Il principio di funzionamento della turbina: descrizione, dispositivo, caratteristiche

Al fine di aumentare il potere e coppia del motore l'umanità si è inventata un sacco di dispositivi e unità. Il metodo più semplice è aumentare il volume della camera di combustione. Più carburante entra nel cilindro, più lavoro utile sarà prodotto. Ma ci sono problemi. In primo luogo, la dimensione di un tale motore può essere oltre i limiti e, in secondo luogo, il funzionamento di un tale motore a combustione interna a causa dell'elevato consumo di carburante non sarà redditizio. Pertanto, le case automobilistiche di recente stanno attrezzando sempre più le loro auto con una turbina. Che cos'è questo oggetto? e qual è il principio della turbina? Apprendiamo in dettaglio nel nostro articolo.

caratteristica

La turbina è un elemento del sistema di aspirazione del motore, che serve ad aumentare la pressione dell'aria attraverso l'uso di energia dai gas di scarico. Grazie al suo lavoro, la massa d'aria nella camera di combustione aumenta.

Ciò consente di accelerare il motore e aumentare la coppia. Si noti inoltre che le prime turbine erano azionate meccanicamente. Il principio di funzionamento di una tale turbina era di convertire energia da l'albero motore. Con l'ultimo elemento collegato da una trasmissione a cinghia. Ma presto tali unità cessarono di essere usate. Ora tutti i produttori usano turbina a gas il principio del quale consente di aumentare l'efficienza del motore dell'80 percento anziché di 30.

Dove usato

Fondamentalmente, una tale unità può essere trovata su auto moderne. Ma questo compressore non è utilizzato su tutti gli ICE. Un fattore limitante nell'uso delle turbine sui motori a benzina è un alto grado di detonazione. È associato ad un aumento della frequenza di rotazione del motore a combustione interna e all'enorme temperatura dei gas di scarico (fino a mille gradi). In considerazione di ciò, viene spesso utilizzata una turbina. motore diesel. Il principio di funzionamento di un tale motore a combustione interna è alquanto diverso. C'è meno rischio di detonazione e la temperatura dei gas non supera i 600 gradi. Soprattutto i compressori si trovano sui veicoli commerciali. È impossibile immaginare un autobus moderno o un trattore a lungo raggio non dotato di tale turbina. Se parliamo di marchi, la turbina è installata sulle seguenti vetture:

• "Volkswagen".
• "Mercedes".
• "Volvo".
• "Mazda".
• "Audi".
• "Renault".
• "Toyota".

Ci sono altre aree in cui viene applicato un elemento simile. Ad esempio, è una centrale elettrica e un motore a combustione interna di navi. Ma qui la turbina a vapore è già utilizzata, il cui principio di funzionamento verrà considerato un po 'più tardi.

carenze

Perché questo elemento non è presente su tutti i motori a combustione interna? Prima di tutto, l'uso di una turbina aumenta il costo delle auto di produzione. Oltre alla stessa lumaca, sono necessari molti altri elementi.

Inoltre, il motore ha bisogno di un altro sistema a pistone più robusto e unità per lavorare con la turbina. Ciò comporta anche costi aggiuntivi. Inoltre tra le carenze si può notare il cosiddetto turboboyu (quando il motore non può guadagnare slancio per il momento giusto). Le ragioni di questo fenomeno sono l'inerzia del compressore.

disegno

Quindi, consideriamo il dispositivo e il principio di funzionamento della turbina. E questo elemento consiste di tre componenti principali:

• Edificio centrale
• Compressore centrifugo
• Lumache.

Il design di quest'ultimo include le ruote della turbina e del compressore, l'albero del rotore, cuscinetti di scorrimento e anelli di tenuta. Tutto questo è racchiuso in una robusta custodia metallica resistente al calore. Poiché il principio del motore a turbina si basa sull'utilizzo di energia di scarico, la parte calda della coclea può illuminare fino a mille o più gradi Celsius.

Oggetti ausiliari

Poiché la turbina fa parte del sistema di aspirazione, il suo funzionamento è impossibile senza l'uso di un filtro dell'aria, una valvola a farfalla e un intercooler.

Quest'ultimo è progettato per raffreddare l'ossigeno che viene iniettato nella camera sotto pressione. Più fredda è l'aria nell'intercooler, migliore è la miscela che brucia nei cilindri. Anche nel design non fa a meno di collegamento e tubi dell'olio.

Come funziona

Vale la pena notare che il principio di funzionamento della turbina su un motore a benzina è lo stesso di quello di un diesel. Durante il funzionamento del motore a combustione interna vengono prodotti gas di scarico. Entrano nel corpo (la parte calda della coclea), dove si muovono lungo le pale di una ruota della turbina. Quest'ultima ruota a velocità incredibili: 100 o più migliaia di giri al minuto. Poiché la ruota della turbina è rigidamente collegata all'albero, la coppia viene trasmessa alla seconda parte fredda della turbina. Questo, a sua volta, inizia a catturare l'ossigeno dall'atmosfera. Penetra all'interno dopo che passa attraverso il filtro. Successivamente, l'aria sotto pressione entra nel collettore di aspirazione, dove si mescola con il carburante ed entra nella camera di combustione. Come materiali per l'involucro della turbina, vengono utilizzati acciai resistenti al calore e una lega ferro-nichel.

Le prestazioni del compressore dipendono dalla sua forma e dalle sue dimensioni. Più grande è il suo diametro, più aria viene aspirata nel collettore di aspirazione. Ma non è possibile aumentare costantemente le dimensioni del compressore. Questo può portare alla sovralimentazione. La piccola turbina gira molto più velocemente alla velocità nominale. Ma al picco ha meno produttività. Pertanto, le dimensioni e la forma dell'elemento sono selezionate rigorosamente individualmente per ciascun motore. Non è possibile installare l'unità dall'auto a benzina sul diesel e viceversa. Sebbene abbia lo stesso principio di funzionamento della turbina, agirà in modo diverso su diverse auto.

Un punto importante: una valvola di bypass speciale è prevista per la regolazione della pressione di sovralimentazione. È guidato pneumaticamente ed è controllato dalla centralina del motore.

Sistema di lubrificazione

Questo è un componente integrale di qualsiasi turbina. Il principio di funzionamento del sistema di lubrificazione è semplice. L'olio viene fornito tra il cuscinetto e l'involucro del compressore attraverso più canali sotto pressione. Ma non pensare che questo sistema sia necessario solo per la lubrificazione. Inoltre raffredda le parti riscaldate del compressore. Su alcuni motori, la turbina è accoppiata con un sistema di raffreddamento comune. A causa di ciò, si ottiene un raffreddamento migliore, ma questo design è molto più complicato e più costoso da produrre.

Per liberarsi del turbo-yam, i produttori stanno migliorando costantemente il design della turbina su un motore diesel. Il principio del suo funzionamento rimane lo stesso, ma i seguenti punti cambiano:

• La massa del compressore. La turbina è fatta di materiali leggeri e resistenti allo stesso tempo (ad esempio, dalla ceramica).
• Design del cuscinetto. Minore è la perdita di attrito, maggiore è la prestazione della turbina. La ruota è più facile da girare ai suoi valori nominali.

Tipi di turbina

Al momento ci sono diversi tipi popolari di compressori:

• Separate. Ha due ugelli per ogni coppia di cilindri e due ingressi per i gas di scarico. Il primo ugello è progettato per una risposta rapida, il secondo è per le massime prestazioni. Il design ha canali di scarico separati. Questo è fatto per evitare canali sovrapposti con il rilascio di gas di scarico.
• Compressore a ugello variabile. È anche noto come una turbina a geometria variabile. Viene utilizzato su motori con marcature TDI di Volkswagen. Qui nel design ci sono 9 lame mobili. Possono regolare il flusso dei gas di scarico che vanno alla turbina. L'angolo di inclinazione delle pale è regolabile, il che consente di riconciliare la pressione dell'aria iniettata e la velocità di movimento dei gas con i giri del motore.

Per prestazioni superiori, è possibile installare due compressori sul veicolo. Tali sistemi sono etichettati come "twin-turbo".

Questi meccanismi sono installati sequenzialmente. In questo caso, la prima turbina funziona a bassi regimi e la seconda in alto. Sui motori V, i compressori sono installati in parallelo (una turbina per ogni fila). Come dimostra la pratica, l'installazione di due piccoli compressori è molto più efficiente rispetto all'uso di un singolo, ma di grandi dimensioni.

Turbina a vapore

Il principio del suo lavoro è leggermente diverso. Il vapore che si forma nella caldaia, sotto pressione cade sulla girante della turbina. Quest'ultimo fa rivoluzioni, generando così energia meccanica. Tipicamente, questa turbina è collegata a un generatore e viene utilizzata nelle centrali elettriche. Grazie all'energia meccanica, il generatore produce elettricità. La potenza di tali unità può raggiungere 1000 MW.

Tuttavia, questo indicatore dipende in modo significativo dalla caduta di pressione del vapore all'ingresso e all'uscita. Anche turbine simili sono utilizzate per azionare la pompa di alimentazione, su navi e navi con un impianto nucleare. Per quanto riguarda le navi da guerra, qui viene utilizzata una turbina a gas. Il principio del suo funzionamento è il seguente. Il gas scorre attraverso l'unità dell'ugello del compressore verso l'area di bassa pressione. Allo stesso tempo, si espande e accelera. Quindi il flusso di gas sposta le pale della turbina. Questi ultimi trasmettono la forza all'albero attraverso i dischi. Questo crea una coppia utile.

In conclusione

Quindi, abbiamo scoperto il principio di funzionamento della turbina diesel, oltre a benzina e vapore. Come puoi vedere, questi elementi sono installati con un unico obiettivo: sviluppare una coppia utile. Nel caso delle auto viene speso per la fornitura di aria pressurizzata all'ingresso. E nelle centrali elettriche la turbina è necessaria per il funzionamento del generatore, che produce corrente.