Турбина минусы и плюсы и минусы – характеристики, принцип действия, плюсы и минусы работы, советы по установке своими руками и отзывы владельцев (9 фото) — FotoJoin

  • 01.08.2020

Содержание

Основные плюсы и минусы газовой турбины

Основные плюсы и минусы газовой турбины

На сегодняшний день многие слышали о таком оборудовании как турбинное. Оно используется в основном для того, чтобы производить энергию для разных сфер жизнедеятельности. Установки применяются в теплоснабжении, промышленности по добыче нефти и по обработке компонентов, на электростанциях, а также на любых энергоустановках.

На сегодняшний день одним из вариантов является газовая турбина, которая широко применяется во многих областях. Именно поэтому стоит рассмотреть, что это такое и на чём построен принцип работы.

Общая информация о газовой турбине

Газовая турбина – это установка, которая позволяет преобразовывать энергию сжатого воздуха в механическое действие. Это категория двигателей внутреннего сгорания, где газ поступает в турбину под давлением. После этого он попадает в низкое давление и при этом ускоряет движение. Поток газа примыкает к лопастям и обеспечивает хороший крутящий момент. При этом, часть энергии отдаётся. Лопасти будут сообщать движения через диски валу.

Среди главных газовых турбин можно отметить два вида:

  1. Микротурбина. Чаще всего используется для систем снабжения электричеством. Это современное оборудование, которое имеет высокую точность.
  2. Промышленные установки, которые часто являются элементом турбогенератора. Такие установки используются в промышленности. Область применения начинается от энергетики и заканчивается машиностроением.

Перед тем как приобретать газовые турбины, стоит рассмотреть все достоинства и недостатки. Такое устройство уже достаточно изучено, поэтому о положительных и отрицательных особенностях можно узнать без особых проблем.

Газовая турбина в разрезе

Плюсы газовых турбин

Газовая турбина – это устройство, которое может использоваться во многих сферах жизнедеятельности. Среди главных положительных характеристик нужно отметить следующее:

  • Такая установка достаточно простая по устройству. Если сравнивать её с паросиловой, то из-за отсутствия котельной, сложной системы проводов, конденсатора, а также большого числа вспомогательных элементов, газовая турбина считается элементарной. При этом вес и количество металлов становится значительно меньше, чем в других подобных устройствах.
  • Для работы установки необходим небольшой расход воды. Она идёт только на то, чтобы охлаждать масло, которое направляется к подшипникам.
  • Для такой установки характерна скорость ввода в работу. Пуск занимает примерно 15-20 минут, в то время, как подготовка другой установки может занимать несколько часов.
  • Такая установка потребляет не только меньше воды, но и меньше масла
    . Именно поэтому её работа эффективна и малозатратна.
  • Если говорить о качестве топлива, которое должно использоваться в газовом двигателе, то это абсолютно неважно. Агрегат не будет работать как-то по-другому, если будет залито топливо низкого качества. Никаких сбоев в работе в дальнейшем также не ожидается.
  • Двигатель отличается хорошей экологичностью. Она основывается на том, что там образуется меньшее число вредных выбросов.
  • Установка долговечная за счёт того, что при работе создаётся меньшее число вибраций и там присутствует малое количество трущихся частей.
  • Хороший КПД, поэтому очень часто газовую турбину используют в энергоустановках.
  • Имеет огромный диапазон работы, который позволяет маневрировать в любых условиях. Именно поэтому газовые установки сейчас находят широкое распространение во многих сферах использования.
  • Все затраты, которые исходили из покупки такого оборудования всегда будут оправданы и окупятся полностью в самый минимальный срок.

Достоинств у газовой турбины достаточно много. Именно поэтому она и находит свое широкое распространение. Но всё же не стоит судить только по положительным моментам об установке. Лучше всего посмотреть на недостатки, которые возникают при работе.

Новая газовая турбина

Минусы газовой турбины

Как и в любом другом устройстве, здесь есть свои недостатки. Все они исходят из определенных критериев по устройству, принципам работы. Среди главных отрицательных характеристик можно отметить следующее:

  • Большой уровень шума во время эксплуатации
    . Если говорить о паротурбинных установках, то они будут работать намного тише. Именно поэтому газовые турбины очень часто не выбираются предприятиями.
  • Мощность такой установки будет ограничена. Ещё недавно она составляла величину до 150 мегаватт. Это обусловлено тем, что установка имеет огромное габариты, а также невысокое начальное давление и меньшие способности, нежели в других устройств.
  • В таких установках нельзя применять твёрдое топливо по стандартной схеме. Самыми лучшими видами для этого является газ природный, а также сырье. Чаще всего в качестве него выступает керосин. Если говорить о мазуте, то его лучше всего специально подготовить перед работой и удалить все шлакообразующие примеси.
  • На компрессор расходуется около 70% мощности, которая развивается турбиной. Именно поэтому полезная мощность будет меньше фактической намного.
  • Чтобы установка выдавала хорошую полезную мощность, начальная температура при работе должна быть 550 градусов. Это весьма высокий показатель, и часто из-за этого возникают определенные трудности. Для изготовления обычно должны использоваться специальные жаростойкие материалы, которые выдерживают всю специфику дальнейшей работы. Помимо этого, там придумываются специальные системы охлаждения наиболее нагреваемых частей.

Газовая турбина в работе

Выводы и рекомендации

Нужно отметить, что такой агрегат как газовая турбина стоит достаточно дорого. Но вложения всегда будут оправданы за короткий промежуток времени. Именно поэтому многие промышленные предприятия используют такую установку для постоянной работы.

Сейчас существует огромный ассортимент выбора, из которого можно определиться с итогом. Именно поэтому, тщательно рассматривайте достоинства и недостатки, а только после этого делайте покупку.

Похожие записи

Турбина или компрессор: плюсы и минусы |

Я, субъект персональных данных, в соответствии с Федеральным законом от 27 июля 2006 года № 152 «О персональных данных» предоставляю ООО «Мега групп» (далее — Оператор), расположенному по адресу 115191, г. Москва, Духовской переулок, дом 17, стр. 15, согласие на обработку персональных данных, указанных мной в форме веб-чата и/или в форме заказа обратного звонка на сайте в сети «Интернет», владельцем которого является Оператор.

Состав предоставляемых мной персональных данных является следующим: ФИО, адрес электронной почты и номер телефона.
Целями обработки моих персональных данных являются: обеспечение обмена короткими текстовыми сообщениями в режиме онлайн-диалога и обеспечение функционирования обратного звонка.

Согласие предоставляется на совершение следующих действий (операций) с указанными в настоящем согласии персональными данными: сбор, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), использование, передачу (предоставление, доступ), блокирование, удаление, уничтожение, осуществляемых как с использованием средств автоматизации (автоматизированная обработка), так и без использования таких средств (неавтоматизированная обработка).
Я понимаю и соглашаюсь с тем, что предоставление Оператору какой-либо информации о себе, не являющейся контактной и не относящейся к целям настоящего согласия, а равно предоставление информации, относящейся к государственной, банковской и/или коммерческой тайне, информации о расовой и/или национальной принадлежности, политических взглядах, религиозных или философских убеждениях, состоянии здоровья, интимной жизни запрещено.
В случае принятия мной решения о предоставлении Оператору какой-либо информации (каких-либо данных), я обязуюсь предоставлять исключительно достоверную и актуальную информацию и не вправе вводить Оператора в заблуждение в отношении своей личности, сообщать ложную или недостоверную информацию о себе.
Я понимаю и соглашаюсь с тем, что Оператор не проверяет достоверность персональных данных, предоставляемых мной, и не имеет возможности оценивать мою дееспособность и исходит из того, что я предоставляю достоверные персональные данные и поддерживаю такие данные в актуальном состоянии.
Согласие действует по достижении целей обработки или в случае утраты необходимости в достижении этих целей, если иное не предусмотрено федеральным законом.
Согласие может быть отозвано мною в любое время на основании моего письменного заявления.

Основные плюсы и минусы паровой турбины

parovava

Паровые турбины уже несколько веков находятся на службе у человека. Благодаря им работают предприятия различных отраслей промышленности, обеспечены теплом и светом большие и малые населённые пункты.

Это мощный двигатель, которые заслуживает более детального изучения.

Принцип работы, виды

Паровая турбина служит для преобразования тепловой энергии водяного пара в механическую работу.

Она состоит из двух главных частей – ротора и статора.

  1. Ротор – подвижная часть. Представляет собой вал, вращающийся вокруг своей оси, оснащенный лопатками.
  2. Статор – неподвижная часть, в которой имеются сопла для подачи под давлением нагретого до высокой температуры пара. Его поток направлен либо вдоль роторного вала (аксиальная турбина), либо перпендикулярно ему (радиальная турбина).

По количеству валов их делят на одновальные, двувальные и трехвальные, связанные между собой зубчатыми передачами.

Дополнительно на паровых турбинах устанавливают цилиндры, сопловые каналы, диафрагмы, концевые уплотнения, регуляторы безопасности, генераторы электрического тока.

Производят тепловую и электрическую энергию для нужд предприятий металлургии, химической, пищевой, целлюлозно-бумажной промышленностей. Снабжают население электричеством, теплом. Имеют свои достоинства и недостатки перед остальными видами тепловых машин. Рассмотрим их подробнее.

Паровая турбина

Преимущества

  • Работают на различных видах топлива. Для нагрева воды до газообразного состояния используют разные энергоносители. На теплоэлектростанциях – мазут, газ, уголь, торф. На атомных – энергию распада радиоактивного топлива. Можно использовать отработанный пар металлургического, химического, машиностроительного производств. Малые паровые турбины работают на бензине.
  • Высокая единичная мощность. Мощность одной турбины для ТЭС может равняться 1200 МВт, а для АЭС – до 1900 МВт. Самые мощные разработаны немецкой компанией Siemens и американской General Electric. Каждая имеет мощность – 1900 МВт и установлены на АЭС. Самые производительные паровые турбины в России работают на Сургутской ГРЭС-2 – по 800 МВт каждая. Всего их 6. Станция обеспечивает электроэнергией всю Тюменскую область и часть Урала.
  • Большой диапазон мощностей. Позволяет использовать паровые турбины для разных нужд. Самые производительные — установлены на крупных атомных и теплоэлектростанциях. Средние и малые — вырабатывают тепло и электричество для заводов, фабрик, небольших городов, отдаленных поселков. Номинальная мощность находится в пределах 50-1900 МВт. Самая маленькая – мощностью 30 кВт – позволяет автономно вырабатывать электроэнергию для коттеджа площадью до 300 квадратных метров.
  • Большой срок службы. Нормативными документами установлены сроки эксплуатации турбины на ТЭС – 40 лет, на АЭС – 30 лет. Для быстроизнашивающихся деталей, такие как лопатки, крепежные детали — до 6 лет. Обычно по истечении нормативных сроков службы, сохраняется остаточный ресурс и срок работы турбины продлевают.
  • Высокий коэффициент полезного действия. При преобразовании тепловой энергии водяного пара в механическую энергию вращения ротора паровой турбины. В современных установках КПД достигает 90%. Поэтому они установлены на электростанциях во всем мире.

Промышленная паровая турбина

Недостатки

  • Инерционность. Пуск ротора процесс сложный, требует много времени и энергии. Перед запуском сначала проверяют исправность всех запорных, защитных механизмов, регулирующих клапанов, прочее. Затем прогревают при определенных температуре и давлении пара паропроводы, клапаны, ротор. Синхронизируют генератор, а затем дают полную нагрузку. На все это уходит несколько суток. На остановку и остывание турбины для планового ремонта требуется 5-6 суток.
  • Сложность монтажа, обслуживания. Для перевозки и установки турбины создаются особые условия. Она транспортируется специальными автопоездами или железной дорогой в собранном виде, чтобы исключить попадание пыли, загрязнений. Для её погрузки/разгрузки, монтажа/демонтажа применяют краны большой грузоподъёмности, такелажное оборудование. Требуется большое количество грамотных специалистов для ведения работ по установке, обслуживанию, ремонту: машинисты паровых турбин, электрики, слесари, монтажники, инженеры и другие мастера.
  • Дороговизна. Это высокотехнологичное оборудование. Его стоимость зависит от производителя, размеров, мощности. Чем мощнее, тем дороже. Одна паровая турбина стоит от 5 000 до 200 000 американских долларов.
  • Загрязнение окружающей среды. Чтобы нагреть воду до состояния пара температурой порядка 400-600 оС используют разные виды топлива. Это может быть мазут, уголь, газ. Для их сгорания необходим кислород, который забирается из воздуха, а в атмосферу выделяется большое количество продуктов горения, вредных для человека и природы. Это углекислый газ, хлор, сернистые соединения, угарный газ, оксид азота, свинец. Кроме того, отработанный пар выделяется в атмосферу, повышая уровень «парникового эффекта» на нашей планете. На атомных электростанциях главная проблема – захоронение радиоактивных отходов.
  • Низкая эффективность преобразования тепловой энергии топлива в электрическую. Паровые турбины являются главным механизмом на электростанциях. Для производства 1 млн. кВт/ч электроэнергии необходимо сгенерировать 2,9 млн. кг водяного пара и сжечь в котле 500 тонн угля за 1 час. Лишь 40 % тепловой энергии, образовавшейся от сгорания топлива, преобразуется в электрическую энергию. Еще 20% тепловой энергии пара используется для централизованного теплоснабжения.

Выводы

Несмотря на имеющиеся недостатки паровые турбины популярны в теплоэнергетике. Это обусловлено большими сроками службы, надежностью, универсальностью, широким диапазоном мощностей.

Постоянно ведутся работы по улучшению характеристик паровой турбины: повышение КПД, экологической чистоты, снижение трудоёмкости технологических процессов.

Однако альтернативные технологии производства тепла и электроэнергии становятся все более популярными, постепенно вытесняя паровую турбину с лидирующих позиций.

Похожие записи

Разбираемся в плюсах и минусах различных систем турбонаддува

В современном мире можно выделить шесть различных видов турбосистем:

1.Одиночная турбина
2.Твин-турбо
3.Твинскролл
4.Турбина с изменяемой геометрией
5.Изменяемый твинскролл
6.Электрическая турбина

Сегодня мы с вами попробуем разобраться в каждой из них, выделить их достоинства и недостатки.

 

Одиночная турбина

Одиночная турбина имеет массу вариаций. Измените размер колеса компрессора, и вы получите совершенно другие характеристики. Крупные турбины добавят больше мощность, турбины поменьше, соответственно – поменьше. Кроме того, одиночные турбины могут быть как на шарикоподшипниках, так и на подшипниках скольжения. Первые имеют гораздо меньший коэффициент трения, соответственно турбина быстрее разгоняется, однако, при этом она и стоит подороже.

 

Достоинства:

— Относительно недорогой метод увеличения эффективности и мощности двигателя

— Самая простая из всех турбосистем

— Позволяет использовать небольшие двигатели, при этом выдавая мощность крупных атмосферников, соответственно позволяет снизить вес автомобиля

 

Недостатки:

— Низкий диапазон об/мин.

— Работает не так быстро и стабильно, как другие турбосистемы.

 

Твин-турбо

Как и одиночные турбины, эта система имеет множество различных опций. Например, может быть установлено по одной турбине на каждый блок цилиндров (для V6 или V8). Кроме того, одна из турбин может быть направлена специально на работу при низких оборотах, а затем в дело может подключаться более крупная, для работы на высоких оборотах двигателя. Кстати, у нас уже писали о сравнении Твинтурбо и Битурбо, почитайте.

 

Достоинства:

— Для параллельных систем твин-турбо на двигателях с компоновкой типа V, достоинства и недостатки совпадают с теми, которыми обладает одиночная турбина

— Использование двух турбин на разных оборотах дает более широкий диапазон крутящего момента.

 

Недостатки:

— Стоимость и сложность

— Есть более простые и эффективные способы достижения того же эффекта (см. ниже)

 

Твинскролл

Практически в любом плане, твинскролл является гораздо более удачной альтернативой одиночной турбины. Благодаря наличию двух камер, выхлоп разделен на два потока. Например, на четырехцилиндровом двигателе (порядок зажигания 1-3-4-2), цилиндры 1 и 4 работают с одной камерой турбины, в то время, как цилиндры 3 и 2 работают с отдельной. В чем же выгода? Представим, что цилиндр 1 заканчивает свой цикл и достигает нижней точки, открывается выхлопной клапан. В то же время, цилиндр 2 заканчивает выхлопной цикл, закрывая выхлопной клапан и открывая впускной клапан. При наличии обычной одиночной турбины, давление выхлопа от цилиндра 1 будет препятствовать забору воздуха цилиндра 2, поскольку оба выхлопных клапана открыты. Так вот, если камеры разделить, проблема разрешится.

 

Достоинства:

— Больше мощности

— Более широкий диапазон оборотов

— Больше возможностей для тюнинга

 

Недостатки:

— Требует специальной компоновки двигателя и конструкции выхлопа

— Дороже и сложнее стандартной одиночной турбины

 

Турбина с изменяемой геометрией

Пожалуй, одна из самых интересных турбосистем. На данный момент производят их довольно мало, поскольку они являются значительно дороже и требуют применения нестандартных материалов. Такие системы ценятся благодаря хорошему диапазону крутящего момента и отсутствию провалов тяги на низких оборотах.

 

Достоинства:

— Широкая, плавная кривая крутящего момента. Эффективность на высоком диапазоне оборотов.

— Требует всего лишь одну турбину, упрощая тем самым всю систему.

 

Недостатки:

— Обычно используется только на дизельных двигателях с меньшим количеством выхлопных газов

— Для бензиновых движков такая система обойдется в копеечку.

 

Изменяемый твинскролл

Может быть, это и есть идеальный вариант, который мы искали? Среди всех новинок, участвовавших в выставке SEMA 2015, эта турбина привлекла особо пристальное, всеобщее внимание.

 

Достоинства:

— Значительно дешевле (в теории), чем предыдущий вариант, и подходит для бензиновых двигателей

— Обеспечивает плавную кривую крутящего момента

— Проще в производстве

 

Недостатки:

— Цена и сложность в сравнении с одиночной турбиной или твинскроллом

— Это не новая технология, испытанная в прошлом, которой прижиться так и не удалось. Вероятно, на то есть свои причины.

 

Электрическая турбина

Установка мощной электрической турбины исключает все возможные проблемы. Провалы тяги? Их больше нет. Мало выхлопных газов? Не проблема. Турбина не добавляет крутящего момента на низких оборотах? Теперь добавляет! Возможно, за этим будущее турбированных двигателей, однако, и у этой системы есть свои недостатки.

 

Достоинства:

— Исключение провала тяги и недостатка выхлопа, компенсируя их электроэнергией

— Лишняя энергия пускается обратно в дело (как в Формуле 1)

— Огромный диапазон оборотов с плавной кривой крутящего момента

 

Недостатки:

— Стоимость и сложность. Нуждается в охлаждении.

— Вес и комплект также являются проблемой, поскольку для работы необходим дополнительный аккумулятор

— Турбины с изменяемой геометрией и твинскроллы могут выдавать ту же мощность при значительно меньшей цене.

Основные достоинства и недостатки газотурбинных установок

К достоинствам газотурбинных установок можно отнести:
1. Газотурбинная установка проще по устройству, чем паросиловая из-за отсутствия котельной установки, сложной системы паропроводов, конденсатора, а также большого числа вспомога-тельных механизмов, применяющихся в паровых установках.
Металлозатраты и вес газотурбинной установки на единицу мощности вследствие указанных причин будут значительно меньше, чем паротурбинной.
2. Установка требует минимального расхода воды – практически только на охлаждение масла, идущего к подшипникам.
З. Для газотурбинных установок характерен быстрый ввод турбоагрегата в работу. Пуск мощ-ных установок из холодного состояния до принятия нагрузки занимает порядка 15 – 18 минут, в то время как подготовка к пуску паросиловой установки занимает несколько часов, увеличива-ясь с повышением начальных параметров пара.
Недостатки газотурбинных установок:
1. Для того, чтобы установка давала полезную мощность, начальная температура газа перед турбиной должна быть больше 550 °С, т.е., весьма высокой. Это вызывает определенные труд-ности при практическом выполнении газовых турбин, требуя как специальных весьма жаро-стойких материалов, так и специальных систем охлаждения наиболее высокотемпературных частей.
2. На привод компрессора расходуется до 50 – 70 % мощности, развиваемой турбиной. Поэтому полезная мощность газотурбинной установки гораздо меньше фактической мощности газовой турбины.
3. В газотурбинных установках исключено применение твердого топлива по обычной схеме. Наилучшие виды топлива для ГТУ – природный газ и качественное жидкое (керосин). Мазут же требует специальной подготовки для удаления шлакообразующих примесей.
4. Единичная мощность газотурбинной установки ограничена. На конец XX века она составляет 120 – 150 МВт. Это обусловлено большими габаритными размерами установки из-за невысоко-го начального давления газа перед турбиной – до 25 кгс/см2 и его гораздо меньшей работоспо-собности по сравнению с водяным паром.
5. Очень большая шумность при работе, значительно превышающая ту, что имеет место при эксплуатации паротурбинных установок.

Навигация по записям

Что-то про admin

Работаю в сфере энергетики с 1998 года….

описание конструкции, принцип действия, плюсы и минусы

Основным недостатком турбированных двигателей в сравнении с атмосферными вариантами является меньшая отзывчивость, обусловленная тем, что раскрутка турбины занимает определенное время. С развитием турбокомпрессоров производители разрабатывают различные способы повышения их отзывчивости, производительности и эффективности. Наиболее оптимальным вариантом являются твинскрольные турбины.

Общие особенности

Под данным термином понимают турбокомпрессоры со сдвоенной входной частью и двойной крыльчаткой турбинного колеса. Со времен появления первых турбин (примерно 30 лет назад) они были дифференцированы на варианты с открытым и раздельным впуском. Последние являются аналогами современных твинскрольных турбокомпрессоров. Лучшие параметры определяют применение их в тюнинге и автоспорте. К тому же некоторые производители используют их на серийных спортивных машинах, таких как Mitsubishi Evo, Subaru Impreza WRX STI, Pontiac Solstice GXP и др.

Турбо-кит для Nissan RB с Garrett GTX3582R и коллектором Full-Race

Конструкция и принцип функционирования

От обычных турбин твинскрольные отличаются сдвоенным турбинным колесом и разделенной надвое входной частью. Ротор имеет монолитную конструкцию, но размер, форма и изгиб лопастей изменяются по диаметру. Одна его часть рассчитана на малую нагрузку, другая — на большую.

Схема твинскрольной турбины

Принцип работы твинскрольных турбин основан на раздельной подаче выхлопных газов под разным углом на турбинное колесо в зависимости от порядка работы цилиндров.

BorgWarner EFR 7670

Далее более подробно рассмотрены конструктивные особенности и то, как работает твинскрольная турбина.

Выпускной коллектор

Основное значение для твинскрольных турбокомпрессоров имеет конструкция выпускного коллектора. Она основана на концепции сопряжения цилиндров гоночных коллекторов и определяется количеством цилиндров и порядком их работы. Почти все 4-цилиндровые моторы функционируют в порядке 1-3-4-2. В данном случае один канал объединяет 1 и 4 цилиндры, другой – 2 и 3. На большинстве 6-цилиндровых моторов подача выхлопных газов осуществляется раздельно из 1, 3, 5 и 2, 4, 6 цилиндров. В качестве исключений следует отметить RB26 и 2JZ. Они работают в порядке 1-5-3-6-2-4.

Следовательно, для данных моторов 1, 2, 3 цилиндры сопрягают для одной крыльчатки, 4, 5, 6 – для второй (в стоке в том же порядке организован привод турбин). Таким образом, названные двигатели отличаются упрощенной конструкцией выпускного коллектора, объединяющего в два канала три первых и три последних цилиндра.

Твинскрольный коллектор BP Autosports для 2JZ-GTE

Помимо соединения цилиндров в определенном порядке, очень важны и прочие особенности коллектора. Прежде всего, оба канала должны иметь равную длину и одинаковое количество изгибов. Это обусловлено необходимостью обеспечения одинакового давления подаваемых выхлопных газов. Кроме того, важно соответствие фланца турбины на коллекторе по форме и размерам ее входу. Наконец, для обеспечения наилучшей производительности необходимо точное соответствие конструкции коллектора значению A/R турбины.

Необходимость применения для твинскрольных турбин выпускного коллектора соответствующей конструкции определяется тем, что в случае использования обычного коллектора такой турбокомпрессор будет работать как синглскрольный. То же самое будет наблюдаться при совмещении синглскрольной турбины с коллектором для твинскрольной.

Импульсное взаимодействие цилиндров

Одно из значительных достоинств твинскрольных турбокомпрессоров, определяющих их преимущества перед синглскрольными, состоит в существенном сокращении или устранении взаимного влияния цилиндров импульсами отработанных газов.

Известно, что для прохождения каждым цилиндром всех четырех тактов коленчатый вал должен провернуться на 720°. Это справедливо и для 4- и для 12-цилиндровых двигателей. Однако если при повороте коленвала на 720° на первых цилиндры завершат один такт, то на 12-цилиндровых – все такты. Таким образом, с увеличением количества цилиндров сокращается величина вращения коленвала между одинаковыми тактами для каждого цилиндра. Так, на 4-цилиндровых моторах рабочий ход происходит каждые 180° в различных цилиндрах. Это актуально и для тактов впуска, сжатия и выпуска. На 6-цилиндровых двигателях за 2 оборота коленвала происходит больше событий, поэтому одинаковые такты между цилиндрами разнесены на 120°. Для 8-цилиндровых моторов интервал составляет 90°, для 12-цилиндровых – 60°.

Известно, что распредвалы могут иметь фазу от 256 до 312° и более. Для примера можно взять двигатель с фазами 280° на впуске и выпуске. При выпуске отработавших газов на таком 4-цилиндровом моторе каждые 180° выпускные клапаны цилиндра будут открыты на протяжении 100°. Это требуется для подъема поршня из нижней в верхнюю мертвую точку во время выпуска для данного цилиндра. При порядке работы 1-3-2-4 для третьего цилиндра выпускные клапаны начнут открываться при завершении рабочего хода поршня. В это время в первом цилиндре начнется такт впуска, и станут закрываться выпускные клапаны. В течение первых 50° открытия выпускных клапанов третьего цилиндра будут открыты выпускные клапаны первого, а также начнут открываться его впускные клапаны. Таким образом, происходит перекрытие клапанов между цилиндрами.

После удаления выхлопных газов из первого цилиндра закрываются выпускные клапаны, и начинают открываться впускные. В то же время открываются выпускные клапаны третьего цилиндра, освобождая высокоэнергетические выхлопные газы. Значительная доля их давления и энергии используется для привода турбины, а меньшая часть ищет путь наименьшего сопротивления. Ввиду меньшего давления закрывающихся выпускных клапанов первого цилиндра в сравнении с цельным входом турбины часть отработанных газов третьего цилиндра направляется в первый.

Ввиду того, что в первом цилиндре начинается впускной такт, впускной заряд разбавляется выхлопными газами, теряя мощность. В завершение клапаны первого цилиндра закрываются, а поршень третьего поднимается. Для последнего осуществляется выпуск, и повторяется рассмотренная для цилиндра 1 ситуация, когда открываются выпускные клапаны второго цилиндра. Таким образом, наблюдается смешение. Данная проблема еще больше проявляется на 6- и 8-цилиндровых моторах при интервалах такта выпуска между цилиндрами в 120 и 90° соответственно. В данных случаях наблюдается еще более длительное перекрытие выпускных клапанов двух цилиндров.

Схема подачи газов в твинскрольную турбину

Ввиду невозможности изменения количества цилиндров данную проблему можно решить, увеличив интервал между аналогичными тактами путем применения турбокомпрессора. В случае использования двух турбин на 6- и 8-цилиндровых моторах можно совместить цилиндры для привода каждой из них. В таком случае интервалы между аналогичными событиями выпускных клапанов удвоятся. Например, для RB26 можно совместить цилиндры 1-3 для передней турбины и 4-6 для задней. Таким образом исключается последовательное срабатывание цилиндров для одной турбины. Следовательно, интервал между событиями выпускных клапанов для цилиндров одного турбокомпрессора возрастает со 120 до 240°.

Ввиду того, что твинскрольная турбина имеет раздельный выпускной коллектор, в данном смысле она аналогична системе с двумя турбокомпрессорами. Так, 4-цилиндровые моторы с двумя турбинами либо твинскрольным турбокомпрессором имеют интервал в 360° между событиями. 8-цилиндровые двигатели с аналогичными системами наддува имеют тот же интервал. Очень длительный период, превышающий продолжительность подъема клапанов, исключает их перекрытие для цилиндров одной турбины.

Таким образом, двигатель втягивает больше воздуха и вытягивает остатки выхлопных газов с малым давлением, заполняя цилиндры более плотным и чистым зарядом, что обеспечивает более интенсивное сгорание, повышающее производительность. К тому же большая объемная эффективность и лучшая очистка позволяют использовать более высокую задержку воспламенения, поддерживающую пиковую температуру в цилиндрах. Благодаря этому эффективность твинскрольных турбин выше на 7-8% в сравнении с синглскрольными при лучшей на 5% эффективности использования топлива.

По данным Full-Race, твинскрольные турбокомпрессоры по сравнению с синглскрольными характеризуются большими средними давлением в цилиндре и эффективностью, но меньшими пиковым давлением в цилиндре и противодавлением на выходе. Твинскрольные системы имеют большее противодавление на низких оборотах (способствующее наддуву) и меньшее на высоких (повышающее производительность). Наконец, двигатель с такой системой наддува менее чувствителен к отрицательным эффектам широкофазных распредвалов.

Производительность

Выше были приведенные теоретические положения функционирования твинскрольных турбин. Что это дает на практике, установлено замерами. Такое испытание путем сравнения с синглскрольным вариантом было проведено журналом DSPORT на Project KA 240SX. Его KA24DET развивает до 700 л. с. на колесах на E85. Мотор оснащен кастомным выпускным коллектором Wisecraft Fabrication и турбокомпрессором Garrett GTX. В процессе испытаний меняли только корпус турбины при одинаковом значении A/R. Помимо изменения мощности и крутящего момента испытатели оценивали отзывчивость путем замеров времени достижения определенных оборотов и давления наддува на третьей передаче при аналогичных условиях запуска.

Результаты продемонстрировали лучшую производительность твинскрольной турбины во всем диапазоне оборотов. Наибольшее превосходство по мощности она показала в интервале от 3500 до 6000 об/мин. Лучшие результаты объясняются большим давлением наддува при тех же оборотах. К тому же большее давление обеспечило прирост крутящего момента, сравнимый с эффектом от повышения объема двигателя. Наиболее ярко он также проявляется на средних оборотах. В ускорении с 45 до 80 м/ч (3100-5600 об/мин) твинскрольная турбина обошла синглскрольную на 0,49 с (2,93 с против 3,42), что даст разницу в три корпуса. То есть когда машина с сигнлскрольным турбокомпрессором достигнет 80 м/ч, твинскрольный вариант будет ехать на 3 длины автомобиля впереди со скоростью 95 м/ч. В диапазоне скоростей 60-100 м/ч (4200-7000 об/мин) превосходство твинскрольной турбины оказалось менее значительным и составило 0,23 с (1,75 против 1,98 с) и 5 м/ч (105 против 100 м/ч). По скорости достижения определенного давления твинскрольный турбокомпрессор опережает синглскрольный примерно на 0,6 с. Так, при 30 psi разница составляет 400 об/мин (5500 против 5100 об/мин).

Еще одно сравнение провели Full Race Motorsports на 2,3 л двигателе Ford EcoBoost с турбиной BorgWarner EFR. В данном случае путем компьютерного моделирования была сопоставлена скорость потока выхлопных газов в каждом канале. Для твинскрольной турбины разброс данной величины составил до 4%, в то время как для синглскрольной – 15%. Лучшая согласованность скоростей потока свидетельствует о меньших потерях при смешивании и большей энергии импульса для твинскрольных турбокомпрессоров.

Достоинства и недостатки

Твинскрольные турбины характеризуются множеством преимуществ перед синглскрольными вариантами. К ним относятся:

  • повышенная производительность во всем диапазоне оборотов;
  • лучшая отзывчивость;
  • меньшие потери при смешивании;
  • повышенная энергия импульса на турбинное колесо;
  • лучшая эффективность наддува;
  • больший крутящий момент на низах аналогично системе твин-турбо;
  • сокращение ослабления впускного заряда при перекрытии клапанов между цилиндрами;
  • понижение температуры выхлопных газов;
  • снижение импульсных потерь двигателя;
  • снижение расхода топлива.

Основным недостатком является большая сложность конструкции, обуславливающую повышенную стоимость. Кроме того, при большом давлении на высоких оборотах разделение потока газов не позволит получить ту же пиковую производительность, что на синглскрольной турбине.

Конструктивно твинскрольные турбины представляют аналог систем с двумя турбокомпрессорами (би-турбо и твин-турбо). В сравнении с ними такие турбины наоборот имеют преимущества в стоимости и простоте конструкции. Этим пользуются некоторых производители, как, например, BMW, заменившая систему твин-турбо на N54B30 1-Series M Coupe на твинскрольный турбокомпрессор на N55B30 M2.

Следует отметить, что существуют еще более технически совершенные варианты турбин, представляющие высшую ступень их развития — турбокомпрессоры с изменяемой геометрией. В целом они обладают теми же преимуществами перед обычными турбинами, что и твинскрольные, но в большей степени. Однако такие турбокомпрессоры имеют значительно более сложную конструкцию. К тому же их трудно настроить на не рассчитанных изначально на такие системы моторах ввиду того, что они контролируются блоком управления двигателем. Наконец, основным фактором, обуславливающим крайне скудное применение данных турбин на бензиновых двигателях, является очень высокая стоимость моделей для таких моторов. Поэтому как в серийном производстве, так и в тюнинге они встречаются крайне редко, однако обширно распространены на дизельных двигателях коммерческих машин.

На SEMA 2015 г. BorgWarner была представлена разработка, совмещающая твинскрольную технологию и конструкцию с изменяемой геометрией — твинскрольная турбина с изменяемой геометрией. В ее двойной входной части установлена заслонка, которая в зависимости от нагрузки распределяет поток по крыльчаткам. На низких оборотах все отработанные газу идут на маленькую часть ротора, а большая перекрыта, что обеспечивает еще более быструю раскрутку, чем у обычной твинскрольной турбины. С ростом нагрузки заслонка постепенно переходит в среднее положение и равномерно распределяет поток на высоких оборотах, как в стандартной твинскрольной конструкции. Таким образом, данная технология, как и технология с изменяемой геометрией, обеспечивает изменение соотношения A/R в зависимости от нагрузки, подстраивая турбину под режим работы двигателя, что расширяет рабочий диапазон. При этом рассматривая конструкция значительно проще и дешевле, так как здесь используется только один движущийся элемент, работающий по простому алгоритму, и не требуется применение термостойких материалов. Следует отметить, что подобные решения встречались и ранее (например, quick spool valve), однако эта технология по каким-то причинам не обрела распространения.

Схема подачи газов в твинскрольную турбину

Применение

Как было отмечено выше, твинскрольные турбины нередко применяются на серийных спорткарах. Однако при тюнинге их использование на многих моторах с синглскрольными системами затруднено ограниченным пространством. Это обусловлено, прежде всего, конструкцией коллектора: при равной длине необходимо сохранить приемлемые радиальные изгибы и характеристики потока. К тому же стоит вопрос оптимальной длины и изгиба, а также материала и толщины стенок. По данным Full-Race, ввиду большей эффективности твинскрольных турбин возможно использование каналов меньшего диаметра. Однако вследствие их сложной формы и двойного входного отверстия такой коллектор в любом случае больше, тяжелее и сложнее обычного из-за большего количества деталей. Поэтому он может не поместиться на стандартное место, вследствие чего потребуется менять картер. К тому же сами твинскрольные турбины больше аналогичных синглскрольных. Кроме того, потребуются другие аппайп и маслоуловитель. Помимо этого, для лучшей производительности с внешними вестгейтами для твинскрольных систем применяют два вестгейта (по одному на крыльчатку) вместо Y-образной трубы.

BMW N55B30

В любом случае возможна и установка твинскрольной турбины на ВАЗ, и замена ей синглскрольного турбокомпрессора Porsche. Разница состоит в стоимости и объеме работ по подготовке двигателя: если на серийных турбомоторах при наличии пространства обычно достаточно заменить выпускной коллектор и некоторые прочие детали и сделать настройку, то атмосферные двигатели требуют для турбирования значительно более серьезного вмешательства. Однако во втором случае разница в сложности установки (но не в стоимости) твинскрольной и синглскрольной систем несущественна.

Турбо-кит Forward Facing для F20 и F22 Honda S2000

Выводы

Твинскрольные турбины, благодаря раздельной подаче выхлопных газов на двойное турбинное колесо и устранению взаимного импульсного влияния цилиндров, обеспечивают лучшие производительность, отзывчивость и эффективность в сравнении с синглскрольными вариантами. Однако создание такой системы может оказаться весьма дорогостоящим. В целом это оптимальное решение для повышения отзывчивости без потери максимальной производительности для турбомоторов.

Гибридный турбокомпрессор: плюсы и минусы

Гибридную турбину некоторые автовладельцы рассматривают как недорогой и эффективный способ увеличения мощности мотора. Но стоит ли отказываться от полноценной замены сломавшейся детали авто новой оригинальной заводской запчастью? Или от профессионального восстановления старого агрегата?

И что толкает автомобилистов на любительские эксперименты с турбонаддувом? 

турбина

Почему собирают гибридную турбину:

  • Чтобы сэкономить: новая турбина стоит дорого.
  • Чтобы увеличить потенциал имеющегося агрегата, подстроить под свои требования к скорости и мощности мотора авто.
  • Когда есть несколько нерабочих турбокомпрессоров-доноров, то нечего им лежать без дела.
  • Когда намереваются самостоятельно апгрейдить городскую легковушку, чтобы летала как спорткар. 

Гибридная система турбонаддува: плюс – один, минусов – много

Прибавка мощности – единственное преимущество, которое может получить владелец гибридной турбины, и то не всегда. 

Вы можете модифицировать турбину самостоятельно, на свой страх и риск, или заказать тюнинг в некоторых СТО, но гарантии на гибрид дают не все. 

Нам известно много неудачных примеров, когда установленный гибрид приводил к серьезной поломке двигателя. 

турбина гибрид

Минусы турбины гибридной сборки:

  1. Сомнительное увеличение производительности.
  2. Часто имеет больший вес и несбалансирована. 
  3. Трудно предсказать, как будет работать вся система турбонаддува.
  4. Экономия есть не всегда, нередко затраты на детали для тюнинга превышают стоимость оригинальной турбины.
  5. Вам придется разобрать на запчасти несколько разных заводских турбин, чтобы сделать из них одну.
  6. Монтаж гибридной турбины, если  улитки менялись на крупные, обойдется дороже.
  7. Переделка турбины потянет за собой изменения во всех сопутствующих системах: топливной (например, придется поменять форсунки с учетом давления и мощности турбины), тормозной, охлаждения, чип-тюнинг двигателя и т. д.

Что делать?

Не рисковать. Если родная турбина вашего авто сломалась, то лучше всего не собирать гибрид, а отремонтировать ваш штатный турбокомпрессор с гарантией на ремонт.

 

 

 Вернутся к списку «Статьи и новости»

admin

E-mail : admin@volonter61.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о