Як працюють і де використовуються турбіни і що таке турбонаддув?

Найпотужніші двигуни в світі машин – це турбіни. Вони розрізняються по конструкції, роду робочої речовини і принципом роботи. Що ж являють собою ці унікальні агрегати, які їхні конструкційні особливості, способи приведення в дію і області застосування?

Що ж таке турбіна і маленький екскурс в їх історію

Дуже спрощено турбіну можна уявити собі як колесо з лопатями, що приводиться в обертання потоком пари, газу або води.

Її далеким прообразом є Олександрійський куля, про який вже йшла мова в доповіді про двигуни.

У міру накопичення знань і технічного досвіду з’являлися більш досконалі моделі цих пристроїв. Наприклад, водяне колесо. Якщо розташувати по його ободу лопаті або черпаки і поставити вертикально під потік води, що ллється, колесо прийде в обертання. Таким чином наводилися в рух жорна на водяних млинах. На цьому ж принципі працюють і вітряні млини, що використовують енергію вітру.

Починаючи з XVI століття, творці турбін в якості робочого тіла стали використовувати пар, що виходить зі спеціального сопла. Всього за 2 десятка років були запатентовані кілька сотень винаходів відносяться до парових турбін. Але тільки шведському інженеру Густаву Лаваль вдалося створити таку модель, яку можна було реально використовувати в промисловості.

Шведський інженер Густав Лаваль.

Струмінь пара, що виходить з розширення сопла, чинила тиск на лопатки, закріплені на обід колеса. Це вплив і приводило колесо (ротор) в обертання. Відпрацьований пар конденсировался, і отримана вода поверталася в паровий котел. Такі турбіни отримали назву активних.

Промислова активна турбіна.

На відміну від них існують реактивні турбіни, де лопаті забезпечені спеціальними каналами. Переміщаючись в них, робоче тіло розширюється і створює реактивну силу, що обертає ротор турбіни.

Про винахід парових двигунів →

Газові турбіни відрізняються від парових тим, що в якості робочої речовини в них використовується газ, що утворюється при згоранні палива. Перші патенти на них були отримані лише на початку XX століття.

Турбіни XXI століття

Турбіни з будь-яким видом робочої речовини використовуються для приведення в дію всі можливі машин. Для цього вал турбіни з’єднують з валом робочої машини. Залежно від призначення цієї машини турбіна може бути використана в різних областях народного господарства: енергетиці, металургії, на транспорті і т. Д.

Парові турбіни разом з допоміжним обладнанням є паротурбінну установку. Саме вони є основним типом двигуна на сучасних атомних і теплових електростанціях, на яких виробляється до 95% всієї електроенергії в світі.

Установка ротора на теплової електроснціі.

Свіжий пар приводить в обертання турбіну, яка обертає ротор генератора електричного струму. А відпрацьована пара охолоджується і конденсується в спеціальному конденсаторі. Отриманий конденсат насосами перекачується в котельний агрегат і використовується для отримання нової порції пара.

Подібним чином працюють і гідравлічні турбіни, які встановлюють на гідроелектростанціях (ГЕС). Їх зазвичай будують на річках, а для отримання необхідного напору води, споруджують греблі і водосховища. Робоче колесо турбіни, взаємодіючи з водним потоком, приходить в обертання, приводячи в дію генератор електричного струму.

ГЕС відносяться до поновлюваних і екологічним джерел енергії, оскільки вони не дають шкідливих викидів в атмосферу.

Схема гідроелектростанції.

У газових турбінах робоча речовина являє собою газ, що утворюється при згоранні найрізноманітнішого палива – нафтопродуктів і навіть подрібненого вугілля. Зазвичай ці турбіни входять до складу газотурбінних установок і газотурбінних двигунів.

Застосування газових турбін

 

Газотурбінні установки використовують, в основному, для отримання електроенергії. Робоче колесо турбіни приводиться в обертання потоком розпечених газів. Це обертання передається на ротор генератора електричного струму. Виробляється їм електрику поставляється до споживача. Спеціальне обладнання дозволяє використовувати відпрацьовані гарячі гази для опалення приміщень та інших потреб. Тобто газотурбінна установка виконує функції теплоелектроцентралі.

 

Дуже важливим аспектом застосування турбін є турбонаддув. Ця функція дозволяє збільшити потужність і динамічність двигуна. Вона полягає в подачі повітря в циліндри двигуна під тиском. Для створення необхідного тиску використовується теплова енергія вихлопних газів. Перед викидом в атмосферу вони потрапляють на турбіну, приводять її в обертання. На одному валу з колесом турбіни знаходиться компресор, який засмоктує повітря з атмосфери і подає його в циліндри двигуна.

 

Принцип роботи турбонаддува.

 

Застосування турбонаддува – ефективний засіб для підвищення потужності двигуна. Він з успіхом застосовується як на бензинових, так і на дизельних двигунах. Причому для дизелів він більш ефективний, оскільки вони допускають більшу ступінь стиснення.

 

Управління тиском нагнітається повітря здійснюється за допомогою спеціального клапана, який може стравлювати надлишок тиску в атмосферу.

 

Турбіни в авіації

 

Настільки ефективний метод, що підвищує ефективність роботи двигуна не міг пройти повз авіації. Ще в першій світовій війні для досягнення достатнього тиску в двигунах на великих висотах, де повітря розряджений, використовували турбонаддув.

 

В даний час газові турбіни використовуються в авіації як найважливіший компонент двигуна. Так в вертольотах і турбогвинтових літаках вони використовуються для приведення в дію повітряного гвинта.

 

У тридцятих роках минулого століття одного розумного англійського інженера відвідала думка створити авіаційний двигун без пропелера. Тоді багато хто вважав його ідею божевільною. Але цей принцип і нині використовується в сучасних турбореактивних двигунах (ТРД.)

 

Сучасна турбіна літака.

 

У газотурбінному (турбореактивному) двигуні літака турбіна приводить в дію компресор, а залишилася енергія разом з газовим струменем викидається через сопло, створюючи реактивну тягу.

 

Самі …

 

Кожен вид турбін має свою сферу застосування і свої плюси і мінуси. Максимальна потужність парових турбін, які використовуються на АЕС, досягає 1700 МВт. Однак вона незрівнянно менше, ніж потужність двигунів космічних кораблів, що досягає 27 млрд. Вт.

 

Настільки глобальне застосування турбін не виключає її застосування при здійсненні тонких медичних маніпуляцій.

 

Так, під час свердління зубів, свердло приводиться в обертання маленької повітряної турбинкой, на яку подається струмінь стисненого повітря. Ця мініатюрна деталька, обертаючись зі швидкістю 250 000 об / хв, скорочує час неприємної операції в кілька разів.

 

З розвитком нових технологій і галузей промисловості сфера застосування турбін постійно розширюється. Так з’явився цікавий проект TESLA1, розробниками якого стала інтернаціональна група конструкторів і дизайнерів.

 

Вони пропонують вмонтувати в автомобіль 5 турбін. Чотири – в колеса, вони будуть працювати за рахунок енергії вітру виникає при обертанні коліс від двигуна. А п’яте – передбачається розташувати в задній частині машини, де сходяться всі повітряні потоки від «колісних» турбін. Ця, п’ята турбіна, також буде створювати додаткову реактивну тягу.

 

Даний проект передбачається здійснити до 2030 року, коли будуть проводитися 24 годинні гонки Ле-Мана. Що ж поживемо – побачимо ….

...
ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Аташе – що це таке?