянному радиусу выражение упрощается. Это уравнение может быть переписано в терминах относительной тангенциальной скорости как:

                                                     ,

(9.11)

где  и  направлены в одну сторону, так как скорость вращения лопаток ускоряется.

             Если осевая скорость выбрана величиной постоянной, в соответствии с уравнением (9.10), тогда выражение упрощается и принимает вид:

                                              ,

(9.12)

которое эквивалентно:

                                            ,

(9.13)

где  и  направлены в одну сторону в соответствии с выбранными направлениями  скоростей  и .

             Этот обмен работы происходит даже при реальных потерях. Эффект потерь должен создать большее снижение давления, чем для случая с той же самой температурой, при изоэнтропической потере. Если проект машины неудовлетворителен, однако, количество потерь может возрасти, обычно ограничиваются диапазонам подобных потерь  и .

Ступень турбины может быть представлена как расширяющийся ряд лопаточного венца, в котором скорость увеличивается. Если высокое давление, существующее в камере сгорания расширить в отдельной ступени, тогда действительно разовьётся высокая скорость (приблизительно 1 450 м / сек), которую не будет возможно использовать эффективно по назначению. Хитрость турбины заключается в том, что каждый ряд должен создавать меньшее расширение, обычно согласующееся со скоростями звука на данной ступени, а затем, изменяя систему отсчёта, уменьшить её на выходе к следующему лопаточному венцу. Этот процесс можно наблюдать на рисунке 9.5, где скорость, на выходе из статора, в абсолютной системе отсчёта, довольно высока, но соответствующая ей скорость на входе в ротор уже заметно меньше по величине. Аналогично скорость, на выходе из ротора высока в относительной системе отсчёта, но соответствующая ей скорость в абсолютной системе отсчёта на входе в статор заметно ниже. Каждый ряд лопаток турбины принимает поток, направление которого не очень отличается от осевого направления, и поворачивает его в сторону тангенциального, таким образом, сокращая площадь потока и увеличивая его скорость.

Упражнение 9.6

         В упражнении 9.5 была установлена безразмерная работа на выходе из ступеней основной турбины на среднем радиусе. Возьмите Vx/Um = 0.55 и предположите, что во всех ступенях поток является осевым в каждом ряде статора в абсолютной системе отсчета; это определяет треугольник скоростей на выходе из ротора так же, как условия на входе в статор. Найдите направление потока из лопаток статора. Предположите, что осевая скорость является постоянной от входа до выхода. Изобразите треугольники скоростей и эскиз поперечного сечения лопатки, чтобы получить желательную нагрузку. (Предположите, что направление потока то же самое, что и на выходе из лопатки).                                                                                    (Ответ: α2 = 74.6 °)

Упражнение 9.7*

         Длина лопаток турбины в радиальном направлении еще не была выбрана. Предположите, что поток заперт на выходе из первой ступени статора. Зная массовый расход, температуру торможения (которая равна 1450К на крейсерском режиме и не падает в статоре) и давление (принятое равным давлению на выходе из компрессора), можно найти требуемую площадь. Рассчитайте проходное сечение, приняв высоту лопатки h короткой относительно среднего радиуса так rm Средний радиус был найден в упражнении 9.5. Используйте его, чтобы найти h на входе в первый ротор.

(Ответ: h = 38 мм)

Изобразите схему основной турбины в осевом-радиальном направлении. Предположите, что площадь увеличивается в обратной пропорциональности с плотностью, основываясь на использовании вычисления в условиях торможения Т00k-1=constant. Для основной турбины коэффициент пропорциональности основан на осевом проецировании хорды (относительное удлинение — пролет лопатки, разделенный на ее хорду) не должно быть меньше одного и не должно превышать 2.5.

Упражнение 9.8*

         Угловая скорость ротора низкого давления установлена в соответствии с требованием окружной скорости лопатки вентилятора: принято, что угловая скорость вращения ротора низкого давления — 53 об/с (3180 об/мин). Если скорость лопатки турбины низкого давления может быть высокой, что означает возможность большего среднего радиуса, мы можем иметь меньше ступеней для того же самого коэффициента нагрузки. Но слишком большой средний радиус не является удовлетворительным. Для турбины низкого давления мы должны выбрать количество ступеней (приемлемым считается до шести ступеней), однако, в весовом и стоимостном отношении число ступеней более 4 является затруднительным.

Используйте направляющие линии, ∆h0/Um2 не должен превысить 2.5 и Vx/Um не должно превысить 1.0 для турбины низкого давления, чтобы найти средний радиус турбины низкого давления и требуемое число ступеней. (из упражнения 7.1 снижение температуры в турбине низкого давления — приблизительно 361 К для bpr = 6 и около 376.2 для bpr = 10.) Предполагают, что поток только осевой в абсолютной системе координат в каждом венце статора, так как это делает эти оценки намного легче; это предположение — обычно недалеко от действительности.         

(Ответ: для bpr = 6; с 5 ступенями rm/<0.51 м., с 4 ступенями rm/< 0.572 m).

Сделайте некоторые эскизы возможных расположений, допуская относительное удлинение, основанное на осевых проекциях хорды, в пределах 4.

9.3(2) Осевой центральный компрессор

Рисунок 9.6. Осевая ступень компрессора.

На рисунке 9.6 показана ступень компрессора и соответствующие ей треугольники скоростей. На входе в ротор действует абсолютная скорость – , под углом  к направлению оси. В относительных координатах, соответствуя тому, что видел бы наблюдатель, находящийся на роторе, действует скорость (относительная), которая наклонена к направлению оси под углом . Отсюда, для потока в роторе можно записать:

                                               .

(9.14)

Аналогичное выражение можно записать для потока выходящего из ротора. Для этого воспользуемся теми же самыми тригонометрическими выражениями, которые использовались для выражения скоростей в турбине:

.

Для состояний, изображённых на рисунке 9.6, работа равна повышению торможения энтальпии   в ступени, описывается уравнением Эйлера:

.

С введением допущения о постоянстве радиуса, выражение значительно упрощается. При постоянной осевой скорости данное выражение примет вид:

                                              ,

(9.15)

или эквивалентное ему выражение:

                                            .

(9.16)

Обратим внимание на тот факт, что для турбины отклонение потока может составлять 90º и более, а для компрессора это отклонение на превышает 45º. Тогда величина  для ступени компрессора в несколько раз меньше, чем для ступени турбины.

Как уже было отмечено, компрессор меньше «прощает» неточности, чем турбина. В турбине отклонения от нормального диапазона величин для  и , приведёт к потере эффективности. Работа компрессора вне нормальных условий вызовет отклонения от нормальной работоспособности всей машины. Предпосылки проблемы должны быть замечены при анализе рисунка 9.1,  на котором изображён узкий проход, по которому лопатки компрессора отклоняют поток и разгоняют его. (Отклонение — угол между направлением выхода потока и непосредственно направлением лопатки на выходе потока). Однако, если нормально действующие пределы завышены, есть возможность отклонения повышения в сторону с более высокими величинами. Для статора это обозначает, что угол будет составлять величину намного большую, чем предполагалось при проектировании, аналогично для ротора по  углу  эффективность работы резко понизится.

Практически невозможно уменьшить скорость потока более чем на 50 % от её первоначального значения на входе, потому что пограничные слои стремятся отделиться. Так как для заполнения всей площади расширяется отделенный «слой», исключается любой другой метод увеличения площади и понижения скорости потока. Компрессор имеет «хитрость», заключающуюся в замедлении скорости потока на большом количестве ступеней, каждая из которых повышает давление на относительно малую величину. Таким образом, в роторе, изображённом на рисунке 9.6, поток замедляется, вероятно, только до отрыва пограничного слоя. Тогда переходим на абсолютную систему отсчёта, связанную со статором, который понижает повышенную до этого скорость.

Упражнение 9.9

         Условия на входе в основной компрессор были определены в упражнении 9.2, включая втулку и периферию в Упражнении 9.2. Число ступеней было также определено, таким образом известно и повышение энтальпии в каждой ступени. Предположим, что средний радиус остается постоянным по длине компрессора, и что осевая скорость постоянна от входа до выхода и равна 0.5Um, предположим, что поток является осевым в каждой ступени, и что работа на входе является одинаковой в каждой ступени.

Найдите направление потока α2 в статоре типичной ступени в среднем радиусе, и сделайте  набросок лопастей, принимая углы падения и отклонения нулевыми.

(Ответ: α2 = 39.8о).

Упражнение 9.10

           Выполните эскиз двигателя, учитывая размещение основного компрессора и турбины, которые Вы определили. Важным компонентом, которым мы пренебрегли в этом курсе, является камера сгорания. Используйте сечения двигателя, указанные на рисунке 5.4, чтобы получить общее представление.

             Постарайтесь избегать построения извилистых каналов. Соответствовать деталям упражнения  чрезвычайно трудно, но у Вас будет достаточно времени, чтобы ознакомиться со всеми схемами двигателей. Главная идея состоит в том, чтобы получить представление о компоновке двигателя. (Рекомендуется, чтобы это было сделано на бумаге в клетку).

Резюме темы 9

Компрессоры и турбины состоят из ступеней, состоящих из рядов неподвижных лопаток (статора) и вращающихся рядов лопаток (ротора). Повышение давления в ступнях компрессора  намного меньше, чем понижение давления в ступнях турбины из-за благоприятного градиента давлений в турбине и неблагоприятного градиента давлений в компрессоре.

Лопатки компрессора работают удовлетворительно в более узком диапазоне углов атаки; когда величина угла становится слишком большой, массивное разделение пограничных слоёв может привести к большому увеличению потерь и сокращению эффективности.

Удовлетворительное сочетание работы компрессора и турбина возможно только в узком диапазоне отношений  и . Приемлемые величины этих безразмерных параметров часто представлены через величины условий для средних сечений по высоте лопаток. Практические ограничения часто создают невозможные условия при желаемых пределах, потому что турбина, как компонент, больше «прощает» неточности, и компромиссы  здесь более допустимы. Хотя нет никаких потребностей в поддержании осевой скорости постоянной при проходе через многоступенчатый компрессор или турбину, но это приближение более разумно. Это условие приводит к уменьшению высоты лопатки по длине компрессора и увеличению для лопаток турбины.

Работа в турбине или компрессоре описывается уравнением работы Эйлера:

«1 Этапы развития автоматизации» — тут тоже много полезного для Вас.

, в нашей литературе окружная составляющая скорости обозначается как Сu

Практический способ рассмотрения рядов лопаток турбины или компрессора состоит в принятии относительной системы координат для ротора  и абсолютной системы координат для статора. Наиболее лёгкий способ состоит в использовании треугольников скоростей.

Возможны значительные упрощения в том случае, если скорость потока на подходе к ротору принять равной скорости на выходе из него.

Ступень компрессора турбины — это… Что такое Ступень компрессора турбины?

Ступень компрессора турбины
Ступень компрессора турбины
совокупность вращающегося и неподвижного лопаточных венцов. В компрессоре ступенью называют рабочее колесо и расположенный за ним направляющий аппарат (осевой и диагональный компрессоры) или безлопаточный и лопаточный диффузоры (центробежный компрессор), в турбине — сопловой аппарат и стоящее за ним рабочее колесо (осевая и центростремительная турбины). В зависимости от Маха числа M потока перед венцами ступень называют дозвуковой (M 1 на части высоты лопатки хотя бы в одном венде) и сверхзвуковой (M > 1 по всей высоте лопатки хотя бы в одном венце). В турбине преобразование потенциальной энергии газа в кинетическую происходит в каналах лопаточных венцов соплового аппарата и ротора, распределение теплоперепада между венцами характеризуется степенью реактивности ступени (отношением теплоперепадов, срабатываемых в рабочем колесе и ступени). Значение её в зависимости от назначения турбины изменяется в широких пределах: от нуля, когда вся потенциальная энергия преобразуется в кинетическую в сопловом аппарате турбины (активные ступени), примерно до 0,5 (реактивные ступени). В турбинах авиационных газотурбинных двигателей применяются обычно реактивные ступени. В компрессорах также применяются, как правило, реактивные ступени, степень реактивности которых равна 0,5 и выше.

Авиация: Энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия. Главный редактор Г.П. Свищев. 1994.

.

  • Струхала число
  • Стэнтона число

Полезное


Смотреть что такое «Ступень компрессора турбины» в других словарях:

  • ступень компрессора турбины — ступень компрессора турбины — совокупность вращающегося и неподвижного лопаточных венцов. В компрессоре ступенью называют рабочее колесо и расположенный за ним направляющий аппарат (осевой и диагональный компрессоры) или безлопаточный и… …   Энциклопедия «Авиация»

  • ступень компрессора турбины — ступень компрессора турбины — совокупность вращающегося и неподвижного лопаточных венцов. В компрессоре ступенью называют рабочее колесо и расположенный за ним направляющий аппарат (осевой и диагональный компрессоры) или безлопаточный и… …   Энциклопедия «Авиация»

  • каскад компрессора (турбины) — Одна ступень или группа ступеней компрессора (турбины) ГТД, установленных на одном валу. [ГОСТ 23851 79] Тематики двигатели летательных аппаратов EN compressor (turbine) spool FR corps du compresseur (de la turbine) …   Справочник технического переводчика

  • Каскад компрессора (турбины) — 47. Каскад компрессора (турбины) E. Compressor (turbine) spool F. Corps du compresseur (de la turbine) Одна ступень или группа ступеней компрессора (турбины) ГТД, установленных на одном валу Источник: ГОСТ 23851 79: Двигатели газотурбинные… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • СТУПЕНЬ — (1) часть компрессора, турбины, совокупность устройств тепловых машин и двигателей, обеспечивающие требуемый уровень перепада давления, развития скорости, передачи мощности и т. п.; (2) С. ракеты отделяемая часть многоступенчатой (см.),… …   Большая политехническая энциклопедия

  • ступень — 3.16 ступень: Простейшее средство доступа, состоящее из ровной плоской поверхности. Источник: ГОСТ Р 53487 2009: Безопасность аттракционов. Оборудование надувное игровое. Требования безопасности. Методы испытаний …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • турбина компрессора TK — Ступень (ступени) турбины ГТД, механически связанная с компрессором. [ГОСТ 23851 79] Тематики двигатели летательных аппаратов EN compressor turbine DE Turbine des Verdichters FR turbine de compressem …   Справочник технического переводчика

  • Турбина компрессора — 99. Турбина компрессора тк D. Turbine des Verdichters E. Compressor turbine F. Turbine de compresseur Ступень (ступени) турбины ГТД, механически связанная с компрессором Источник: ГОСТ 23851 79: Двигатели газотурбинные авиационные. Термины и… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • турбина — Ступень осевой турбины. турбина газотурбинного двигателя — узел ГТД, предназначенный для преобразования энергии газа в работу на валу, затрачиваемую на привод компрессора двигателя и в зависимости от назначения ГТД, других устройств… …   Энциклопедия «Авиация»

  • турбина — Ступень осевой турбины. турбина газотурбинного двигателя — узел ГТД, предназначенный для преобразования энергии газа в работу на валу, затрачиваемую на привод компрессора двигателя и в зависимости от назначения ГТД, других устройств… …   Энциклопедия «Авиация»

Компрессоры

Эта страница предназначена для учащихся колледжей, старших и средних школ. Для младших школьников более простое объяснение информации на этой странице: доступно на Детская страница.

Большинство современных пассажирских и военных самолетов оснащены двигателями газотурбинные двигатели, также называемые реактивными двигатели.Есть несколько разных типы газотурбинных двигателей, но все газотурбинные двигатели имеют некоторые общие детали. Все турбины двигатели имеют компрессор для повышения давления поступающий воздух до того, как он попадет в камеру сгорания. Производительность компрессора имеет большое влияние на общий двигатель представление.

Как показано на рисунке выше, существует два основных типа компрессоры: осевой и центробежный .На картинке компрессор слева называется осевым компрессором, потому что поток через компрессор проходит параллельно оси вращения. В компрессор справа называется центробежным компрессор, потому что поток через этот компрессор повернут перпендикулярно оси вращения. Центробежные компрессоры, которые использовались в первых реактивных двигателях, до сих пор используются на малых турбореактивных двигателях а также турбовальный двигатели и насосы на ракета двигатели.Современный большой турбореактивный и турбовентилятор в двигателях обычно используются осевые компрессоры.

Почему переход на осевые компрессоры? Средняя, ​​одноступенчатая, центробежный компрессор может увеличить давление в 4 раза. аналогичный средний, одноступенчатый осевой компрессор увеличивает давление только на коэффициент 1,2. Но связать вместе несколько ступеней и изготовить многоступенчатый осевой компрессор . в многоступенчатый компрессор, давление перемножается из ряда в ряд (8 ступеней на 1.2 на ступень дает коэффициент 4,3). Это намного больше сложно изготовить эффективный многоступенчатый центробежный компрессор потому что на каждом этапе поток должен возвращаться к оси. Поскольку поток направлен перпендикулярно оси, двигатель с центробежный компрессор, как правило, шире, имеет большее поперечное сечение площадь, чем соответствующая осевая. Это создает дополнительные нежелательные сопротивление самолета. По этим причинам наиболее высокая производительность, высокое сжатие В турбинных двигателях используются многоступенчатые осевые компрессоры.Но если бы только требуется умеренная степень сжатия, центробежный компрессор намного проще в использовании.


Действия:

Экскурсии с гидом

Навигация ..


Руководство для начинающих Домашняя страница

Сопряжение компрессора и турбины

Самые современные пассажирские и военные самолеты оснащены двигателями газотурбинные двигатели, также называемые реактивными двигатели.Первый и самый простой вид газовая турбина — турбореактивный. в турбореактивный двигатель, большое количество окружающего воздуха подводится в двигатель через впуск. Воздух давление и температура увеличиваются компрессором, который выполняет работу над потоком. В горелке воздух смешивается с небольшим количеством топлива и воспламеняется. Горячий выхлоп затем проходит через турбину. Турбина забирает немного энергии из горячего выхлопа, чтобы повернуть вал, приводящий в действие компрессор.Но есть достаточно энергии, чтобы обеспечить тягу реактивного двигателя за счет увеличение скорости через сопло.

На отдельных страницах описываются аспекты термодинамики и производительности. впуска, компрессора, горелка, турбина, и насадка. Изменение давления EPR и изменение температуры ETR через двигатель можно определить, если мы знаем компонентные характеристики. Общая мощность двигателя, тяга и расход топлива, затем можно легко определенный. Задача упрощена (немного) потому, что компрессор и турбина соединены между собой главным валом .Работа, выполняемая турбиной, должна равняться требуемой работе. компрессором. На этом слайде мы воспроизводим рабочие уравнения из компонент скользит, а затем упростите уравнение, чтобы решить для степень сжатия турбины TPR в пересчете на компрессор степень сжатия CPR , общая температура в компрессоре поверхность Tt2 или общая температура набегающего потока, а общая температура на входе в турбину Tt4 . ((gam — 1) / gam) — 1) / nc

Где cp — это коэффициент удельной теплоемкости при постоянном давлении, gam — коэффициент удельной теплоемкости, а nc — КПД компрессора.((гамма -1) / гамма) — 1) / (nc * nt * Tt4)

Мы можем использовать это уравнение двумя способами. Мы можем указать давление увеличения компрессора, чтобы определить потерю давления через турбина. Или, если мы знаем потерю давления в турбине, мы может решить проблему повышения давления через компрессор. Первое использование уравнения используется при предварительном проектировании двигателя, в то время как второе использование используется для определения характеристик «вне конструкции».

Каждый двигатель разработан с учетом определенного набора желаемых условий.Те условия могут включать размер двигателя, тягу на взлет, или максимальная тяга на некоторой заданной высоте. На расчетного состояния, мы можем выбрать значения важных термодинамических переменные: максимальная температура горелки, CPR и форсунка площадь. Все остальные условия полета, скорость и высота, а также дроссельная заслонка. установка будет «не по дизайну». Для существующего двигателя давление потери через турбину можно определить по потоку воздуха через форсунка и дроссельная заслонка Tt4 , как показано на отдельной горка.Из приведенного выше уравнения мы можем определить компрессор степень сжатия.


Действия:

Экскурсии с гидом
  • EngineSim — Симулятор двигателя:

Навигация ..


Руководство для начинающих Домашняя страница

Газотурбинный двигатель | Британника

Газотурбинный двигатель , любой двигатель внутреннего сгорания, использующий газ в качестве рабочего тела, используемого для вращения турбины.Термин также обычно используется для описания полного двигателя внутреннего сгорания, состоящего, по меньшей мере, из компрессора, камеры сгорания и турбины.

Общие характеристики

Полезную работу или тягу можно получить от газотурбинного двигателя. Он может приводить в действие генератор, насос или воздушный винт или, в случае чисто реактивного авиационного двигателя, развивать тягу, ускоряя поток выхлопных газов турбины через сопло. Такой двигатель, который при той же мощности намного меньше и легче поршневого двигателя внутреннего сгорания, может производить большую мощность.Возвратно-поступательные двигатели зависят от движения поршня вверх и вниз, которое затем должно быть преобразовано во вращательное движение с помощью механизма коленчатого вала, тогда как газовая турбина передает мощность вращающегося вала напрямую. Хотя концептуально газотурбинный двигатель представляет собой простое устройство, компоненты эффективного агрегата должны быть тщательно спроектированы и изготовлены из дорогостоящих материалов из-за высоких температур и напряжений, возникающих во время работы. Таким образом, установки газотурбинных двигателей обычно ограничиваются крупными установками, где они становятся рентабельными.

Циклы газотурбинного двигателя

Большинство газовых турбин работают в открытом цикле, в котором воздух забирается из атмосферы, сжимается в центробежном или осевом компрессоре, а затем подается в камеру сгорания. Здесь топливо добавляется и сжигается при практически постоянном давлении с частью воздуха. Дополнительный сжатый воздух, который обходится вокруг секции горения и затем смешивается с очень горячими газами сгорания, необходим для поддержания температуры на выходе из камеры сгорания (фактически, на входе в турбину) на достаточно низком уровне, чтобы турбина могла работать непрерывно.Если установка должна производить мощность на валу, продукты сгорания (в основном воздух) расширяются в турбине до атмосферного давления. Большая часть мощности турбины требуется для работы компрессора; только остальная часть доступна для обеспечения работы вала генератора, насоса или другого устройства. В реактивном двигателе турбина предназначена для обеспечения мощности, достаточной для привода компрессора и вспомогательных устройств. Затем поток газа выходит из турбины с промежуточным давлением (выше местного атмосферного давления) и проходит через сопло для создания тяги.

В первую очередь рассматривается идеализированный газотурбинный двигатель, работающий без потерь по этому простому циклу Брайтона. Если, например, воздух поступает в компрессор при 15 ° C и атмосферном давлении и сжимается до одного мегапаскаль, он затем поглощает тепло от топлива при постоянном давлении до тех пор, пока температура не достигнет 1100 ° C, прежде чем расширится через турбину обратно до атмосферного. давление. Этот идеализированный блок потребует выходной мощности турбины 1,68 киловатт на каждый киловатт полезной мощности с 0.68 киловатт потребляется для работы компрессора. Тепловой КПД установки (чистая произведенная работа, разделенная на энергию, добавленную через топливо) составит 48 процентов.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Фактическая производительность при простом разомкнутом цикле

Если для агрегата, работающего в пределах одного и того же давления и температуры, компрессор и турбина имеют КПД только 80 процентов (, т.е. , работа идеального компрессора равна 0.В 8 раз больше фактической работы, в то время как фактическая мощность турбины в 0,8 раза больше идеальной мощности), ситуация кардинально меняется, даже если все остальные компоненты остаются идеальными. На каждый киловатт производимой полезной мощности турбина теперь должна производить 2,71 киловатт, а работа компрессора становится 1,71 киловатт. Тепловой КПД снижается до 25,9 процента. Это демонстрирует важность высокоэффективных компрессоров и турбин. Исторически сложность разработки эффективных компрессоров, даже более эффективных, чем эффективных турбин, задерживала разработку газотурбинного двигателя.Современные агрегаты могут иметь КПД компрессора 86–88 процентов и КПД турбины 88–90 процентов при проектных условиях.

КПД и выходную мощность можно увеличить за счет повышения температуры на входе в турбину. Однако все материалы теряют прочность при очень высоких температурах, а поскольку лопатки турбины движутся с высокой скоростью и подвергаются серьезным центробежным напряжениям, температура на входе в турбину выше 1100 ° C требует специального охлаждения лопаток. Можно показать, что для каждой максимальной температуры на входе в турбину существует также оптимальное соотношение давлений.Современные авиационные газовые турбины с охлаждением лопаток работают при температурах на входе в турбину выше 1370 ° C и соотношении давлений около 30: 1.

Промежуточное охлаждение, повторный нагрев и регенерация

В авиационных газотурбинных двигателях необходимо обращать внимание на вес и диаметр. Это не позволяет добавлять дополнительное оборудование для повышения производительности. Соответственно, двигатели коммерческих самолетов работают по простому циклу Брайтона, идеализированному выше. Эти ограничения не применяются к стационарным газовым турбинам, в которые могут быть добавлены компоненты для повышения эффективности.Усовершенствования могут включать (1) уменьшение работы сжатия за счет промежуточного охлаждения, (2) увеличение мощности турбины за счет повторного нагрева после частичного расширения или (3) уменьшение расхода топлива за счет регенерации.

Первое улучшение будет заключаться в сжатии воздуха почти постоянной температуры. Хотя это не может быть достигнуто на практике, это можно приблизить с помощью промежуточного охлаждения (, то есть , путем сжатия воздуха в два или более этапов и его водяного охлаждения между этапами до его начальной температуры).Охлаждение уменьшает объем обрабатываемого воздуха и, соответственно, необходимую работу по сжатию.

Второе усовершенствование включает повторный нагрев воздуха после частичного расширения через турбину высокого давления во втором наборе камер сгорания перед подачей его в турбину низкого давления для окончательного расширения. Этот процесс аналогичен повторному нагреву, используемому в паровой турбине.

Оба подхода требуют значительного дополнительного оборудования и используются реже, чем третье улучшение.Здесь горячие выхлопные газы турбины проходят через теплообменник или регенератор для повышения температуры воздуха, выходящего из компрессора перед сгоранием. Это уменьшает количество топлива, необходимое для достижения желаемой температуры на входе в турбину. Однако повышение эффективности связано со значительным увеличением начальной стоимости и будет экономичным только для агрегатов, которые работают почти непрерывно.

Секция компрессора авиационного газотурбинного двигателя

Компрессорная секция газотурбинного двигателя выполняет множество функций.Его основная функция — подавать воздух в количестве, достаточном для удовлетворения требований горелок. В частности, для выполнения своей цели компрессор должен увеличивать давление массы воздуха, поступающей из воздухозаборника, а затем выпускать ее в горелки в необходимом количестве и при требуемом давлении.

Вторичная функция компрессора — подача отбираемого воздуха для различных целей в двигателе и самолете. Отводимый воздух забирается из любой из ступеней компрессора с различным давлением.Точное расположение выпускных отверстий, конечно, зависит от давления или температуры, необходимых для конкретной работы. Порты представляют собой небольшие отверстия в корпусе компрессора, примыкающие к конкретной ступени, из которой должен быть удален воздух; таким образом, различные степени давления доступны, просто нажав на соответствующую ступень. Воздух часто удаляется из конечной ступени или ступени самого высокого давления, поскольку в этот момент давление и температура воздуха максимальны. Иногда может возникнуть необходимость охладить этот воздух под высоким давлением.Если он используется для создания избыточного давления в кабине или других целей, для которых избыточное тепло было бы неудобным или вредным, воздух проходит через кондиционер, прежде чем он попадет в кабину. Отводимый воздух используется множеством способов. Некоторые из текущих применений отбираемого воздуха:

  1. Герметизация, обогрев и охлаждение кабины
  2. Противообледенительное и противообледенительное оборудование
  3. Пневматический пуск двигателей
  4. Вспомогательные приводы (ADU)

Типы компрессоров

Два основных типа компрессоров, которые в настоящее время используются в газотурбинных авиационных двигателях, — это центробежный поток и осевой поток.Компрессор с центробежным потоком достигает своей цели, собирая поступающий воздух и ускоряя его наружу за счет центробежного действия. Компрессор с осевым потоком сжимает воздух, в то время как воздух продолжает движение в своем первоначальном направлении потока, что позволяет избежать потерь энергии, вызванных поворотами. Компоненты каждого из этих двух типов компрессора выполняют свои индивидуальные функции при сжатии воздуха в секции сгорания. Ступень компрессора считается повышением давления.

Центробежные компрессоры

Центробежный компрессор состоит из рабочего колеса (ротора), диффузора (статора) и коллектора компрессора.[Рис. 1] Центробежные компрессоры имеют высокий подъем давления на ступень, который может составлять около 8: 1. Обычно центробежные компрессоры ограничиваются двумя ступенями из-за проблем с эффективностью. Двумя основными функциональными элементами являются крыльчатка и диффузор. Хотя диффузор является отдельным блоком и размещается внутри коллектора и прикручивается к нему болтами, весь узел (диффузор и коллектор) часто называют диффузором. Для пояснения при ознакомлении с компрессором, агрегаты рассматриваются индивидуально.Рабочее колесо обычно изготавливается из кованого алюминиевого сплава, подвергается термообработке, механической обработке и полировке для минимального ограничения потока и турбулентности.

Рис. 1. (A) Компоненты центробежного компрессора; (B) Воздуховыпускной патрубок с поворотными лопатками для снижения потерь давления воздуха

В большинстве типов крыльчатка изготавливается из цельной поковки. Рабочее колесо этого типа показано на рисунке 1.Рабочее колесо, функция которого заключается в подборе и ускорении потока воздуха наружу к диффузору, может быть двух типов — одинарного или двойного входа. Принципиальные различия между двумя типами рабочих колес заключаются в размере и расположении каналов. Тип с двойным входом имеет меньший диаметр, но обычно работает с более высокой скоростью вращения, чтобы обеспечить достаточный воздушный поток. Крыльчатка с одинарным входом, показанная на рис. 2, обеспечивает удобный подвод воздуховодов непосредственно к проушине рабочего колеса (лопатки индуктора) в отличие от более сложных каналов, необходимых для доступа к задней стороне двухходового типа.Крыльчатка с одинарным входом, хотя и немного более эффективна в приеме воздуха, должна быть большого диаметра, чтобы подавать такое же количество воздуха, что и крыльчатка с двойным входом. Это, конечно, увеличивает общий диаметр двигателя.

Рис. 2. Рабочее колесо с одним входом
В воздуховод компрессорных двигателей с двойным входом входит водоотводящая камера. Эта камера необходима для компрессора с двойным входом, потому что воздух должен входить в двигатель почти под прямым углом к ​​оси двигателя.Следовательно, чтобы создать положительный поток, воздух должен окружать компрессор двигателя под положительным давлением перед входом в компрессор. В некоторых установках в качестве необходимых частей водоотводящей камеры входят дверцы для забора дополнительного воздуха (дверцы для впуска воздуха). Эти обдувные двери пропускают воздух в моторный отсек во время наземной эксплуатации, когда потребность в воздухе для двигателя превышает поток воздуха через впускные каналы. Когда двигатель не работает, дверцы удерживаются закрытыми с помощью пружины.Однако во время работы двери автоматически открываются, когда давление в моторном отсеке падает ниже атмосферного. Во время взлета и полета давление набегающего воздуха в моторном отсеке помогает пружинам удерживать двери закрытыми.

Диффузор представляет собой кольцевую камеру, снабженную множеством лопаток, образующих серию расходящихся каналов в коллекторе. Лопатки диффузора направляют поток воздуха от крыльчатки к коллектору под углом, рассчитанным на сохранение максимального количества энергии, передаваемой крыльчаткой.Они также подают воздух в коллектор со скоростью и давлением, подходящими для использования в камерах сгорания. Обратитесь к рис. 1-A и обратите внимание на стрелку, указывающую путь воздушного потока через диффузор, а затем через коллектор.
Коллектор компрессора, показанный на рисунке 1-A, направляет поток воздуха из диффузора, который является неотъемлемой частью коллектора, в камеры сгорания. Коллектор имеет по одному выпускному отверстию для каждой камеры, так что воздух распределяется равномерно. Выходное колено компрессора прикреплено болтами к каждому из выходных отверстий.Эти отверстия для выпуска воздуха имеют форму каналов и известны под разными названиями, например, каналы для выпуска воздуха, выпускные колена или входные каналы для камеры сгорания. Независимо от используемой терминологии, эти выпускные каналы выполняют очень важную часть процесса диффузии; то есть они изменяют радиальное направление воздушного потока на осевое, в котором процесс диффузии завершается после поворота. Чтобы помочь локтям эффективно выполнять эту функцию, внутри локтей иногда устанавливают поворотные лопатки (каскадные лопатки).Эти лопатки уменьшают потери давления воздуха за счет гладкой поворотной поверхности. [Рисунок 1-B]

Осевой компрессор

Осевой компрессор имеет два основных элемента: ротор и статор. Ротор имеет лопасти, закрепленные на шпинделе. Эти лопасти толкают воздух назад так же, как пропеллер, из-за их угла и формы аэродинамического профиля. Ротор, вращаясь с высокой скоростью, всасывает воздух на входе в компрессор и перемещает его через ряд ступеней. От входа к выходу воздух проходит по осевому пути и сжимается примерно в 1 раз.25: 1 на этап. Действие ротора увеличивает сжатие воздуха на каждой ступени и ускоряет его назад на несколько ступеней. При такой увеличенной скорости энергия передается от компрессора к воздуху в виде энергии скорости. Лопатки статора действуют как диффузоры на каждой ступени, частично преобразуя высокую скорость в давление. Каждая следующая пара лопаток ротора и статора составляет ступень давления. Количество рядов лопастей (ступеней) определяется требуемым количеством воздуха и общим повышением давления.Степень сжатия компрессора увеличивается с увеличением количества ступеней сжатия. В большинстве двигателей используется до 16 ступеней и более.

Статор имеет ряды лопаток, которые, в свою очередь, закреплены внутри кожуха. Лопатки статора, которые являются неподвижными, выступают радиально по направлению к оси ротора и плотно прилегают к каждой стороне каждой ступени лопаток ротора. В некоторых случаях корпус компрессора, в который вставлены лопатки статора, горизонтально разделен на половины. Верхнюю или нижнюю половину можно снять для осмотра или обслуживания лопаток ротора и статора.

Функция лопаток статора состоит в том, чтобы принимать воздух из воздухозаборника или из каждой предыдущей ступени, повышать давление воздуха и подавать его на следующую ступень с правильной скоростью и давлением. Они также контролируют направление воздуха к каждой ступени ротора, чтобы получить максимально возможную эффективность лопаток компрессора. На рисунке 3 показаны элементы ротора и статора типичного осевого компрессора. Лопастям ротора первой ступени может предшествовать узел входной направляющей лопатки, который может быть фиксированным или регулируемым.

Рисунок 3. Элементы ротора и статора типичного осевого компрессора

Направляющие лопатки направляют воздушный поток в лопасти ротора первой ступени под нужным углом и придают вихревое движение воздуху, поступающему в компрессор. Этот предварительный вихрь в направлении вращения двигателя улучшает аэродинамические характеристики компрессора за счет уменьшения лобового сопротивления лопаток ротора первой ступени.Входные направляющие лопатки представляют собой изогнутые стальные лопатки, обычно приваренные к стальным внутренним и внешним кожухам.

На выпускном конце компрессора лопатки статора сконструированы так, чтобы выпрямлять воздушный поток и устранять турбулентность. Эти лопатки называются правильными лопатками или узлом выпускных лопаток. Кожухи осевых компрессоров не только поддерживают лопатки статора и обеспечивают внешнюю стенку осевого пути, по которому следует воздух, но также обеспечивают средства для отвода воздуха из компрессора для различных целей.Лопатки статора обычно изготавливаются из стали, устойчивой к коррозии и эрозии. Довольно часто их окутывают (закрывают) лентой из подходящего материала, чтобы упростить проблему крепления. Лопатки приварены к кожухам, а внешний кожух прикреплен к внутренней стенке корпуса компрессора радиальными стопорными винтами.
Лопасти ротора обычно изготавливаются из нержавеющей стали, а последние ступени — из титана. Конструкция крепления лопастей к ободам дисков ротора различна, но обычно они устанавливаются в диски либо луковичным, либо еловым способом.[Рис. 4] Затем лезвия фиксируются на месте разными способами. Толщина наконечников лопаток компрессора уменьшена за счет вырезов, называемых профилями лопаток. Эти профили предотвращают серьезное повреждение лопасти или корпуса в случае контакта лопастей с корпусом компрессора. Это может произойти, если лопасти ротора слишком ослаблены или если опора ротора ослаблена из-за неисправного подшипника. Несмотря на то, что профили лопаток значительно сокращают такие возможности, иногда лопатка может сломаться под нагрузкой трения и вызвать значительное повреждение лопаток компрессора и узлов лопаток статора.Лопасти изменяются по длине от входа к разгрузке, потому что кольцевое рабочее пространство (от барабана до обсадной колонны) постепенно уменьшается к задней части за счет уменьшения диаметра обсадной колонны.
Рисунок 4. Типовые конструкции крепления лопаток компрессора к диску ротора

[Рис. 5] Эта функция обеспечивает довольно постоянную скорость через компрессор, что помогает поддерживать постоянный поток воздуха.Ротор имеет барабанную или дисковую конструкцию. Ротор барабанного типа состоит из колец, которые имеют фланцы для прилегания друг к другу, при этом весь узел может быть скреплен сквозными болтами. Этот тип конструкции подходит для тихоходных компрессоров, где центробежные нагрузки невелики. Ротор дискового типа состоит из серии дисков, выточенных из алюминиевых поковок, усаженных на стальной вал, с лопастями ротора, вставленными в обода диска. Другой метод изготовления ротора заключается в изготовлении дисков и вала из цельной алюминиевой поковки с последующим закреплением болтами стальных коротких валов на передней и задней части узла, чтобы обеспечить опорные поверхности подшипников и шлицы для соединения вала турбины.Роторы барабанного и дискового типа показаны на рисунках 5 и 6 соответственно.

Рисунок 5. Ротор барабанного компрессора

Рисунок 6. Ротор дискового компрессора Комбинация ступеней компрессора и ступеней турбины на общем валу представляет собой двигатель, называемый катушкой двигателя.Общий вал образуется путем соединения валов турбины и компрессора подходящим способом. Золотник двигателя поддерживается подшипниками, которые размещены в подходящих корпусах подшипников.

Как упоминалось ранее, в настоящее время используются две конфигурации осевого компрессора: с одним ротором / золотником и с двойным ротором / золотником, иногда называемым сплошным золотником и раздельным золотником (два золотника, два золотника).

В одной из версий компрессора со сплошным золотником (с одним золотником) используются регулируемые входные направляющие лопатки.Кроме того, переменными являются несколько первых рядов лопаток статора. Основное различие между регулируемой входной направляющей лопаткой (VIGV) и регулируемой лопаткой статора (VSV) заключается в их положении относительно лопастей ротора. VIGV находятся перед лопастями ротора, а VSV — за лопастями ротора. Углы входных направляющих лопаток и первых нескольких ступеней лопаток статора могут изменяться. Во время работы воздух поступает в переднюю часть двигателя и направляется в компрессор под правильным углом через регулируемую впускную направляющую и направляется VSV.Воздух сжимается и нагнетается в камеру сгорания. Топливное сопло, которое входит в каждую камеру сгорания, распыляет топливо для сгорания. Эти переменные контролируются в прямой зависимости от количества мощности, которое двигатель требуется для выработки положения рычага мощности.

Большинство турбовентиляторных двигателей относятся к компрессорному типу с раздельным золотником. В большинстве крупных турбовентиляторных двигателей используется большой вентилятор с несколькими ступенями сжатия, называемый золотником низкого давления. Эти турбовентиляторные двигатели включают в себя два компрессора с соответствующими турбинами и соединительными валами, которые образуют две физически независимые роторные системы.Многие системы с двумя роторами имеют роторы, вращающиеся в противоположных направлениях и не имеющие механического соединения друг с другом. Второй золотник, называемый золотником высокого давления, представляет собой компрессор для газогенератора и сердечника двигателя, подает воздух в секцию сгорания двигателя.

Преимущества и недостатки обоих типов компрессоров включены в следующий список. Несмотря на то, что каждый тип имеет преимущества и недостатки, каждый имеет свое применение в зависимости от типа и размера двигателя.

Преимущества центробежно-проточного компрессора:

  • Высокое повышение давления на ступень
  • КПД в широком диапазоне частот вращения
  • Простота изготовления и невысокая стоимость
  • Малый вес
  • Низкие требования к пусковой мощности.

Недостатки центробежно-проточного компрессора:

  • Его большая фронтальная площадь для заданного воздушного потока
  • Потери в очереди между ступенями

Преимущества осевого компрессора:

  • Высокая пиковая эффективность
  • Маленькая передняя поверхность для заданного воздушного потока
  • Прямоточный поток, обеспечивающий высокую эффективность гидроцилиндра
  • Повышение давления за счет увеличения числа ступеней с незначительными потерями

Недостатки осевого компрессора:

Газовая турбина — Энергетическое образование

Рисунок 1.Газовая турбина реактивного двигателя. Схема идет слева направо, детали обозначены на рис. 2. [1]

Газовая турбина — это тип турбины, в которой используется сжатый газ для вращения с целью выработки электроэнергии или обеспечения кинетической энергии самолету или реактивному самолету. Этот процесс называется циклом Брайтона. Во всех современных газовых турбинах сжатый газ создается путем сжигания такого топлива, как природный газ, керосин, пропан или реактивное топливо. Тепло, выделяемое этим топливом, расширяет воздух, который проходит через турбину, чтобы обеспечить полезную энергию. [2]

Операция

Газовые турбины теоретически просты и состоят из трех основных частей, как показано на рисунке 2: [2]

  1. Компрессор — Забирает воздух снаружи турбины и увеличивает его давление.
  2. Камера сгорания — сжигает топливо и производит газ под высоким давлением и высокой скоростью.
  3. Турбина — извлекает энергию из газа, поступающего из камеры сгорания.
Фигура 2.Схема газотурбинного двигателя. [3]
Компрессор

На Рисунке 2 воздух всасывается слева и поступает в компрессор, который состоит из многих рядов лопастей вентилятора. В некоторых турбинах давление воздуха может увеличиваться в 30 раз. [2]

Камера сгорания

Воздух под высоким давлением поступает в эту зону, куда подается топливо. Топливо постоянно впрыскивается в эту часть, чтобы энергия, проходящая через турбину, была постоянной.

Турбина

Турбина соединена валом с лопатками компрессора, и они вращаются отдельно. Компрессор соединяется с турбиной, которая соединена с выходным валом, и, поскольку турбина вращается отдельно, она может развивать огромные скорости из-за протекающего через нее горячего газа. Этот последний вал генерирует огромных лошадиных сил, при этом большие турбины самолета вырабатывают почти 110000 л.с. — в два раза больше мощности, генерируемой Титаником. [4]

Список литературы

Очистка высокоэффективного компрессора газовой турбины

Системы очистки компрессоров газовых турбин и химикаты для всех типов газовых турбин

Газовая турбина мощностью 50 МВт с некоторой степенью загрязнения, показывающая снижение мощности на 3% и увеличение теплового расхода на 1%, может иметь потерю производительности, которая обходится более чем в 500 000 долларов США в год.Понимание того, что нашим клиентам необходимо поддерживать работу своих газовых турбин с максимально возможной производительностью и минимально возможными затратами, — вот что движет нашей страстью. Компания Rochem предлагает решения для ваших проблем, связанных с загрязнением газовых турбин. В их число входят системы очистки двигателя, работающие на кривошипе (система промывки кривошипа) и система очистки двигателя в режиме реального времени (промывка на открытом воздухе), а также химикаты.

Чем грешат компрессоры?

Несмотря на существующие сегодня высокотехнологичные системы очистки воздуха, попадание переносимых воздухом частиц в компрессор газовой турбины неизбежно.В результате происходит загрязнение поверхностей воздуховодов в компрессоре турбин, что приводит к снижению производительности и увеличению расхода топлива. Мировой опыт эксплуатации ясно продемонстрировал, что изношенность компрессора с осевым потоком во время работы составляет основную часть потери производительности, связанной с газовыми турбинами. Примерно 70% общей потери производительности газовой турбины обычно связано с износом компрессора из-за засорения лопаток. Загрязнение лопатки осевого компрессора обычно связано с взвешенными в воздухе частицами размером от субмикрона до 10 микрон, и это является основным источником загрязнения.Другой возможный источник загрязнения компрессора — утечка масла из входного подшипника ротора компрессора.

Почему это загрязнение влияет на работу моего двигателя

Лопатки осевого компрессора создают гладкие профили, похожие на крыло самолета. Следовательно, производительность лезвия может ухудшиться из-за увеличения шероховатости поверхности или из-за изменений формы, вызванных отложениями лезвия. Отложения или засорение лопастей снижает как воздушный поток компрессора, так и общий тепловой КПД. Помимо нагнетания компрессора, падает давление из-за уменьшения массового расхода воздуха через сопло турбины.Таким образом, засорение будет распознаваться по падению мощности турбины для данной температуры выхлопных газов, сопровождающемуся более низким давлением нагнетания компрессора и увеличением тепловыделения, что приводит к более высокому расходу топлива.

Как чистить компрессор

  • Ручная чистка — этот метод требует много времени, трудозатрат и может привести к значительным потерям дохода из-за остановки.
  • Абразивная очистка — при этом типе очистки компрессора измельченная скорлупа грецкого ореха или что-то подобное попадает в воздухозаборник при работающем двигателе.Затем загрязнения удаляются дробеструйной очисткой. Однако рабочие характеристики часто недолговечны, и потенциальное повреждение поверхностных покрытий и засорение пути охлаждения может привести к необратимой потере рабочих характеристик.
  • Влажная чистка — самая эффективная и наименее опасная — это выполнение строгого режима стирки, сочетающего мытье в режиме онлайн и в автономном режиме с использованием химикатов Fyrewash и очищенной воды.
    • Оперативная очистка компрессора газовой турбины — это работа двигателя, работающего под нагрузкой.Промывочный раствор впрыскивается в воздухозаборник с помощью специально разработанных форсунок, чтобы обеспечить полное смачивание лопаток компрессора и эффективную очистку ступеней компрессора.
    • Автономная очистка выполняется при остановке двигателя и его проворачивании, промывочный раствор впрыскивается в воздухозаборник с помощью специально разработанных форсунок, чтобы обеспечить полное смачивание лопаток компрессора и эффективную очистку ступеней компрессора.

Какое оборудование мне нужно?

Rochem разрабатывает и производит специальные насадки.Эти форсунки обеспечивают оптимальное распределение капель по размеру и смачивание впускного отверстия компрессора, обеспечивая эффективную очистку лопаток компрессора при одновременном устранении потенциальной эрозии поверхности лопаток. Мы используем методы вычислительной гидродинамики и 3D-моделирования вместе с полевыми испытаниями для постоянного развития и повышения эффективности нашей системы. Наши системы подачи промывки разработаны для простоты использования и минимального обслуживания, обеспечивая при этом контроль подачи жидкости к форсункам в режиме онлайн и в автономном режиме.

Запросить сейчас

Лопатка компрессора

— обзор

5.10 Ступени компрессора с высоким числом Маха

Как было сказано в главе 3, характеристики лопаток компрессора ухудшаются, когда относительное число Маха на входе превышает примерно 0,7, поскольку относительные числа Маха в каналах лопаток превышают единицу и дополнительные потери вызваны ударными волнами и более толстыми пограничными слоями.Кроме того, высокие числа Маха сокращают рабочий диапазон компрессора, поскольку поток становится более чувствительным к изменениям угла входа.

Однако есть два ключевых преимущества ступеней компрессора с высоким числом Маха. Во-первых, высокие относительные числа Маха в компрессоре подразумевают высокий массовый расход на единицу площади, что приводит к более компактной (меньшего диаметра) машине для данного массового расхода. Во-вторых, высокие числа Маха вызваны высокими скоростями лопастей, которые обеспечивают больший вклад работы в поток и, следовательно, более высокие отношения давлений.Используя определения ступенчатой ​​нагрузки и политропного КПД, степень сжатия ступени для компрессора может быть записана как

(5.27) p03p01 = [ψU2CpT01 + 1] γηp / (γ − 1)

Это показывает, что высокие отношения ступеней давления могут достигается за счет высоких скоростей вращения лопастей в сочетании с высокой загрузкой ступени и эффективностью. В современных трансзвуковых компрессорах теперь используются относительные числа Маха на входе ротора до 1,7 и возможны одноступенчатые отношения давления более 2.

Калверт и Гиндер (1999) подробно описывают конструкцию ступеней трансзвукового компрессора.Они также описывают эволюцию современных трансзвуковых компрессоров и основные достижения, которые были сделаны. Ступени трансзвукового компрессора в настоящее время используются в одноступенчатых вентиляторах реактивных двигателей с высокой степенью двухконтурности, в многоступенчатых вентиляторах двигателей с низкой степенью двухконтурности и в передних ступенях многоступенчатых компрессоров. Вентилятор гражданского реактивного двигателя является особенно важным компонентом, поскольку он производит более 80% тяги двигателя современного гражданского самолета. Для минимизации размера двигателя необходим высокий массовый расход на единицу площади, а относительные числа Маха на впуске составляют около 1.4 на кончике. Политропный КПД выше 90% является типичным, а текущие расчетные отношения давления составляют от 1,6 до 1,8.

Чтобы уменьшить влияние высоких относительных чисел Маха в околозвуковых компрессорах, используются очень тонкие лопатки, чтобы уменьшить их засорение, и обычно отношение толщины лопаток к хорде составляет всего несколько процентов. Кроме того, чтобы уменьшить пиковое число Маха на поверхности лопасти, лопасти имеют очень низкий изгиб, с поворотом всего на несколько градусов. В результате секции лопастей по направлению к кончику высокоскоростного компрессора напоминают острые, тонкие и почти плоские пластины.

На рис. 5.11 показана структура потока в лопатке ротора высокоскоростного компрессора со сверхзвуковым входным относительным числом Маха. При изменении рабочей точки компрессора положение скачка уплотнения меняется. Когда поток полностью перекрывается, амортизатор движется назад, так что он полностью поглощается каналом для лезвия. При более низких массовых расходах, когда компрессор приближается к остановке, амортизатор выталкивается из передней части канала для лопаток. Рабочая точка, соответствующая пиковому КПД, обычно возникает, когда ударная волна приближается к передней кромке лопасти.

Рисунок 5.11. Обтекание ротора сверхзвукового компрессора.

Интересно понять, как рисунок удара на рис. 5.11 приводит к очень большому количеству работы в потоке, проходящем через компрессор. Рассмотрим треугольники скорости на входе и выходе из ротора компрессора. Поперек проходящей ударной волны, как показано на рис. 5.11, поток существенно не поворачивается, но плотность резко возрастает. Следовательно, относительная скорость за скачком будет намного ниже, чем перед скачком.Если предположить, что скорость лопасти и относительные углы потока одинаковы на входе и выходе ротора, треугольники скорости показывают, что поворот потока в абсолютной системе отсчета является исключительно результатом замедления потока в относительной системе отсчета. В отличие от этого, низкооборотный ротор компрессора обеспечивает входную работу для потока, поворачивая поток как в относительной, так и в абсолютной системе отсчета.

Нормальная ударная волна в роторе сверхзвукового компрессора приводит к увеличению энтропии в потоке, как это определяется уравнением.(4.21), который может быть выражен как коэффициент потерь с помощью уравнения. (5.8) как

(5.28a) Yp, shock = 1 − exp (−Δsshock / R) (1 − p1 / p01, отн.) ≅ΔsshockR (1 − p1 / p01, отн.)

, который может быть выражен как функция относительного числа Маха на входе, M 1, отн и γ . Эта функция показана на рисунке 5.12 для воздуха, а также соответствующее изменение степени статического давления при ударе, заданное как

, рисунок 5.12. Изменение степени статического давления и потерь для нормальной ударной волны.

(5.28b) p2p1 = 1 + 2γγ + 1 (M1, rel2−1)

Это показывает, что рост давления, создаваемый нормальной ударной волной, велик, в то время как сами ударные потери удивительно низки вплоть до относительного числа Маха на входе.

Ответить

Ваш адрес email не будет опубликован.