Что такое степень сжатия двигателя или турбина

Газовая турбина

1. Устройство газовой турбины
2. Сервис газовых турбин
3. Виды газовых турбин

Газовая турбина представляет собой вращающееся устройство, использующее мощность входящих газов для обеспечения движения генератора энергии. Она может работать непрерывно, чем отличается от дизельных двигателей внутреннего сгорания.

В качестве топлива для газовой турбины могут использоваться газ, нефтепродукты, уголь, дизельное топливо, керосин.

Турбина современного автомобиля

Турбина у современных автомобилей вдыхает больше воздуха. К ним относят BMW, Audi, Volkswagen, Volvo и другие модели. В соответствие с этой причиной подбирается воздушный фильтр крупного размера, под него изменяется коробка фильтра для легкого прохождения. Либо выполняется другая коробка или подбирается с фильтром от более крупнолитражного автомобиля.

Фильтр и корпус меняется по следующим причинам:

• из-за повышения расхода воздуха обычный фильтр скорее подвержен загрязнениям;
• из-за нехватки пропускной способности фильтра минимального объема, что не позволит целиком повысить работоспособность турбирования;

На транспортном средстве заменяется впускной воздуховод на другой, который должен быть больше по диаметру. Кроме отверстий для впуска и впрыска воздуха и выхлопных газов, на ней существуют два или четыре места для крепления патрубков. Если их в общем два, то они предназначены для масел, которые выполняют роль в охлаждении двигателя и выступают в качестве смазывающей функции.

Для подключения масляного насоса, который определяет давление, патрубок вставляется в приемное отверстие двигателя. Отыскиваются свободные места. В случае их отсутствия используются несвободные и устанавливается вместо масляного фильтра под трубки проставка и фланец, на который прикручивается фильтр. Он может быть любого размера. Следом сливное отверстие соединяется с патрубком и с отверстием двигателя.

После подсоединения системы в двигатель добавляется масло. Турбинному двигателю масляная жидкость необходима в достаточном количестве, так как в нем нет стандартных подшипников. Затем двигатель заводится и тщательно прогревается до того момента, когда турбина при холостом обороте будет работать на сухую, а насос двигателя свободно прогонит по ней масляную жидкость. Если в целом отверстий будет четыре, то двое из них предназначены под охлаждающую жидкость, откуда она подводится без проблем. Далее к компрессорному отверстию подсоединяется патрубок воздушного фильтра, и трубка пускается к коллектору.

Воздуховод изготавливается с минимальным количеством поворота, чтобы не затруднять движение воздуха. Подсоединяется он к воздухоприёмнику инжектора. В случае, если между компрессором и впуском устанавливается интеркулер с турбиной, теперь у двигателя присутствует большая мощность и снижается температурный режим, что влияет на его износостойкость.

Между компрессором и интеркулером ставится клапан сброса избыточного давления. Для эффективного использования турбины снижается степень сжатия в цилиндрах двигателя. Вследствие этого целесообразно установить поршни, которые увеличат объём камеры сгорания из-за большого количества воздуха.

Установка турбины

При установке турбины учитываются параметры длины и теплового расширения болтов крепления головы. Для оптимальной работы регулируются такие элементы, как: подаваемое топливо, воздух, зажигание. В результате двигатель плавно работает с максимально близким к желаемому работы. При выполнении перечисленных работ могут понадобиться – регулятора топливного давления либо прошивки.

В последнюю очередь устанавливаются контроллер, датчики для контроля и снятия мощности с системы. Для легкого толкания газов устанавливается точный выпуск увеличенного диаметра и выводится прочая техническая часть на новейший уровень нагрузок.

Для любого транспортного средства необходим диагностический осмотр, который подскажет чего не хватает. Рекомендуется купить под турбину тюнинг двигателя. Кроме этого, сегодня автопроизводители активно работают над улучшением систем турбонаддува, что наглядно показывает их большой потенциал. Обращайтесь в TURBOHELP , если вам нужен качественный ремонт турбин или профессиональная консультация по телефону +375-29-9692626

Ключевые технологи ПД-14

По признанию Иноземцева, сложными оказались практически все основные этапы созданию ПД-14. Одним из новшеств проекта ПД-14 стало создание рабочих групп по ключевым направлениям. Помимо конструкторов «ОДК-Авиадвигатель» в эти группы привлекались ведущие специалисты предприятий ОДК, отраслевых институтов и академической науки.

Двигатель-демонстратор ПД-14 был собран в июне 2012 года. Ключевым риском этого этапа стала технология изготовления пустотелой титановой рабочей лопатки вентилятора методом диффузионной сварки и сверхпластической формовки. В создании и освоении этой технологии кроме специалистов АО «ОДК-Авиадвигатель» большую роль сыграли специалисты ФГБУН «Институт проблем сверхпластичности металлов» Российской академии наук, АО «ОДК-УМПО», ФГУП «ЦИАМ», ФГУП «ВИАМ». «Без этой технологии двигатель ПД-14 не состоялся бы», — подчеркнул Иноземцев.

Серьезным вопросом также стала разработка турбины низкого давления. Она была создана совместными усилиями уфимского ОКБ «Мотор» и пермских конструкторов. «Опуская подробности, скажу, что при разработке турбины низкого давления спорили две идеологии: делать турбину большего диаметра с меньшим количеством ступеней или, наоборот, меньшего диаметра с большим количеством ступеней. Победила вторая, более консервативная идеология, обеспечившая высокий КПД турбины на крейсерском режиме полета», — рассказал генконструктор.

В проекте ПД-14 предприятие «ОДК-Авиадвигатель» впервые в практике отечественного двигателестроения разрабатывало не только сам двигатель, но и мотогондолу. Специалисты пермского конструкторского бюро отказались от общепринятого в мире типа реверсивного устройства распашного типа, когда мотогондола состоит из двух С-образных каналов, которые, как крылья бабочки, распахиваются и открывают доступ к двигателю.

Другой особенностью реверсивного устройства, которую специалисты «ОДК-Авиадвигатель» применили одни из первых в мире и точно первые в России, стало использование электрического привода для реверсивного устройства ПД-14. Уникальную систему электропривода разработали отечественные фирмы ООО «Электропривод» и ГК «Диаконт».

Для летных испытаний нового двигателя была восстановлена летающая лаборатория на базе Ил-76ЛЛ, которая позволяет оценивать около 2 тыс. параметров двигателя в процессе полета. Первый вылет Ил-76ЛЛ с двигателем ПД-14 состоялся 30 ноября 2015 года на аэродроме ЛИИ им М.М. Громова. «Примерно треть из этих 2 тыс. параметров мы наблюдали онлайн на базе в Жуковском и в Перми. Это первая в России летная лаборатория с такими возможностями», — отметил генеральный конструктор.

С сертификацией двигателя тоже было все непросто. Когда были развернуты работы по проведению сертификационных испытаний ПД-14, вышло постановление правительства России о перераспределении полномочий по сертификации авиационной техники — от Межгосударственного авиационного комитета (МАК) в Росавиацию. Правительственный маневр примерно на два года задержал все работы по сертификации ПД-14. Особенно работы с EASA. Но в конечном итоге все испытания были успешно проведены, и в октябре 2018 года ПД-14 получил сертификат типа.

Перспективный двигатель прошел сложнейшие сертификационные испытания, в первую очередь по обрыву рабочей лопатки вентилятора, в ходе которых была подтверждена локализация повреждений и отсутствие опасных последствий, связанных с двигателем. Для этого испытания был существенно доработан стенд «ОДК-Авиадвигатель». Специалисты пермского КБ разработали уникальную методику подрыва пирозаряда, обеспечивающего гарантированное отделение рабочей лопатки вентилятора от ротора на заданном режиме работы двигателя и не приводящего к дополнительному негативному воздействию на двигатель.

Успешно прошло сложное испытание по обрыву вала турбины низкого давления, доказавшее отсутствие опасных последствий для двигателя и самолета.

«Подобные испытания в «ОДК-Авиадвигатель» не проводились почти 30 лет», — рассказал Иноземцев, добавив, что сертификационные испытания проходили не только в Перми, но и в Москве на стендах ЦИАМ в Тураево, в Жуковском в ЛИИ им. М.М. Громова, в Рыбинске на открытом стенде «ОДК-Сатурн» в Палуево.

Подведем итоги

С учетом приведенной выше информации становится понятно, что двигатели с переменной степенью сжатия способны обеспечить значительное снижение расхода топлива на бензиновых моторах с турбонаддувом.

Другими словами, подобный ДВС вполне способен предложить все преимущества мощного бензинового высокооборотистого турбодвигателя. При этом по расходу топлива подобный агрегат может вплотную приблизиться к турбодизельным аналогам, которые сегодня популярны, в первую очередь, благодаря своей экономичности.

Форсирование двигателя. Плюсы и минусы доработки мотора без турбины. Главные способы форсирования: тюнинг ГБЦ, коленвал, степень сжатия, впуск и выпуск.

Особенности установки ГБО на мотор с турбонаддувом. Какое газобалонное оборудование лучше ставить на двигатели с турбиной. Советы и рекомендации.

Устройство турбокомпрессора, главные элементы конструкции, выбор турбины. Преимущества и недостатки бензиновых и дизельных двигателей с турбонаддувом.

Влияние степени сжатия на мощность и другие характеристики мотора. Тюнинг и увеличение степени сжатия, а также понижение параметра в отдельных случаях.

Возможность установки турбокомпрессора на двигатель с карбюратором. Основные преимущества и недостатки турбонаддува на карбюраторном авто.

Увеличение мощности атмосферного и турбированного двигателя. Глубокий или поверхностный тюнинг ДВС. Модификация впускной и выпускной системы. Прошивка ЭБУ.

Scania V8 на пике развития: экономия топлива до 3%

• Снижено внутреннее трение
• Новая система очистки выхлопных газов с двухступенчатым впрыском AdBlue
• Новый топливный насос с активным дозированием на входе
• Полностью новое оборудование и программное обеспечение для управления двигателем
• Повышена степень сжатия и максимальное давление в цилиндре
• Отключаемое сопутствующее оборудование, как компрессор сжатого воздуха
• Турбокомпрессор фиксированной геометрии с шарикоподшипниками в двигателе мощностью 770 л.с.

Scania постоянно работает над усовершенствованием двигателей V8 и сейчас представляет четыре еще более экономичные модификации для решения самых сложных транспортных задач. Все эти значимые улучшения являются результатом энтузиазма, опыта, компетентности и гениальных решений инженеров Scania.

«Мы опираемся на огромный опыт Scania в области производства двигателей V8 и продолжаем совершенствовать то, что создали несколько поколений квалифицированных инженеров, — говорит Горан Линд, главный инженер по двигателям Scania V8. — Нет никаких «квантовых скачков», все дело в усовершенствовании деталей и внедрении новейших технологий. Новая система управления двигателем (EMS) позволяет использовать современное интеллектуальное программное обеспечение для управления двигателем с более высокой точностью. Мы можем, например, еще более точно рассчитать, сколько топлива потребуется и когда именно».

За счет двухступенчатого впрыска AdBlue, когда первая доза впрыскивается в очень горячий поток сразу после горного тормоза, улучшается испарение при работе с низкой нагрузкой. Это означает, что новые двигатели Scania V8 соответствуют требованиям экологического стандарта «Евро-6», который вступит в силу в 2021 году.

Система управления двигателем EMS взаимодействует с AMS, системой нейтрализации отработанных газов. Обе они важны для соблюдения действующих и будущих норм «Евро-6» в отношении NOx и частиц сажи. (Не только на новый грузовик, но и с пробегом, требования европейского экологического стандарта должны выполняться в течение не менее семи лет или 700 тыс. км).

Scania предложила новое решение: присадка AdBlue фактически впрыскивается дважды: первый раз непосредственно после моторного тормоза-замедлителя, второй раз — как и ранее, в самом глушителе. При дополнительном дозировании испарение AdBlue улучшается во время движения с низкой нагрузкой, так как температура вблизи выпускного коллектора выше. Кроме того, улучшается стратегия нейтрализации, что способствует повышению топливной экономичности.

Высокое давление

Обновленная линейка двигателей V8 оснащена новым топливным насосом высокого давления с индивидуальным управлением насосными элементами (AIM, активный входной дозатор). Для увеличения времени безотказной работы и повышения производительности общее управление давлением и впуском улучшено с помощью усовершенствованной системы диагностики. Новый насос также оптимизирован для минимизации расхода моторного масла. Кроме того, повышена степень сжатия и максимальное давление в цилиндре для дальнейшего улучшения полноты сгорания смеси и увеличения топливной экономичности.

Новое поколение двигателей Scania V8 оснащено топливным насосом с активным дозированием на входе для оптимизации подачи топлива.

Одна из важнейших задач при проектировании высокоэффективных двигателей – это снижение внутреннего трения. За счет сокращения внутренних потерь удалось достичь существенных результатов. Одной из альтернатив является использование более эффективных современных масел пониженной вязкости со свойствами, которые были невозможны всего 10–15 лет назад. Но только улучшений, достигнутых при переходе на масло длительного срока службы, в последние годы недостаточно. Сам двигатель также должен быть разработан с учетом новых возможностей.

«Для повышения давления и выходной мощности необходимо, чтобы несколько компонентов двигателя, включая шестерни, поршни, кольца, головки цилиндров и клапаны, были усовершенствованы и усилены, — говорит Горан Линд. — Это требует тонкой настройки и улучшений с целью снижения внутренних потерь, тем более что мы также хотели увеличить интервалы технического обслуживания и повысить долговечность. И я могу с гордостью сказать, что достичь этих несколько противоречивых целей удалось».

Новый король дорог

Самым впечатляющим представителем семейства V8 является новый DC16 123. Имея мощность 770 л.с., он заменяет предыдущий флагманский двигатель в 730 л.с. Разница между ними в том, что 770 имеет ту же обновленную платформу, что и остальные двигатели новой линейки, обеспечивая стабильно высокий уровень надежности, которым славятся все Scania V8.

«Здесь становится очевидной огромная разница. Увеличение мощности сочетается с экономией топлива, чего мы достигли благодаря внедрению новейших технологий, — говорит Горан Линд. — Двигатель имеет систему селективного каталитического восстановления (SCR), надежный турбокомпрессор с фиксированной геометрией и такой же однорядный выпускной коллектор, как и у трех других двигателей V8».

Мощный DC16 123 развивает 770 л. с. за счет более крупных форсунок и турбокомпрессора с фиксированной геометрией (FGT) на шарикоподшипниках, что обеспечивает быструю реакцию на изменение условий и улучшенное сгорание топливной смеси.

Удаление и упрощение некоторых тяжелых компонентов обеспечило снижение массы двигателя до 75 кг по сравнению с предшественником. Еще одно новшество заключается в том, что для повышения приемистости двигатель мощностью 770 л.с. имеет уникальный турбокомпрессор фиксированной геометрии с шарикоподшипниками, а не с обычными подшипниками скольжения.

«Новые объединенные выпускные коллекторы не только гораздо легче и эффективнее, — объясняет Горан Линд, – кроме того, они создают характерный звук двигателя – особый рокот, который так ценят многие клиенты Scania и поклонники V8, он не производит больше шума, это скорее результат того, как при работе цилиндров происходит соударение выхлопных газов по ходу их движения внутри коллектора».

Мощность по запросу

Независимо от того, какой из четырех новых агрегатов Scania V8 лучше всего подходит для конкретных условий эксплуатации и транспортных задач, все они являются носителями безупречной репутации и наследия Scania V8, которое создавалось более пяти десятилетий. Надежные, долговечные и мощные, всегда с ноткой эмоций. Их можно назвать высокотехнологичными рабочими лошадками, если такие существуют.

«Это поистине великолепные двигатели с коротким прочным коленчатым валом и плавной передачей мощности за счет многоцилиндровой конфигурации. Наши знаменитые двигатели Scania V8 не имеют себе равных, если учитывать сразу и эффективность транспортировки, и грузоподъемность», говорит Горан Линд.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с отделом маркетинга ООО «Скания-Русь»:

Двигатель ПД-14 и семейство перспективных двигателей

Двигатели ПД на базе унифицированного газогенератора — семейство отечественных турбореактивных двухконтурных двухвальных двигателей, предназначенных для ближне-, среднемагистральных самолетов и промышленных ГТУ.

Основная особенность семейства двигателей ПД – применение унифицированного компактного газогенератора.

Основные ключевые технологии: полые широкохордные титановые лопатки, моноколеса (блиски) и сварная секция в роторе компрессора высокого давления, малоэмиссионная камера сгорания из интерметаллидного сплава, монокристаллические лопатки турбины высокого давления с перспективной системой охлаждения, керамические покрытия на деталях горячей части, полые лопатки турбины низкого давления, композитная мотогондола.

• Преимущества
• Модификации
• Конкурентные преимущества
• Состояние работ

Основные преимущества двигателей ПД

Наработка на неустранимое в полете выключение двигателя

Надежность вылета ВС, связанная с готовностью двигателя

Низкий расход топлива

Снижение удельного расхода топлива относительно современных двигателей

Соответствие перспективным экологическим нормам

Снижение шума относительно требований главы 4 стандарта ИКАО

Снижение уровня эмиссии по NOx относительно норм ИКАО 2008 года

Соответствие современным требованиям по сертификации

АП-33, FAR-33, CS-E, ETOPS

Модификации двигателей, разрабатываемые в настоящее время

Семейство перспективных ТРДД для БСМС состоит из двигателей ПД-14, ПД-14А, ПД-14М, ПД-10;

ПД-14 — базовый ТРДД для самолета МС-21-300;

ПД-14А — дросселированный вариант ТРДД для самолета МС-21-200;

ПД-14М — форсированный вариант ТРДД для самолета МС-21-400;

ПД-10 — вариант с уменьшенной тягой до 10. 11 тс для самолета SSJ‑NG.

Основные параметры двигателей
(все параметры даны без учета потерь в воздухозаборнике и без отборов воздуха и мощности на самолетные нужды)

ПД-14А

ПД-14

ПД-14М

ПД-10

Тяга на взлетном режиме (Н = 0; М = 0), тс

Удельный расход топлива на крейсерском режиме, кг/кгс·ч

-(10-15) % от уровня современных двигателей аналогичного класса тяги и назначения

Диаметр вентилятора, мм

Сухая масса двигателя, кг

Так же на основании технологий, разработанных в рамках Проекта ПД-14, планируется создание промышленных ГТУ для производства ГПА и ГТЭС в классах мощности 8, 16 МВт.

Конкурентные преимущества по показателям экономической эффективности эксплуатации
обеспечиваются следующими основными параметрическими и конструктивными особенностями по сравнению с аналогами-конкурентами:

Меньшие температуры на выходе из камеры сгорания являются важнейшим фактором уменьшения стоимости, снижения рисков в достижении заявленных показателей долговечности и надёжности двигателей самолетов с коротким полетным циклом.

Меньший диаметр вентилятора ПД-14 позволяет иметь объективное снижение массы двигателя и лобового сопротивления мотогондолы.

Оптимальные размеры внутреннего контура (газогенератора) облегчают решение проблемы относительно больших отборов воздуха из компрессора на различные нужды и снижают установочные потери тяги.

Достаточно высокая расчетная степень сжатия вентилятора (вследствие применения несколько меньшей степени двухконтурности) исключает необходимость применения регулируемого сопла наружного контура с неизбежным увеличением массы и сопротивления двигательной установки и снижает установочные потери тяги.

Проверенная в эксплуатации классическая безредукторная схема двигателя ПД-14 позволяет достичь требуемых показателей массы, ресурса, надежности и стоимости обслуживания.

Оптимальное сочетание умеренно высоких параметров цикла и проверенной схемы двигателя с прямым приводом вентилятора позволяет обеспечить снижение цены двигателя, затрат на обслуживание и ремонт, массы и лобового сопротивления двигательной установки и обеспечить преимущество двигателя ПД-14 по показателям экономической эффективности эксплуатации и стоимости жизненного цикла.

Состояние проектных и доводочных работ Проекта ПД-14

Завершен этап технического проекта. Получены положительные заключения.

Развернута работ с ОАО «Корпорация «Иркут» по интеграции двигателя и самолета.

Выполнен большой объём испытаний экспериментальных узлов и систем двигателя на специальных установках.

Спроектирован демонстрационный двигатель проекта базового двигателя для подтверждения работоспособности узлов ПД-14.

Завершен первый этап доводочных испытаний газогенератора.

Изготовлением и испытаниями двигателя-демонстратора технологий подтверждена готовность критических технологий.

Проведены испытания узлов МГ из ПКМ на двигателе прототипе.

Выпущена рабочая конструкторская документация на двигатели ПД-14 и мотогондолы опытной парти.

Сформирована производственная кооперация изготовления опытной партии двигателей и мотогондол начато изготовление опытной парти двигателей и мотогондол.

Завершена программа испытаний двигателей демонстраторов 100-03 и 100-04, подтверждена необходимость внедрения выбранных конструкторских решений.

Подана заявка в АР МАК на получение сертификата типа двигателя.

Разработан Сертификацонный базис ПД-14, охватывающий требования АР МАК, EASA, FAA.

Проведена макетная комиссия по двигателю ПД-14 и утвержден протокол МК АР МАК.

Проведена макетная комиссия по самолету МС-21 с двигательной установкой ПД-14 и утвержден протокол МК АР МАК.

Выполнена подготовка производства и обеспечивается VI уровень технологической готовности при изготовлении опытной партии двигателей ПД-14.

Проводятся летные испытания двигателя ПД-14 в составе летающей лаборатории Ил-76ЛЛ в ЛИИ им. Громова.

«ОДК-Авиадвигатель» получил сертификат типа на новейший авиационный двигатель ПД-14

Альтернативный способ изменения степени сжатия

В современной практике разработки двигателей активно применяется альтернативный способ динамического изменения степени сжатия – установка турбонагнетателя. Он помогает увеличить давление в камере сгорания, не изменяя при этом ее физического объема. Принцип работы нагнетателя заключается в том, что в камеру сгорания под давлением поступает больше воздуха за единицу времени.

Турбина с изменяемой геометрией

В результате степень сжатия меняется постоянно, реагируя на увеличение и уменьшение нагрузки на двигатель. Этот процесс происходит под контролем электроники, которая оперативно изменяет условия воспламенения топливо-воздушной смеси. В результате всех перечисленных выше негативных факторов, связанных с изменением давления в камере сгорания, удается избежать.

В Объединенных Арабских Эмиратах крайней популярностью пользуются гонки на дизельных внедорожниках. Для увеличения степени сжатия и мощности используются турбины максимальной производительности

Поклонники тюнинга восприняли применение турбонагнетателей как более гибкий и управляемый способ увеличения мощности двигателя. Можно сказать, что приобретение турбо-кита (набора деталей, предназначенных для установки турбонаддува на конкретный двигатель), гораздо более распространена по сравнению с форсированием. Нагнетатели разных типов успешно используются и при необходимости увеличить эффективность работы дизельного двигателя.