Причины поломки турбины на дизеле: Характерные поломки турбины

Содержание

Причины поломки турбины

Не бывает так, что турбина поломалась сама по себе. Всегда есть причина, по которой турбокомпрессор вышел из строя. Их может быть несколько. Специалисты в сфере турбонаддува уверенны, что ресурс современной турбины равняется к ресурсу двигателя. К сожалению, на практике мы наблюдаем другую картину. Что-то случилось и турбокомпрессор нужно менять. Как утверждают производители, дефекты в изделиях исключены. И это правда: процесс изготовления турбин постоянно контролируется, да и для производства используют высокотехнологичные и автоматизированные линии.

Так почему же турбины ломаются? Почему недавно установленный турбокомпрессор неожиданно выходит из строя? Как распознать проблему? Далее мы рассмотрим 11 признаков поломок турбин и причины этого.

Причины и признаки неисправностей турбины

  1. Когда автомобиль разгоняется, мотор прогревается и из выхлопной трубы выходит синий дым. Через время он исчезает.
    Почему: Масло, попадая в цилиндр двигателя, сгорает в турбине из-за утечки.
  2. Черный цвет выхлопных газов.
    Почему: Нагнетающие магистрали и/или интеркулер где-то пропускают воздух. Вследствие этого обогащенная смесь сгорает. Очевидно, поломана система управления турбокомпрессора.
  3. У выхлопных газов мутно-белый цвет.
    Почему: Маслопровод турбокомпрессора чем-то загрязнен.
  4. Чрезмерно расходуется масло (на 1 километр уходит 200 — 1000 мл), на целом изделии или на стыках патрубков воздушного тракта можно увидеть жирные подтеки.
    Почему: Загрязнился сливной маслопровод или канал, через который подходит воздух. Возможно, закоксовался корпус оси ТКР.
  5. Автомобиль хуже разгоняется.
    Почему: Через неисправную или поврежденную систему управления ТКР в двигатель поступает недостаточно воздуха.
  6. Мотор во время работы шумит, свистит.
    Почему: Место соединения выхода компрессора и двигателя пропускает воздух.
  7. Во время работы турбины слышен скрежет.
    Почему: Корпус турбины треснул или немного деформировался, лопасти касаются краев трещин. Если это случилось, ТКР скоро сломается.
  8. Работающая турбина шумит больше обычного.
    Почему: Провод, подающий масло, загрязнен, а осевой и радиальный зазоры ротора увеличились. Возможно, они трутся о корпус турбины.
  9. Чрезмерно уходит топливо, а токсичность выхлопа заметно увеличилась.
    Почему: Воздушный фильтр или канал поступления воздуха к турбокомпрессору сильно загрязнились.
  10. На корпусе видно, что со стороны компрессора протекает масло.
    Почему: Корпуса оси турбины закоксовался. Также нарушена работа смазки, поврежден турбокомпрессор.
  11. Когда запускается двигатель, труба выбрасывает под капотом облако черного дыма. Также возникает эффект турбоямы.
    Почему: Утечка газа по причине трещины на байпасном клапане турбины.


Подводя итоги

От поломки турбины никто не застрахован. Но если вы регулярно обслуживаете машину, своевременно меняете масло, ваш турбокомпрессор будет служить еще много лет. И если вы думаете, что автомобиль с пробегом 200-250 т. км при работе одной турбины — это редкость, вы ошибаетесь. Секрет во внимательном отношении к своей машине и соблюдении правил эксплуатации, которые и обеспечивают долголетнюю работу как авто, так и турбины.

Хотите предотвратить поломку турбокомпрессора? Заливайте только качественное масло, не превышайте заданное заводом изготовителем количество, не допускайте засорения турбины, исключите ее перегрев.

Не игнорируйте тот факт, что ремонтировать турбину при любых видах поломки должны специалисты в сервисном центре.

Чтобы не повредить механизм, человек должен обладать специальными знаниями, умениями и располагать оборудованием. Тем более, любая работа, связанная с ремонтом агрегата, должна выполнятся в идеально чистых условиях. Если хоть малейшая частица попадет в турбокомпрессор, он может выйти из строя. Поэтому берегите свой автомобиль, а ремонт турбины доверяйте профессионалам!

 

Причины поломки и выхода турбин и турбокомпрессора из строя

Причин для выхода турбины из строя может быть несколько, однако, если вы соблюдаете все технический регламенты по обслуживанию машины, замене масла и вовремя проводите обслуживание автомобиля, то турбокомпрессор установленный на автомобиль прослужит вам долгие годы и пробег автомобиля 200-250 т. км с одной турбиной это не редкость, а просто внимательное отношение к своему автомобилю и соблюдение требований для его длительной и безпроблемной эксплуатации.

Рекомендуем вас посмотреть виде ролик от фирмы Garrett посвещенный проблемам с турбинами и правильному обращению с ними:

Теперь поговорим о проблемах поподробнее:

1. Моторное масло загрязнено

            1.1 Моторное масло имеет включения достаточно крупных абразивных частиц

При наличии в масле крупных абразивных частиц наблюдается сильный износ опорных шеек ротора турбокомпрессора. На шейках и втулках  опорных и упорных подшипников можно наблюдать довольно глубокие задиры (фото 1-4).

Фото 1.

Фото 2.

Фото 3.

Фото 4. (справа – новая втулка)

Среди наиболее вероятных причин такого состояния моторного масла прежде всего следует назвать некондиционный масляный фильтр, перепускной клапан которого негерметичен. Вследствие этого часть масла поступает в каналы двигателя без фильтрации.

Также причиной может стать загрязнение моторного масла после неаккуратного ремонта. Зачастую грязь может попасть в масло после вскрытия  клапанной крышки головки блока, поддона масляного картера или каких-либо других работ с частичной разборкой двигателя. При этом даже качественный масляный фильтр может оказаться полностью блокированным загрязнениями, после чего срабатывает перепускной клапан и масло поступает в магистраль без фильтрации.

            1.2. Моторное масло имеет загрязнения в виде мелких абразивных частиц

Визуально загрязнение масла такого характера проявляется в значительном износе опорных шеек ротора ТК, причем на граничных кромках зон трения будет наблюдаться эффект «зализывания». Втулки радиальных подшипников изнашиваются подобным образом – хорошо видны скругления их кромок. Также хорошо виден износ на внутренней стороне упорного подшипника (фото 5-7).

Фото 5.

Фото 6.

Фото 7.

Наиболее вероятные причины загрязнения такого характера:

—  значительное превышение срока службы моторного масла. Любое масло постепенно теряет свои смазывающие свойства, стареет и закоксовывается от воздействия высоких температур. Мелкие частицы кокса проникают сквозь фильтрующий элемент масляного фильтра и  постепенно «шлифуют» поверхности трения в подшипниках турбокомпрессора.

— После обкатки двигателя масло не было вовремя заменено. Обкатка сопровождается образованием мелких абразивных частиц металла. При этом абразивные частицы  попадают в систему смазки турбокомпрессора, что приводит к его повышенному износу.

            2. Моторное масло имеет химические загрязнения

Загрязнение масла такого характера проявляется в виде значительного износа опорных шеек ротора ТК. При этом наличествуют явные признаки перегрева в виде  цветов побежалости. Аналогичная картина наблюдается и на внутренних поверхностях опорных втулок подшипников скольжения. (фото 8,9)

Фото 8.

Фото 9.

Наиболее вероятные причины такого загрязнения:

— смешивание моторного масла в картере двигателя с топливом. Причиной может быть нарушение в работе системы подачи топлива. Если одна или несколько форсунок системы впрыска работают неправильно, часть топлива может попадать в картер. Также топливо может попасть в масло вследствие неаккуратного техобслуживания, к примеру измерения компрессии в цилиндрах;

— наличие в масле чрезмерного количества присадок, улучшающих отдельные его свойства;

— применение в двигателе некачественного моторного масла либо вполне качественного, но не предназначенного для использования в моторах с турбокомпрессором.

Химические загрязнения приводят к резкому снижению прочности масляной пленки в подшипниках скольжения ТК. На интенсивных режимах работы агрегата пленка может разрушаться, что приводит к сухому трению как раз в тот момент, когда смазка нужна больше всего.

3. Повреждения, связанные с эксплуатацией ТК на предельных режимах

            3.1. Повреждения ТК по причине выхода на запредельные температурные параметры работы

Превышение температурных показателей работы турбокомпрессора приводит к образованию масляного нагара на шейках ротора и значительному закоксовыванию вала. От перегрева тыльная сторона турбинного колеса становится слегка вогнутой, а иногда на ней и примыкающей части вала появляется  «апельсиновая корка» (фото 10,11). Наиболее серьезные последствия перегрева – образование на тыльной стороне колеса  глубоких трещин (фото 12).

Фото 10.

Фото 11.

Фото 12.

Причины работы турбокомпрессора на запредельных температурах:

—  Нарушение в работе системы охлаждения. Самая распространенная причина – неисправный термостат. Также причиной может стать недостаточный уровень охлаждающей жидкости;

— Нарушения в работе газораспределительной системы, к примеру, неправильный угол опережения зажигания или несвоевременный впрыск топлива;

— Использование в двигателе топлива, не соответствующего рекомендованного изготовителем автомобиля;

— для ТК с водяным охлаждением – образование в водяной рубашке ТК воздушной пробки, образование накипи в патрубках системы охлаждения, что приводит к уменьшению их сечения вплоть до полного перекрытия.

            3.2. Повреждения ТК, связанные с выходом на запредельные обороты ротора

При превышении максимальных значений частоты вращения ротора ТК  может сопровождаться образованием трещин  лопаток турбины. При дальнейшей работе агрегата на таких режимах часть лопаток может быть разрушена, вплоть до полного разрыва всего колеса турбины (фото13,14).

Фото 13.

Фото 14.

Причины выхода турбокомпрессора на запредельные частоты вращения:

— Неисправность системы регулирования турбокомпрессора. Наиболее распространенная причина – выход из строя датчика  давления воздуха, расположенного во впускном коллекторе двигателя;

— неисправность байпасной системы. Данная неисправность возникает в турбокомпрессорах, в которых предусмотрен перепуск выхлопных газов. Примером может служить турбокомпрессор с нормально закрытыми предохранительными клапанами;

— для ТК с системой VNT ( с изменяемой геометрией) и системой VST (с дросселированием) – заклинивание регулируемых элементов в положении, соответствующем наибольшей производительности турбинной части агрегата.

4.

Недостаток смазки турбокомпрессора

4.1.Неисправности узлов и деталей ТК в связи  с недостаточностью смазки, как временной, так и постоянной

Дефицит смазки в турбокомпрессоре имеет симптомы, во многом  схожие с теми, которые возникают при химическом загрязнении масла. При этом наблюдается изменение цвета  ротора и втулок подшипников скольжения. С серебристо-белого эти детали меняют цвет на желтый или даже иссиня-черный. Впоследствии, если причина дефицита смазки не устраняется, может последовать разрушение вала ротора. Самым серьезным последствием может стать отрыв колеса турбины. Также разрушаются дистанционные втулки и подшипники скольжения (фото 15-17).

Фото 15.

Фото16.

Фото 17.

Возможные причины дефицита смазки ТК:

— общая неисправность системы смазки двигателя, в том числе износ деталей маслонасоса, неисправность редукционного клапана маслонасоса, чрезмерное засорение масляного фильтра;

— наличие в поддоне картера больших отложений закоксованного масла и посторонних предметов (кусков прокладок, металлических осколков и т.д.)

В данном случае при работе двигателя на холостых оборотах давление масла в системе находится в пределах нормы. С повышением частоты вращения коленвала увеличивается производительность маслонасоса, что приводит к подтягиванию к сетке маслоприемника имеющихся в поддоне загрязнений, а это может привести к значительному падению давления в системе как раз в тот момент, когда двигатель работает под нагрузкой и нуждается в смазке. Датчик аварийного давления в системе смазки при этом не срабатывает – давление в системе остается выше минимального, но его недостаточно для обеспечения смазки турбокомпрессора, который работает в наиболее тяжелых условиях;

— снижение количества подаваемого в турбокомпрессор масла из-за ненадлежащего состояния подающей трубки. Трубка может быть засорена коксовыми отложениями либо повреждена механически;

— засорение масляных каналов корпуса турбокомпрессора. Причин у такого явления может быть несколько, и самая вероятная из них это попадание частиц кокса в каналы из подающей магистрали системы смазки ТК. При ремонте агрегата рекомендуется заменить подающую магистраль  на новую. В крайнем случае достаточно ее тщательно промыть и продуть, чтобы по возможности исключить наличие в ней загрязнений. Масляные каналы корпуса ТК могут быть перекрыты и по другим причинам. Некоторые модели турбокомпрессоров имеют дополнительный масляный фильтр, который представляет собой мелкую сетку в корпусе из пластмассы. Пластмасса в процессе эксплуатации может разрушаться. и ее частицы попадают в каналы и перекрывают их. Также пластмассовый корпус может разрушиться в результате неправильного монтажа.

5.

Повреждения турбокомпрессора механического характера

5.1.Повреждения рабочего колеса компрессора твердыми предметами

Твердые предметы, попадающие в канал подачи воздуха и далее в компрессор могут нанести ему непоправимый вред. Это может быть шайба, гайка или какая-либо пластмассовая деталь, попавшая в канал в результате неаккуратного ремонта. Поврежденная крыльчатка компрессора теряет балансировку, после чего турбокомпрессор полностью выходит из строя в течение небольшого периода времени. В худшем случае может  произойти обрыв вала ротора или  обрыв рабочего колеса компрессора (фото 18-20).

Фото 18.

Фото 19.

Фото 20.

5.2. Повреждения рабочего колеса компрессора мягкими предметами

Несмотря на то, что некоторые предметы, попадающие в компрессор, являются мягкими, последствия от этого не менее плачевные. В компрессор могут попасть сухие листья, кусок ветоши, бумаги или картона, и любой из этих предметов наносит рабочему колесу серьезный вред, после чего выходит из строя весь агрегат. Причина состоит в нарушении балансировки ротора, что приводит к быстрому разрушению дистанционных втулок и подшипников. В худшем случае может произойти излом вала ротора. Мягкие предметы становятся причиной деформации лопаток колеса компрессора, а в некоторых случаях происходит усталостное разрушение лопаток (фото 21,22).

Фото 21.

Фото 22.

5.3.Абразивные повреждения лопаток  рабочего колеса компрессора

В воздушную магистраль турбокомпрессора могут попадать абразивные частицы (пыль, песок), которые постепенно изнашивают рабочее колесо. Изменяется форма лопаток, они сглаживаются и истончаются. И хотя дисбаланса при этом не наблюдается – поверхности стираются равномерно, но происходит уменьшение рабочей поверхности колеса, что приводит к падению производительности агрегата (фото 23).

Фото 23.

Наиболее вероятные причины попадания в воздушный канал абразивных частиц – проблемы с воздушным фильтром. В частности, он может быть деформирован таким образом, что часть воздуха не подвергается фильтрации. Также причиной может быть негерметичность  патрубка от воздушного фильтра до входа в турбокомпрессор. В этой части наблюдается разрежение, и пыль и песок попросту засасывает внутрь. Еще одна возможная причина – негерметичность системы вентиляции картера.

5.4. Повреждения посторонними предметами на стороне турбины

Как уже было сказано, турбокомпрессор работает на режимах, близких к предельным. Поэтому попадание в турбинную часть даже небольших посторонних предметов может привести к катастрофическим последствиям. Это может быть окалина, твердый нагар, частицы песка, осколок поршня или клапана. Наиболее тяжелый случай – отрыв рабочего колеса турбины. В системах с изменяемой геометрией (VNT) могут быть повреждены лопатки, что приведет к выходу из строя системы регулирования (фото  24, 25).

Фото 24.

Фото25.

как определить скорую необходимость замены детали |

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.

5 самых популярных причин поломки турбины


Автомобили с турбированным двигателем принято считать мощнее обычных. Но, где мощность, там и сложности в обслуживании.

С одной стороны — чего может быть сложного в автомобиле? Завёл и поехал. С другой стороны — неправильная эксплуатация турбины влечёт за собой серьёзные последствия и большие финансовые вложения.

Как этого избежать? Бережно эксплуатировать турбокомпрессор и вовремя делать его диагностику. Это очевидно. А вот причины выхода турбины из строя давайте обсудим поподробнее.

 

 

Турбокомпрессор — это сложный механизм, функционирование которого напрямую связано с двигателем автомобиля. Работа ДВС подразумевает наличие смазывающих материалов в системе. Из этого не сложно сделать вывод, что все причины поломки турбины связаны с маслом.

1. Грязное масло. Пока циркулирует по системе, она работает как часы. Но если в него попадает пыль, каналы подвода смазки закупориваются, подшипники изнашиваются. Оно становится слишком вязкое и начинает шлифовать металлические части детали. Как результат происходит поломка турбины, а именно, потеря герметичности.

Будьте внимательны, кроме масла в систему турбонаддува может попасть вода или бензин/дизель. Тут поможет только профессиональный ремонт турбин.

2. Не достаточно масла. Не зря рекомендуют проверять шланги, которые идут на турбину, на предмет трещин и плотного прилегания. Так как в случае недостаточного количества смазки в системе, происходит перегрев турбокомпрессора. Это влечёт за собой деформацию корпуса турбины, выход из строя подшипников, заклинивание изменяемой геометрии. Список неисправностей турбины при недостаточном смазывании можно продолжать бесконечно. Лучше конечно придерживаться регламента и проверять уровень масла и места возможных утечек.

3. Посторонние предметы в масле. Пыль и грязь — это тоже то, чего не должно быть в смазочном материале. Но тут речь о более крупных предметах. Случается так, что в смазку попадают камушки с дороги, песок, части фильтра. Это приводит к поломке турбины: деформации ротора или заклиниванию турбины.

4. Выжать максимум — так можно охарактеризовать еще одну из причин поломки турбины. У каждой детали есть предел эксплуатации и если постоянно держать её в красной зоне, то она долго не выдержит. В работе произойдёт сбой, а это скорее всего приведёт к поломке турбины.

5. Использование герметика. Турбина — деталь дорогая и ремонт её не дешёвый. Многие пытаются сэкономить на нём и «подлатать» щели герметиком. Это не самый лучший вариант. При высокой температуре некачественный герметик высыхает, крошится и попадет внутрь. А что происходит дальше, смотрите пункт 3.

Чтобы избежать поломок турбины, предлагаем вам наши рекомендации по уходу за турбокомпрессором.

ТОП 5 советов по уходу за турбиной
  • Внимательно следите за давлением и уровнем масла.
  • Меняйте масло каждые 7000-7500 км.
  • Заливайте только качественное. На смазочных материалах турбин дизельных и бензиновых двигателей экономить нельзя.
  • Меняйте воздушный и масляный фильтры строго по регламенту.
  • Дайте машине прогреться перед началом движения и остыть перед тем, как заглушить мотор.

И просто помните, во всём важна мера. Не заставляйте турбокомпрессор работать на максимуме всё время. Если всё-таки вам не повезло и турбина поломалась, стоит обратиться за помощью к профессионалам.

Чтобы понять, что детали требуется ремонт, прочитайте нашу статью про диагностику турбины и основные признаки её неисправности с рекомендациями по первичной проверке. Следуя советам легко выявить неполадки в работе узла и определиться с проблемой. А дальше обращайтесь в профессиональный сервис для её устранения. 

Где отремонтировать турбину?

У нас можно заказать ремонт турбины на ваш автомобиль. Мы выполняем ремонт турбин на Рено. У нас можно починить турбину на Рено Трафик или турбокомпрессор на Рено Кенго. Также занимаемся реставрацией турбокомпрессоров на другие авто — Ауди, Мерседес, Фольксваген. Стоимость и возможные варианты реставрации есть на странице ремонта для каждой модели.

Позвоните нам и мы вам поможем!

 (098) 840-40-36

 

Ремонт турбины, причины их поломок и как починить

Многие современные автомобили всё чаще оснащены турбокомпрессорами. Это говорит о всеобщей тенденции автомобильного мира, которая стремится к расширению возможностей машины и появлению на массовых рынках электромобилей. Но, на сегодняшний день пока присутствует лишь малый перечень аккумуляторов, которые способны давать необходимую энергию. Таким образом, при помощи специальных приспособлений, мастера уменьшают объемы двигателей, чипуют машины и при этом уменьшают количество вредных выбросов в атмосферу. Кроме того, автомобиль дополняется различным навесным оборудованием, дабы дополнить мощность в ущерб ресурса двигателя.

Ранее на рынке было много двигателей «миллионников». Но, те времена давно прошли и сейчас среднестатистический мотор современного производства вытягивает не более 200 тысяч километров до первого ремонта. Все эти двигатели, как правило, оснащены турбинами.

Принцип работы турбины и интересные факты

Турбина представляет собой специальное устройство, задача которого – создавать во впускном коллекторе давление, чтобы за тот же период времени, пока открывается впускной клапан, залетало большее количество воздуха. Такой воздух сжатый и под давлением.

  • Чем больше количество воздуха, тем больше кислорода;
  • Чем больше кислорода, тем выше уровень катализации реакции;
  • Взрыв в таком случае более мощный и качественный;
  • Поршень с большей скоростью проходит вниз, коленвал с большей скоростью вращается;
  • Крутящий момент двигателя увеличивается, мощность тоже;

Но, чаще всего турбины на таких моторах выходят из строя. Особенно это касается новых. Старые дизеля и старые машины крайне редко ломаются по этим причинам. Машина 80-90 годов не требует ремонта турбины по сей день. В то же время, машины 2010 года выпуска приезжают гораздо чаще. Всё потому, что в них заложен такой ресурс.

Турбина состоит из нескольких внутренних частей. Компрессор – нагнетает давление во впуск. Одна сторона является турбиной, которая раскручивается, но там находится общая ось, вал также общий. Он же приводит в действие крыльчатку, который и нагнетает давление. Таким образом, создаётся давление во впуске.

Несвоевременное техническое обслуживание

Первая и самая частая причина – несвоевременное прохождение ТО. Если не менять, к примеру, воздушный фильтр по необходимым срокам, получится, что турбина работает сама по себе, у неё не присутствует радиальной нагрузки по оси вращения. Воздушный фильтр забивается, затем появляется дополнительная нагрузка и устройство выходит из строя. Стирается упорный подшипник скольжения, из-за чего турбина уходит в дисбаланс и ломается.

Второй причиной является отсутствие масла или «масляное голодание». Когда в системе отсутствует давление масла (причем не важно, длительное время или короткое). Как же она работает?

Работа в масле

Турбина работает в масле. У современной турбины нет никаких шариковых или роликовых подшипников, только подшипники скольжения. Турбина начинает работать в масляном клине. Получается эффект «маслянной ванны» под давлением. За счёт этого у турбины отсутствует трение с деталями, которые вращаются вместе с ним.За счёт этого достигается высокая скорость ротора турбины. Начиная от 40 тыс. На старых дизельных моторах, заканчивая скоростью в 150 тыс. Оборотов в минуту на самых новых. В случае, если масло плохое, либо его нет, то появляется эффект трения между втулкой и валом. Вал в свою очередь вырабатывается, крыльчатка начинает расшатываться и цеплять корпус. Корпус также вырабатывается и как правило – это приводит к дисбалансу всей турбины. В свою очередь, крыльчатка разлетается из-за высоких оборотов. Во время идеального баланса машины устройство работает исправно, но как только он будет нарушен другим фактором дисбаланса – это смерть для турбины.

Абразив

Также, одна из причин поломки турбины – абразив в системе смазки. К примеру, если внутрь устройства попадает песок, либо смешиваются два несовместимых масла. Также, бывают ситуации, когда масло-насос гонит стружку внутрь устройства. Она попадает внутрь, между валом и втулкой турбины. Таким образом происходит выработка вала, втулки. Вновь дисбаланс, вновь расшатывается турбина и наступает её смерть.

Инородные частицы

Также, попадание инородных частиц внутрь холодной стороны турбины. Тобишь, если в нагнетающую улитку попал инородный предмет. Это может быть по причине невнимательности мастера во время замены патрубка, либо фильтров. Также, какой-либо предмет из системы наддува может самостоятельно в процессе пользования машины отваливаться и попасть внутрь улитки. Происходит всё то же самое, что описано выше.

Последняя причина – попадание какого-либо объекта, который вылетает из двигателя по разным причинам (например, кусок направляющего клапана, либо кусок свечи накала. Происходит тоже самое, что и в прошлом случае.

Как можно избавиться от этой проблемы?

В Украине есть множество турбо-сервисов, которые помогут в ремонте турбины. Цена за ремонт, как правило, значительно ниже стоимости и покупки новой турбины. Кроме того, турбину следует проверять на специальном диагностическом оборудовании, используя токарный участок и разгонное оборудование, чтобы чётко понимать причину поломки.

Нужна консультация?

Наш специалист вам перезвонит!

Признаки неисправности турбины

ИЛИ КАК  СЭКОНОМИТЬ  НА  ТУРБИНЕ.

 

Не торопитесь менять турбину! Привезите турбину на диагностику к нам, в ТигрТурбо  или сделайте диагностику самостоятельно.

 

Первые признаки, заставляющие обратить внимание на работу системы турбонаддува:

  • Повышенный расход моторного масла (мотор жрет масло). Может сопровождаться синим (или сизым)  выхлопом
  • Существенная потеря мощности двигателя. Может сопровождаться черным дымом из выхлопной трубы (дымит двигатель)
  • Шум при работе турбокомпрессора

 

Итак, вы заметили один из вышеназванных признаков. Не надо сразу винить турбину и тем более не стоит бежать в сервис, чтобы менять турбину. Современная оригинальная турбина – очень надежный агрегат. Срок ее безотказной службы равен срок службы двигателя.

 

По статистике 95% турбин выходят из строя по следующим причинам:

  • Попадание в турбину посторонних предметов через корпус турбины или корпус компрессора.
  • Грязное моторное масло
  • Масляное голодание турбины
  • Превышение допустимой частоты вращения ротора (приводит к «перенаддуву» двигателя)

 

Попадание через корпус турбины.

Как правило, через корпус турбины попадают разрушенные элементы двигателя: части клапанов, поршней, поршневых колец, свечей накаливания, прокладок коллектора.

 

Попадание  через корпус компрессора.

Происходит, как правило,  из-за поврежденного фильтра или неплотно закрепленного или поврежденного впускного патрубка, а также или из-за оставленных при ремонте инструментов или ветоши.

 

Загрязнение масла.

Происходит из-за попадания в него коксовых отложений масла или абразивных частиц, в результате естественного износа трущихся деталей двигателя.

 

Масляное голодание.

Может наступить по нескольким причинам: неисправность масляного насоса; засорение масляного фильтра, повреждение или засорение трубки подачи масла; резкая остановка двигателя.

 

Превышение допустимой частоты вращения ротора.

Происходит в основном из-за неправильной работы актуатора (перепускной клапан заклинило в закрытом состоянии) или соплового аппарата — «геометрии» (лопатки заклинило в закрытом положении). Второй причиной может являться повышенная температура отработавших газов, возникающая из-за неправильного впрыска – проверяйте топливную аппаратуру.

 

Попробуйте самостоятельно провести простейшую диагностику турбины прямо на автомобиле.

 

Визуально проверим целостность крыльчаток

Если есть техническая возможность, отсоедините патрубки подачи воздуха и осмотрите крыльчатки со стороны турбины и со стороны компрессора.  Лопатки крыльчаток не должны быть повреждены, не должны иметь зазубрин и загибов.

 

Определим люфты турбины – осевой и радиальный.

Покачайте вал в осевом и радиальном направлениях. В осевом направлении люфт не должен чувствоваться, а в радиальном — в пределах 1 миллиметра. Большой люфт чувствуется пальцами сразу. При большом люфте лопатки крыльчаток будут задевать корпус турбокомпрессора. Если люфт в допуске мы не рекомендуем ремонтировать картридж. Кроме этого, описанные ниже проявления неисправностей, скорее всего не связаны с турбокомпрессором. На данном этапе уместно проверить балансировку картриджа и степень изношенности уплотнений (проще говоря, проверить на течь масла). Делается это уже на специальных стендах. Компания ТигрТурбо готова провести диагностику турбин, а заодно очистить турбину от грязи и коксовых отложений.

 

Определим «дует» ли турбина.

Подсоедините патрубки обратно, к турбине. Надавите на педаль газа. Теперь, достаточно пощупать патрубок на выходе из компрессора, что бы понять, что турбина дует.

 

Итак, простейший осмотр турбины не выявил отклонений в ее работе. Каковы же могут быть истинные причины симптомов не работающей турбины?

 

  • Повышенный расход моторного масла (мотор жрет масло).

Повышенный расход масла может также сопровождаться синим (сизым) дымом из выхлопа, что свидетельствует о сгорании масла в цилиндрах двигателя.

Наиболее вероятны две причины –  утечка масла из турбины или неисправность двигателя.

 

Причины утечки масла из турбины:

Высокий уровень масла в картере. Не дает стечь маслу из турбины (а течет оно самотеком). Масло начинает гнать в горячий и холодный корпуса.

Избыточное давление картерных газов. Не дает стечь маслу из турбины. Одна из возможных причин появления избыточного давления картерных газов – неисправность двигателя.

«Забитый воздушный фильтр». Такой фильтр увеличивает разряжение между колесом компрессора и корпусом подшипников (картриджем), «благодаря» чему масло затягивается в интеркулер и далее в двигатель.

Поврежденная или загрязнена трубка слива масла. Становится препятствием для вытекания масла (которое сливается самотеком).

Блокировка или препятствия в системе выпуска отработанных газов. Может быть вызвана физическим износом или повреждением элементов выхлопной системы, в том числе сажевого фильтра и катализатора.

 

  • Существенная потеря мощности двигателя.

Может быть вызвана такими факторами: выход из строя актуатора (постоянно открытое состояние перепускного клапана) или заклинивание «геометрии» — лопатки заклинило в открытом состоянии; нарушение герметичности клапана рециркуляции отработавших газов; нарушение герметичности магистрали подачи воздуха во впускной коллектор.

Низкая мощность двигателя в сочетании с черным дымом из выхлопной трубы свидетельствует о недостаточном количестве поступающего в двигатель воздуха.

Либо происходит утечка воздуха на входе в турбину или на выходе из нее либо засорен канал подвода воздуха, или проще говоря, забит или поврежден воздушный фильтр.

 

  • Турбина шумит

Исключая сам турбокомпрессор, причина, скорее всего,  в  негерметичности находящихся под давлением соединительных патрубков турбины или их дефектов (трещин).

 

Подводим итог.

Не приговаривайте турбину раньше времени. Проведите простейшую диагностику турбины самостоятельно. Не получается – несите турбину к нам. Если турбина действительно сломалась мы установим возможные причины ее поломки, которые, как правило, связаны с работой смежных с турбокомпрессором систем: Вам будет необходимо устранить эти причины. Помните: не важно, ставите ли Вы новый турбокомпрессор или отремонтированный, если причины поломки предыдущего не устранены, Вы впустую потратите свои сбережения.

 

 

 

методы диагностики и устранения неисправности

Турбированные двигатели стремительно завоевывают популярность. Если раньше турбонагнетатели устанавливались в тяжеловесные или мощные спортивные автомобили, то теперь турбины можно увидеть на легковых автомобилях, как с бензиновым движком, так и с дизельным.

Турбины дизельного двигателя обычно имеют срок эксплуатации намного меньший, чем у самого движка. Для того чтобы вовремя провести профилактические работы и не столкнуться с необходимостью оплачивать дорогостоящие детали, нужно периодически проверять работу турбины. Это вполне можно сделать самостоятельно, не обращаясь в автосервис.

Причины неисправности

Для того чтобы провести осмотр турбины и выявить неисправность, необходимо понимать, какие именно поломки могут произойти в системе турбонагнетателя.

Обычно самыми проблемными элементами являются сальники и подшипники. От износа этих деталей может появиться люфт, шум, можно столкнуться с клином турбины. Нарушиться работа может из-за неисправности смазочной системы, клапанов вентиляции, или поршневые кольца уже достаточно изношены. В таком случае продукты сгорания дизтоплива попадают в картер и приводят к негативным последствиям.

Если в выхлопе замечен дым, чаще всего сизый, то следует обратить внимание на PCV-клапан. Его неправильная работа повышает давление масла в турбине, из-за этого смазочный материал продавливает сальники. Попав наружу или в нагнетаемый воздух, масло меняет состав смеси, от этого движок значительно теряет мощность и начинает выделять вышеупомянутый дым.

Когда проверять турбину

Если использовать качественное масло и бережно относиться к дизельному агрегату, то турбонагннетатель будет работать исправно примерно 150 тысяч километров. Чтобы обнаружить любую поломку на ее начальной стадии, нужно внимательно следить за турбиной, достаточно проверить работу агрегата во время замены масла.

Таким образом, автовладелец может значительно сэкономить, ремонтируя неисправность на ее начальной стадии, вместо замены дорогостоящей детали.

Первые признаки неисправности

Разумеется, если у автолюбителя нет опыта в работе с автомобилями, не стоит сразу же разбирать агрегат и пытаться выявить неисправность изнутри. Существует несколько признаков, которые свидетельствуют о неправильной работе турбокомпрессора:

  • появление сизого или черного дыма во время выхлопа;
  • очень громкая работа дизельного агрегата при различных нагрузках;
  • двигатель часто перегревается;
  • расход топлива неуклонно растет, как и скорость расхода масла;
  • ухудшение тяги, потеря мощности и динамики.

Каждый из признаков может говорить не только о неисправной турбине, но и о ряде других мелких поломок. Если причина не в турбонагнетателе, то необходимо немедленно обратиться на сервис для дальнейшей диагностики. Чем раньше обнаружить поломку, тем дешевле обойдется ее устранить.

Самостоятельная проверка

Первичную проверку можно провести собственными силами, чтобы не тратиться на компьютерную диагностику, которая часто стоит немалых денег. Для начала, турбокомпрессор нужно тщательно осмотреть.

В первую очередь проверяется уровень и качество моторного масла используемого для дизельного мотора. Затем нужно убедиться, что в компрессор не попал никакой посторонний предмет.

После проведенных процедур необходимо оценить цвет выхлопа. Он также может указать на конкретные проблемы с турбиной. Если цвет выхлопа черный, и при этом замечено падение мощности, то, скорее всего, придется иметь дело с переобогащенносй смесью. Она появляется из-за поломки системы впуска-выпуска воздуха. На впуске в цилиндры попадает недостаточное количество воздуха, а на выпуске могут быть утечки, которые и приводят к потере мощности.

Сизый или даже белый дым из выхлопной трубы говорит о том, что масло попадает в цилиндры, а затем сгорает в рабочей камере. При этом расход масла может вырасти примерно до литра на 1000 километров. Необходимо проверить работу ротора и чистоту фильтров. Ротор должен иметь небольшой люфт и не касаться корпуса, иначе деталь требует немедленного осмотра и ремонта.

Сильно загрязненный фильтр не может пропускать необходимое количество воздуха, за счет этого создается разное давление в корпусе турбонагнетателя и в картридже с подшипниками. Из этого картриджа масло попадает в компрессор. Если дело не в фильтре, то необходимо проверить всю систему подачи масла, шланги и патрубки на наличие загибов, трещин и щелей.

Герметичность соединений патрубков можно проверить при заведенном двигателе. Свист и скрип, а также воздух, прорывающийся сквозь систему, говорит о том, что хомуты нужно подтянуть. Любая неплотность или повреждение ведет к недостаточной подаче воздуха в цилиндры.

Еще одной причиной неисправности турбины становится неправильный слив масла из-за того, что газы попали в картер. Необходимо проверить систему вентиляции, чтобы дизельный мотор не начал сапунить.

Проверка на заведенном двигателе

Самый простой способ, как проверить турбину на дизельном двигателе требует присутствия хотя бы двух человек.

  1. Заведите двигатель.
  2. Найдите патрубок между турбонагнетателем и впускным коллектором.
  3. Передавите его.
  4. Несколько секунд погазуйте.

При правильной работе турбины, почувствуется, что патрубок ощутимо надувается. Если этого не происходит, возможны разнообразные трещины и дефекты коллектора. Следует обратиться за квалифицированной помощью для устранения поломки.

Очень важно понимать, что диагностику можно провести самостоятельно, но ремонт необходимо доверить профессионалам.

Неквалифицированное вмешательство может привести к тому, что маленькая неисправность приведет к поломке всей детали и поставит автовладельца перед необходимостью менять и ремонтировать турбокомпрессор. Необходимо обратиться в проверенный сервис, где специалисты быстро и качественно устранят неисправность и продлят жизнь турбонагнетателю на дизельном двигателе.

Как работает турбокомпрессор | Cummins

Существенная разница между дизельным двигателем с турбонаддувом и традиционным бензиновым двигателем без наддува : воздух, поступающий в дизельный двигатель, сжимается перед впрыском топлива . Именно здесь турбокомпрессор имеет решающее значение для выходной мощности и эффективности дизельного двигателя.

Работа турбокомпрессора заключается в сжатии большего количества воздуха, поступающего в цилиндр двигателя. Когда воздух сжимается, молекулы кислорода собираются ближе друг к другу.Это увеличение количества воздуха означает, что для безнаддувного двигателя такого же размера можно добавить больше топлива. Это приводит к увеличению механической мощности и повышению общей эффективности процесса сгорания. Следовательно, размер двигателя может быть уменьшен для двигателя с турбонаддувом, что приведет к лучшей компоновке, преимуществам экономии веса и общей улучшенной экономии топлива.

Как работает турбокомпрессор?

Турбокомпрессор состоит из двух основных частей: турбины и компрессора.Турбина состоит из турбинного колеса (1) и корпуса турбины (2) . Корпус турбины направляет выхлопные газы (3) в рабочее колесо турбины. Энергия выхлопного газа вращает турбинное колесо, и затем газ выходит из корпуса турбины через зону выхода выхлопных газов (4) .

Компрессор также состоит из двух частей: крыльчатки компрессора (5) и корпуса компрессора (6) . Принцип действия компрессора противоположен турбине.Колесо компрессора прикреплено к турбине валом из кованой стали (7) , и когда турбина вращает колесо компрессора, высокоскоростное вращение втягивает воздух и сжимает его. Затем корпус компрессора преобразует воздушный поток с высокой скоростью и низким давлением в поток с низким и высоким давлением посредством процесса, называемого диффузией. Сжатый воздух (8) проталкивается в двигатель, позволяя двигателю сжигать больше топлива для выработки большей мощности.

  1. Колесо турбины
  2. Корпус турбины
  3. Выхлопные газы
  4. Площадь выхода выхлопных газов
  5. Колесо компрессора
  6. Корпус компрессора
  7. Вал из кованой стали
  8. Сжатый воздух

Узнайте, как работает Turbo

Turbocompounding

Turbocompounding

Hannu Jääskeläinen, W.Адди Маевски

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Турбокомпаундирование — это использование силовой турбины для извлечения дополнительной энергии из выхлопных газов. Механический турбонагнетатель коммерчески используется в дизельных двигателях для различных применений в течение многих десятилетий. В двигателях большой мощности наиболее важной конфигурацией является последовательное турбонагнетание, когда силовая турбина соединена последовательно с турбиной турбонагнетателя.Технология может обеспечить повышение эффективности на несколько процентов, но на эти преимущества может негативно повлиять система рециркуляции отработавших газов, которая отклоняет поток газа от силовой турбины. Параллельное турбонагнетание подходит, когда имеется энергия выхлопных газов, превышающая необходимую для турбонагнетателя, и в противном случае ее необходимо было бы обойти вокруг турбонагнетателя.

Введение

Турбонагнетание — это использование силовой турбины для извлечения дополнительной энергии из выхлопных газов. Извлеченная энергия выхлопных газов может быть добавлена ​​к коленчатому валу двигателя или преобразована в электрическую энергию:

  • Если выходной вал силовой турбины соединен с коленчатым валом двигателя посредством механической связи, обычно зубчатой ​​передачи, технология обычно упоминается как с механическим турбонагнетателем .
  • Если силовая турбина подключена к генератору, технология обозначается как , электрическая турбосоставная .

Механический турбонагнетатель коммерчески используется в дизельных двигателях для различных применений в течение многих десятилетий. В Северной Америке 10% новых тяжелых дорожных двигателей, проданных в 2011 и 2012 годах, имели турбонагнетатель, но к 2015 году этот показатель снизился до 2% после того, как Daimler (Detroit Diesel) отказался от него в пользу асимметричного турбонаддува для своего двигателя DD15 в 2013 [3788] .По оценкам Агентства по охране окружающей среды США, уровень проникновения снова достигнет 10% к 2027 г. [3789] . Механический турбонагнетатель применялся в авиационных двигателях в 1950-х годах, а в наземных транспортных средствах — с 1960-х годов. Более подробные исторические сведения о работах до 1990-х годов можно найти в литературе [3791] .

Электрический турбокомпаунд находится в стадии разработки для дизельных двигателей большой мощности. Однако для того, чтобы существенно повлиять на КПД, потребуется относительно высокая электрическая нагрузка в диапазоне 50 кВт.Для дорожных транспортных средств такая нагрузка может быть реализована только с гибридной трансмиссией и, следовательно, должна сопровождаться другими серьезными технологическими изменениями. В электроэнергетике и некоторых морских приложениях, где легко доступна достаточно высокая электрическая нагрузка, электрическое турбонагнетание является коммерческой технологией. [1945] [1946] [1929] [2369] [3790] [3821] [3822] .

Механический турбонагнетатель

В двигателях с турбонаддувом механическое турбонагнетание может быть реализовано в нескольких различных конфигурациях:

  • Добавление силовой турбины последовательно с турбиной турбонагнетателя и после нее
  • Добавление силовой турбины параллельно турбине турбонагнетателя
  • В составе турбокомпрессора

В двигателях большой мощности наиболее важной конфигурацией является последовательное турбонагнетание, схематически изображенное на Рисунке 1.

Рисунок 1 . Схематическое изображение турбонагнетателя механической серии

На рис. 2 более подробно показаны две различные серии систем с турбонаддувом. В системе Volvo используется силовая турбина с осевым потоком, в то время как в более старой системе Scania используется силовая турбина с радиальным потоком.

Рисунок 2 . Серийные системы турбонагнетания, используемые в некоторых двигателях Euro III и Euro IV: Volvo D12 и Scania DT12

(Источник: Volvo и Scania)

Для применений с расходом выхлопных газов, превышающим требуемый для удовлетворения требований турбокомпрессора, силовая турбина может быть размещена параллельно с турбиной турбонагнетателя.На рисунке 3 показана такая система, которая была внедрена в двигатели Sulzer RTA в начале 1980-х годов; Система повышения эффективности Sulzer (η-Booster) включала в себя другой турбокомпрессор в дополнение к силовой турбине, подключенной параллельно [3816] [2586] [3792] . В то время на рынке появлялись более новые турбокомпрессоры с повышенным КПД; более высокий КПД турбокомпрессора означал, что при некоторых условиях работы двигателя была доступна дополнительная энергия выхлопных газов, которая могла быть использована для других целей.Силовая турбина, установленная параллельно турбине турбонагнетателя, стала обычным явлением в больших четырехтактных среднескоростных и двухтактных низкоскоростных двигателях. На рисунке 3 верхняя кривая показывает снижение BSFC двигателя Sulzer RTA, представленного в 1983 году, по сравнению с предыдущей версией. Нижняя кривая показывает дополнительное снижение BSFC, доступное в двигателе RTA 1983 года с системой повышения эффективности, состоящей из повторно согласованного турбонагнетателя и силовой турбины. При включенной силовой турбине с мощностью выше примерно 40-50% показано дополнительное снижение BSFC до 5 г / кВтч.При отключенной силовой турбине при низкой нагрузке снижение BSFC все еще возможно из-за меньшей общей площади сопла турбины. Параллельное турбонагнетание также было изучено для использования в двигателях малой мощности [3793] [3794] [3795] [3796] [3797] .

Рисунок 3 . Параллельное турбонагнетание в двигателях Sulzer RTA

Схема системы и уменьшение BSFC по сравнению с предыдущей версией двигателя. Система η-Booster компании Sulzer, представленная в начале 1980-х годов, состояла из повторно согласованного турбокомпрессора и силовой турбины.

В другом месте показан прототип системы, в которой вал турбонагнетателя соединен с коленчатым валом через бесступенчатую трансмиссию (CVT). В принципе, это не только позволит подавать избыточную мощность от турбины на коленчатый вал, но также позволит подавать мощность от коленчатого вала на компрессор в условиях, когда энтальпия выхлопа слишком мала для создания адекватного давления наддува [2259] .

###

Руководство для начинающих по изучению дизельных двигателей


Руководство для начинающих по изучению дизельных двигателей

Майк МакГлотлин

Не секрет, что большинство американцев больше привыкли к бензиновым двигателям, чем к дизелям.Статистические данные, собранные RL Polk, подтверждают это, поскольку всего 2,8 процента всех зарегистрированных легковых автомобилей (легковые автомобили, внедорожники, пикапы и фургоны) в 2013 году работали на дизельном топливе № 2. Безусловно, большинство людей в США ожидают найти искру. пробки или блоки змеевиков, когда они открывают капот, а не турбокомпрессоры и топливные насосы (два очень важных элемента почти на каждом дизельном двигателе, с которым вы столкнетесь, отсюда и термин «турбодизель»).

Чтобы понять различия между дизельным и бензиновым двигателями, мы начнем со всех общих черт между ними.Тип топлива, сжигаемого любой силовой установкой, ничего не меняет в отношении общего состава двигателя (то есть вращение коленчатого вала, движение шатунов и поршней вверх и вниз, нагнетание воздуха и отвод выхлопных газов). Фактически, одна и та же базовая архитектура очень похожа. Но то, что происходит в цилиндре в дизельном топливе, сильно отличается от того, что вы найдете в его бензиновых аналогах.

Самый простой способ объяснить разницу между бензиновыми и дизельными двигателями — это «воздух» и «топливо».«В бензиновом двигателе воздушный поток — это все. Ты задыхаешь воздух. Дизельная мельница — полная противоположность. Он работает на основе ограничения количества впрыскиваемого топлива — воздух просто следует этому примеру. Следовательно, нет необходимости дросселировать поступающий воздух. С этой целью в дизельном двигателе также не создается вакуума.

Впускной воздух

Для наших целей мы будем использовать четырехтактный дизельный двигатель с турбонаддувом и промежуточным охлаждением, чтобы проиллюстрировать потоки воздуха и топлива через современную дизельную электростанцию.Свежий воздух поступает в корпус компрессора (сторона всасывания) турбонагнетателя и сжимается в крыльчатке компрессора, где создается наддув. Это делает воздух более плотным, но и намного теплее.

Для охлаждения сжатого воздуха перед его поступлением в головку (головки) цилиндров он проходит через охладитель наддувочного воздуха (также известный как промежуточный охладитель). Чаще всего используется промежуточный охладитель типа воздух-воздух и по сути представляет собой простой теплообменник. Интеркулер значительно снижает температуру всасываемого воздуха на пути к двигателю и делает это с очень минимальной потерей наддува.

Компрессионное зажигание

Все становится интереснее, когда сжатый воздух нагнетается в цилиндр. Во время такта впуска, когда поршень опускается в нижнюю границу своего диапазона, впускной клапан (ы) открывается, позволяя «не дросселирующему» воздуху заполнить цилиндр. Это отличается от бензинового двигателя двумя способами: 1) газовые двигатели вводят смесь топлива и воздуха во время такта впуска и 2) в дизельном топливе воздух всасывается только во время такта впуска. Затем впускной клапан (-ы) закрывается, и начинается такт сжатия.По мере того, как поршень движется вверх, воздух, который когда-то заполнял цилиндр, теперь занимает всего 6% от площади, которую он занимал раньше. Этот воздух под огромным давлением мгновенно перегревается до более чем 400 градусов тепла, что более чем достаточно, чтобы дизельное топливо воспламенилось само по себе. Именно это и происходит в верхней части хода поршня. Ранее упомянутый перегретый воздух встречает порцию дизельного топлива (выпускаемого в цилиндр соответствующей топливной форсункой) в течение идеального промежутка времени, прежде чем поршень достигнет верхней мертвой точки и произойдет сгорание.Поскольку дизельный двигатель использует теплоту сжатия для воспламенения топлива, никакой помощи для начала процесса сгорания не требуется (например, свечи зажигания, например, в бензиновом двигателе).

Турбокомпрессоры делают дизели такими, какие они есть: великолепны

Последним этапом работы является такт выпуска, при котором отработавшие газы сгорания вытесняются из выпускных клапанов через выпускной коллектор в сторону турбины (выхлопа) турбонагнетателя. В обычном бензиновом двигателе нет турбонагнетателя, а это значит, что выхлопные газы, выходящие из двигателя, сразу же направляются в выхлопную трубу.Это не так в дизельном топливе, поскольку турбонагнетатель, который нагнетает свежий воздух в двигатель, фактически использует выхлопные газы, оставляя его, чтобы управлять самим. Поскольку турбокомпрессор состоит из турбинного (выпускного) колеса, имеющего общий вал с компрессорным (впускным) колесом, выхлопные газы всегда необходимы для подачи воздуха в двигатель. Одно зависит от другого. Мы разберем важность турбонагнетателя следующим образом: вы дросселируете топливо (отправляете дизельное топливо в двигатель), происходит сгорание, выхлопные газы покидают двигатель, вращая колесо турбины на выходе, которое поворачивает колесо компрессора, вводя воздух. в двигатель.Бесконечный цикл, если хотите. Тепловой КПД дизельного двигателя повышается за счет турбонагнетателя, поскольку он увеличивает объем поступающего в него воздуха, что создает основу для сжигания большего количества топлива.

Различия в горении

Одно из основных различий между дизельными и газовыми двигателями заключается в типе сгорания, который каждый из них использует. Как обсуждалось выше, в дизельном топливе, когда топливо наконец встречает сжатый воздух в цилиндре, результатом является сгорание. В бензиновом двигателе топливо и воздух смешиваются еще до того, как произойдет сгорание.Но, кроме того, камеры сгорания каждого двигателя расположены по-разному. В типичном бензиновом двигателе камера сгорания утоплена в головке (головках) цилиндров. В дизельном двигателе с прямым впрыском камера сгорания фактически находится внутри поршня. Эта камера сгорания чаще всего имеет конструкцию «мексиканская шляпа», которая состоит из утопленного отверстия в центре поршня. Внизу этого углубления имеется выступ конической формы. Поскольку топливная форсунка расположена непосредственно над ней, именно этот выступ позволяет оптимизировать распыление топлива и обеспечить идеальный процесс сгорания.Более чем в 99 процентах всех дизельных двигателей используется конструкция мексиканской шляпы из-за того, что основную ударную нагрузку от взрыва сгорания принимает на центр поршня, а не на головку поршня. Это придает поршню исключительную надежность.

Прямой впрыск

Проще говоря, прямой впрыск означает, что форсунки системы выступают и распыляют прямо на верхнюю часть поршня. Здесь нет форкамеры или вихревой камеры, и топливо не должно проходить через впускной коллектор перед поступлением в цилиндр.При непосредственном впрыске весь процесс сгорания происходит быстрее, проще и намного эффективнее, чем в типичном бензиновом двигателе с многоточечным впрыском топлива. Дизели с прямым впрыском также работают при очень бедном соотношении воздух / топливо по сравнению с бензиновыми двигателями. Типичное соотношение воздух / топливо от 25: 1 до 40: 1 (дизельное топливо) по сравнению с 12: 1 до 15: 1 (бензин) дает некоторое представление о том, почему дизели настолько консервативны в отношении расхода топлива. Эффективность дополнительно подтверждается тем фактом, что современные дизельные двигатели с прямым впрыском впрыскивают топливо при давлении, приближающемся (или в некоторых случаях превышающем) 30 000 фунтов на квадратный дюйм.Это обеспечивает наилучшее возможное распыление не только для эффективного сжигания, но и с низким уровнем отходящего тепла.

Начало впрыска по времени

Хотя термин «синхронизация» часто используется как в мире бензина, так и в мире дизельного топлива, это одно слово означает две очень разные вещи в зависимости от того, с каким типом двигателя вы имеете дело. Излишне говорить, что важно проводить различие между ними. В бензиновом двигателе время относится к началу сгорания. В дизельном топливе синхронизация — это начало впрыска, или SOI (когда форсунка начинает распылять топливо в цилиндр).Опять же, все сводится к тому, что топливо (и система впрыска) является ключевым аспектом дизельного двигателя.

Момент. Много этого.

Люди, незнакомые с дизельными двигателями, часто задаются вопросом, почему и как они создают впечатляющий крутящий момент, который они создают. Отношение крутящего момента к мощности в дизельных двигателях редко бывает ниже 2: 1, а для двигателей тяжелой промышленности типично соотношение 3: 1 и даже 4: 1. Бензиновые двигатели намного ближе к соотношению 1: 1. Причина, по которой дизельные двигатели вырабатывают такой большой крутящий момент, связана с тремя ключевыми факторами: 1) наддув, создаваемый турбонагнетателем, 2) ход поршня и 3) давление в цилиндре.

В настоящее время серийные дизельные двигатели получают давление от 25 до 35 фунтов на квадратный дюйм прямо с завода. Для сравнения, наддув в 10 фунтов на квадратный дюйм часто считается чрезмерным в бензиновых двигателях. Лучшее в сжатом всасываемом воздухе (то есть наддув) в дизельном двигателе заключается в том, что он снижает насосные потери двигателя на такте впуска и увеличивает давление в цилиндре на рабочем такте (сгорание).

Коленчатые валы с длинным ходом всегда способствовали созданию крутящего момента, будь то бензиновый или дизельный двигатель.Но почему? Посмотрите на это, как будто вы используете длинный гаечный ключ, чтобы ослабить очень тугой болт, а не более короткий гаечный ключ, который не мог справиться с работой с самого начала. Вы можете применить больший крутящий момент с большим рычагом, не так ли? Конечно вы можете. В длинноходном двигателе шатун может использовать большее усилие при повороте коленчатого вала (в то время как поршень опускается во время рабочего хода): следовательно, больший крутящий момент.

Как вы, возможно, уже догадались, давление в цилиндре, создающее крутящий момент, создается во время рабочего хода.Увеличение времени впрыска, которое происходит в цилиндре с более ранним началом впрыска (SOI), эффективно создает большее давление в верхней части поршня. Чем больше давление создается в верхней части поршня, тем создается больший крутящий момент.

Перестроен

Чрезвычайное давление в цилиндре, длинный ход и высокий уровень наддува не только объясняют, почему дизели создают крутящий момент, но и объясняют, почему дизельные электростанции построены с использованием таких сверхпрочных компонентов. Чтобы противостоять огромным нагрузкам, которые они испытывают, производители используют чугунные блоки с глубокой юбкой (и даже чугун с уплотненным графитом), коленчатые валы и шатуны из кованой стали и обычно используют головки цилиндров с минимум 6 болтами на цилиндр.Цельностальные поршни пользуются успехом даже в тяжелой промышленности и в двигателях класса 8. В целях долговечности дизельные двигатели имеют надстройку. В дизелях малого рабочего объема нередко можно найти заводскую штриховку, которая все еще присутствует на цилиндрах после 300 000 миль использования. И это нормально для внедорожного двигателя класса 8 — проехать от 750 000 до 1 000 000 миль между капитальными ремонтами.

Дизель никуда не денется

Метод сгорания, впрыска топлива и зажигания, используемый в дизельном двигателе, определенно отличает его от его бензинового аналога.Преимущество дизельного топлива по сравнению с бензиновыми электростанциями — это то, что выдвинуло его на передний план в сегодняшних разговорах об экономии топлива. В связи с быстрым приближением стандартов CAFE (средняя корпоративная экономия топлива), шумом вокруг гибридных автомобилей, кажущихся плоскими, и электромобилей, не обеспечивающих достаточный запас хода, в ближайшие годы все больше производителей обратятся к дизельным электростанциям, чем когда-либо прежде. Будьте уверены, дизельные двигатели здесь не только надолго — они вполне могут стать двигателем будущего.

Источники:

Diesel Power Magazine
Апрельский выпуск 2009 г., стр. 50

The Diesel Forum (данные R.L. Polk)
http://www.dieselforum.org/resources/top-10-states-of-diesel-drivers

TTS Power Systems (начало впрыска)

Книга: « Современные дизельные технологии: Дизельные двигатели »
Шон Беннетт

Как это работает: дизельные двигатели
http://www.dieselpowermag.com/tech/1208dp_how_it_works_diesel_engines/


Как работают газотурбинные электростанции

Газовые турбины, устанавливаемые на многих современных электростанциях, работающих на природном газе, представляют собой сложные машины, но в основном они состоят из трех основных частей:

  • Компрессор , который втягивает воздух в двигатель, нагнетает давление его и подает в камеру сгорания со скоростью сотни миль в час.
  • Система сгорания , обычно состоящая из кольца топливных форсунок, которые впрыскивают постоянный поток топлива в камеры сгорания, где оно смешивается с воздухом. Смесь сжигается при температуре более 2000 градусов по Фаренгейту. При сгорании образуется высокотемпературный газовый поток под высоким давлением, который входит и расширяется через турбинную секцию.
  • Турбина представляет собой сложный набор чередующихся неподвижных и вращающихся лопастей с профилем крыла. Когда горячий газ сгорания расширяется через турбину, он раскручивает вращающиеся лопасти.Вращающиеся лопасти выполняют двойную функцию: они приводят в движение компрессор, чтобы втягивать больше сжатого воздуха в секцию сгорания, и вращают генератор для выработки электроэнергии.

Наземные газовые турбины бывают двух типов: (1) двигатели с тяжелой рамой и (2) авиационные двигатели. Двигатели с тяжелой рамой характеризуются более низким коэффициентом давления (обычно ниже 20) и имеют тенденцию быть физически большими. Степень давления — это отношение давления нагнетания компрессора к давлению воздуха на входе.Двигатели на базе авиационных двигателей являются производными от реактивных двигателей, как следует из названия, и работают с очень высокими степенями сжатия (обычно превышающими 30). Двигатели на базе авиационных двигателей имеют тенденцию быть очень компактными и полезны там, где требуется меньшая выходная мощность. Поскольку турбины с большой рамой имеют более высокую выходную мощность, они могут производить большее количество выбросов и должны быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечивать низкие выбросы загрязняющих веществ, таких как NOx.

Одним из ключевых факторов удельного расхода топлива турбины является температура, при которой она работает.Более высокие температуры обычно означают более высокую эффективность, что, в свою очередь, может привести к более экономичной эксплуатации. Газ, протекающий через обычную турбину электростанции, может иметь температуру до 2300 градусов по Фаренгейту, но некоторые из критических металлов в турбине могут выдерживать температуры только от 1500 до 1700 градусов по Фаренгейту. Следовательно, воздух из компрессора может использоваться для охлаждения. ключевые компоненты турбины, снижающие конечный тепловой КПД.

Одним из главных достижений программы передовых турбин Министерства энергетики было преодоление прежних ограничений по температурам турбин с использованием комбинации инновационных технологий охлаждения и современных материалов.Усовершенствованные турбины, появившиеся в результате исследовательской программы Департамента, смогли повысить температуру на входе турбины до 2600 градусов по Фаренгейту — почти на 300 градусов выше, чем в предыдущих турбинах, и достичь КПД до 60 процентов.

Еще одним способом повышения эффективности является установка рекуператора или парогенератора с рекуперацией тепла (HRSG) для рекуперации энергии из выхлопных газов турбины. Рекуператор улавливает отходящее тепло в выхлопной системе турбины, чтобы предварительно нагреть воздух на выходе компрессора перед его поступлением в камеру сгорания.ПГРТ вырабатывает пар за счет улавливания тепла из выхлопных газов турбины. Эти котлы также известны как парогенераторы-утилизаторы. Пар высокого давления из этих котлов можно использовать для выработки дополнительной электроэнергии с помощью паровых турбин, такая конфигурация называется комбинированным циклом.

Газовая турбина простого цикла может достигать КПД преобразования энергии в диапазоне от 20 до 35 процентов. С учетом более высоких температур, достигнутых в турбинной программе Министерства энергетики, будущие газотурбинные установки с комбинированным циклом, работающие на водороде и синтез-газе, вероятно, достигнут КПД 60 процентов или более.Когда отработанное тепло улавливается из этих систем для отопления или промышленных целей, общая эффективность энергетического цикла может приближаться к 80 процентам.

Двигатель внутреннего сгорания

против газовой турбины — гибкость топлива

Электростанции, которые могут надежно работать на различных газообразных или жидких топливах, обеспечивают энергетическую безопасность в случае перебоев в поставках топлива. Многотопливные двигатели Wärtsilä могут мгновенно переключать топливо, сохраняя при этом полную мощность и высокий КПД.Такая гибкость обеспечивает ключевое преимущество перед газовыми турбинами, которые имеют пониженную готовность и выходную мощность при работе на жидком топливе. Благодаря гибкости в отношении топлива электростанции Wärtsilä могут удовлетворять растущие потребности диспетчеризации и оперативно реагировать на изменения в наличии топлива.

Энергетическая безопасность остается серьезной проблемой для многих стран мира. Потенциальные угрозы
включают геополитическую нестабильность, перебои в поставках топлива и колебания цен на топливо. Наличие натурального
газа растет, особенно из-за глобального расширения инфраструктуры поставок СПГ, но негибкость в
цепочки поставок и колебания цен вызывают неопределенность.Нехватка топлива, перебои с поставками
и ценовые ограничения — пусть даже временные — создают значительную экономическую и электрическую надежность.
риски. Чтобы снизить топливный риск, некоторые страны теперь определяют возможность использования нескольких видов топлива для новой электростанции
. заводов, осознавая, что гибкость топлива жизненно важна для обеспечения надежного источника электроэнергии.

Что такое гибкость топлива?

Топливная гибкость — это способность сжигать различные виды топлива и сразу же переключать виды топлива во время работы без снижения нагрузки и без ущерба для доступности электростанции.Жидкие топлива и альтернативные газовые топлива, которые могут использоваться для производства электроэнергии, включают сжиженный нефтяной газ (LPG), сырую нефть, остаточное жидкое топливо (RFO) и дистиллятное топливо, включая легкое жидкое топливо (LFO), нафту и дизельное топливо. Однако не все электростанции предназначены для работы на жидком топливе в течение продолжительных периодов времени. Когда из-за нехватки природного газа газовые турбины сжигают мазут в качестве резервного, требуются дополнительные проверки и техническое обслуживание, что приводит к более частым отключениям. Двигатели внутреннего сгорания Wärtsilä предназначены для сжигания различных газообразных и жидких видов топлива без необходимости увеличивать объем технического обслуживания или снижения эксплуатационной готовности, обеспечивая эффективное и надежное энергоснабжение 24/7/365.

Хотя газовые турбины часто рекламируются как обладающие гибкостью топлива, около 90 процентов газовых турбин во всем мире работают на природном газе или сжиженном природном газе (СПГ) из-за его чистоты и легкости сгорания. Только около 400 газовых турбин GE во всем мире работают на сырой нефти, нафте или тяжелом топливе. Парк заводов Wärtsilä, работающих на мазуте, включает более 4000 заводов с 8900 двигателями в 165 странах, как показано на Рисунке 1. Ряд электростанций Wärtsilä были спроектированы для работы на жидком топливе, в то время как инфраструктура природного газа была построена или расширена с использованием нескольких -возможность топлива для удовлетворения как краткосрочных, так и долгосрочных потребностей в электроэнергии.

Рисунок 1: Обширный глобальный парк электростанций Wärtsilä, работающих на мазуте

Помимо жидкого топлива, Wärtsilä предлагает многотопливные решения, в которых СНГ используется в качестве топлива вместе с жидким топливом
или природным газом в качестве альтернативного топлива. СНГ становится все более привлекательным топливом для производства электроэнергии
, особенно на островах и в небольших энергосистемах, из-за его широкой доступности и низких затрат на инфраструктуру.

Вопросы технического обслуживания газовых турбин, работающих на мазуте

Жидкое топливо представляет множество проблем для газовых турбин, поскольку оно может содержать водорастворимые соли, высокие концентрации тяжелых металлов и других примесей.Сырая и остаточная нефть более вязкие и содержат более высокие концентрации следов металлов, чем дистилляты. Металлы и соли являются абразивными для турбинных лопаток и могут образовывать отложения золы, которые приводят к загрязнению и коррозии компонентов тракта горячего газа. Поскольку в газовых турбинах сгорание происходит непрерывно, блок необходимо отключить для проверки и технического обслуживания. Для газовых турбин, работающих на жидком топливе, требуется сочетание подготовки топлива (очистка, смешивание, нагрев и создание давления) и более частых циклов технического обслуживания.Катализаторы могут быть добавлены для улучшения сгорания, и в некоторых случаях тяжелое жидкое топливо (HFO) или сырая нефть могут быть смешаны с более чистым жидким топливом для достижения допустимого содержания серы, золы и металлов. Для топлива, содержащего ванадий или свинец, растворимые в масле и не удаляемые промывкой или центрифугированием, требуются ингибиторы коррозии для использования в газовых турбинах. Обычно считается, что дистиллятное топливо относительно не содержит загрязняющих веществ, но загрязнение во время транспортировки и доставки топлива привело к возникновению коррозии в газовых турбинах.

Капитальный ремонт газовой турбины, предназначенной для сжигания жидкого топлива на природном газе, является дорогостоящим и требует корректировки контроля температуры горения, пересмотренных процедур запуска и останова, а также циклов автономной очистки для удаления отложений золы. В результате снижается доступность газотурбинной электростанции. Поскольку некоторые жидкие топлива содержат летучие компоненты с низкой температурой вспышки (например, нафта), взрывозащита также часто требуется для газовых турбин. Таким образом, способность большинства газовых турбин работать на жидком топливе очень ограничена с точки зрения характеристик топливных масел, которые могут использоваться, и количества времени, в течение которого турбина может работать на таких видах топлива.

Варианты жидкого топлива для газовых турбин различаются в зависимости от производителя и модели, при этом в некоторых газовых турбинах можно использовать только дистиллят № 2. Для работы с разными видами топлива используются несколько систем подачи топлива и камеры сгорания. GE предлагает пакет HFO для своих газовых турбин 7E и 9E; газовая турбина Siemens SGT-500 может сжигать сырую нефть, HFO и бионефти; и Alstom предлагает возможность использования жидкого топлива на своих моделях GT24 и GT26.

Техническое обслуживание двигателя

Wärtsilä не зависит от типа топлива, поскольку двигатели не чувствительны к металлам или солям в жидком топливе.Никаких ингибиторов коррозии не требуется, и требуется лишь минимальная подготовка топлива (центробежные сепараторы и фильтры) для сжигания топлива более низкого качества, включая HFO / RFO и сырую нефть. Поскольку в двигателях внутреннего сгорания сгорание происходит с перерывами с выбросом продуктов сгорания во время такта выпуска, предотвращается накопление золы.

Хотя использование золообразующего топлива (такого как HFO) снижает мощность газовой турбины на 4-5 процентов по сравнению с работой на природном газе, многотопливные двигатели Wärtsilä сохраняют ту же мощность и высокий КПД, независимо от того, работают ли они на природном газе, LFO или HFO. .Если подача природного газа прерывается, многотопливная электростанция Wärtsilä мгновенно переключается на резервный мазут и поддерживает нагрузку без каких-либо штрафов за техническое обслуживание. Когда требуется текущее обслуживание, модульная архитектура электростанций Wärtsilä позволяет отключить двигатель, сохраняя при этом большую часть мощности электростанции.

В двухтопливных двигателях Wärtsilä (DF) используется технология сжигания обедненной смеси при работе на газе и нормальный процесс дизельного топлива при работе на мазуте.Двигатели Wärtsilä DF имеют три системы подачи топлива, которые работают параллельно: система впрыска пилотного топлива, система подачи жидкого топлива и система впуска газа. Система жидкого резервного топлива позволяет двигателю автоматически и мгновенно переключаться с работы на газе на работу на жидком топливе при любой нагрузке. Подача трех видов топлива также позволяет мгновенно переключаться с LFO на HFO. Гибкость в использовании топлива была основным фактором при выборе технологии многотопливных двигателей Wärtsilä для решения проблем с энергоснабжением в Иордании.Электростанция IPP3 мощностью 573 МВт, состоящая из 38 двигателей Wärtsilä 50DF, которые могут использовать природный газ, LFO и HFO, является крупнейшей трехтопливной электростанцией в мире, обеспечивающей Иорданию надежной мощностью.

В то время как газовым турбинам требуется около 10 минут для переключения с газа базовой нагрузки на мазут, многотопливные двигатели Wärtsilä могут мгновенно переключаться с природного газа на мазут. Переход на газ с жидкого топлива занимает примерно 90 секунд без снижения нагрузки. Как показано в Таблице 1 ниже, многотопливные двигатели Wärtsilä обладают многочисленными преимуществами по сравнению с газовыми турбинами для гибких топливных решений, включая способность работать на широком диапазоне видов топлива без ущерба для работоспособности электростанции или дополнительных затрат на техническое обслуживание.Такая топливная гибкость обеспечивает экономию средств, поскольку электростанция Wärtsilä может гарантировать надежное электроснабжение, поскольку запасы топлива меняются с течением времени.

Таблица 1. Топливная гибкость двигателей Wärtsilä по сравнению с газовыми турбинами

Характеристика топливной гибкости Двигатели Wärtsilä DF Газовые турбины
Способность работать на природном газе, сырой нефти, HFO и LFO
Мгновенное переключение с газа на мазут
Переключить топливо с сохранением полной нагрузки
Нечувствительность к металлам и солям в жидком топливе
Нет необходимости в повышенном техническом обслуживании при работе на мазуте

Зачем нужно дизельное топливо? Достоинства и преимущества

Как работает дизельный двигатель? В сегодняшнем мире, где цены на топливо растут в результате стремительного роста спроса и сокращения предложения, вам необходимо выбрать экономичное топливо, отвечающее вашим потребностям.Благодаря изобретению Рудольфа Дизеля дизельный двигатель оказался чрезвычайно эффективным и экономичным.

Цена на дизельное топливо умеренно выше, чем на бензин, но дизельное топливо имеет более высокую удельную энергию, то есть из дизельного топлива может быть извлечено больше энергии по сравнению с тем же объемом бензина. Таким образом, дизельные двигатели в автомобилях обеспечивают больший пробег, что делает их очевидным выбором для перевозки тяжелых грузов и оборудования. Дизель тяжелее и жирнее бензина, а его температура кипения выше, чем у воды.А дизельные двигатели привлекают все большее внимание из-за более высокого КПД и экономической эффективности.

Различие заключается в типе зажигания. В то время как бензиновые двигатели работают с искровым зажиганием, дизельные двигатели используют воспламенение от сжатия для воспламенения топлива. В последнем случае воздух втягивается в двигатель и подвергается сильному сжатию, которое нагревает его.

Это приводит к очень высокой температуре в двигателе, намного превышающей температуру, достигаемую в бензиновом двигателе.При пиковой температуре и давлении дизельное топливо, попадающее в двигатель, воспламеняется из-за экстремальной температуры.

В дизельном двигателе воздух и топливо вводятся в двигатель на разных стадиях, в отличие от газового двигателя, где вводится смесь воздуха и газа. Топливо впрыскивается в дизельный двигатель с помощью инжектора, тогда как в бензиновом двигателе для этой цели используется карбюратор. В бензиновом двигателе топливо и воздух вместе направляются в двигатель, а затем сжимаются.Воздушно-топливная смесь ограничивает сжатие топлива и, следовательно, общую эффективность.

Дизельный двигатель сжимает только воздух, и коэффициент может быть намного выше. В дизельном двигателе степень сжатия составляет от 14: 1 до 25: 1, тогда как в бензиновом двигателе степень сжатия составляет от 8: 1 до 12: 1. После сгорания побочные продукты сгорания удаляются из двигателя через выхлоп.

Для запуска в холодное время года дополнительное тепло обеспечивается «свечами накаливания». Дизельные двигатели могут быть двухтактными или четырехтактными и выбираются в зависимости от режима работы.Двигатели с воздушным и жидкостным охлаждением — это варианты, которые следует выбирать соответственно. Предпочтительно использовать генератор с жидкостным охлаждением, так как он тих в работе и имеет равномерно регулируемую температуру.

Преимущества дизельного двигателя Дизельный двигатель намного эффективнее и предпочтительнее бензинового по следующим причинам:
  • В современных дизельных двигателях устранены недостатки более ранних моделей — более высокий уровень шума и затраты на техническое обслуживание.Теперь они тихие и требуют меньшего обслуживания по сравнению с газовыми двигателями аналогичного размера
  • .
  • Они более прочные и надежные
  • Нет искры, так как топливо самовоспламеняется. Отсутствие свечей зажигания или искровых проводов снижает затраты на техническое обслуживание.
  • Стоимость топлива на произведенный киловатт на 30-50% ниже, чем у газовых двигателей
  • Дизельный агрегат с водяным охлаждением на 1800 об / мин проработает от 12 000 до 30 000 часов, прежде чем потребуется какое-либо капитальное обслуживание.Газовая установка с водяным охлаждением на 1800 об / мин обычно работает в течение 6000-10 000 часов, прежде чем потребуется обслуживание
  • Газовые агрегаты горят сильнее, чем дизельные агрегаты, и, следовательно, они имеют значительно меньший срок службы по сравнению с дизельными агрегатами

Области применения и использование дизельных двигателей Дизельные двигатели обычно используются в качестве механических двигателей, генераторов энергии и в мобильных приводах. Они находят широкое применение в локомотивах, строительной технике, автомобилях и в бесчисленных промышленных применениях.Их сфера распространяется практически на все отрасли, и их можно наблюдать ежедневно, если вы загляните под капот всего, что вы проходите мимо.

Промышленные дизельные двигатели и дизельные генераторы используются в строительстве, судостроении, горнодобывающей промышленности, больницах, лесном хозяйстве, телекоммуникациях, под землей и в сельском хозяйстве, и это лишь некоторые из них. Производство электроэнергии для основного или резервного резервного питания является основным применением сегодняшних дизельных генераторов. Ознакомьтесь с нашей статьей о различных типах двигателей и генераторов и их общих применениях, чтобы увидеть больше примеров.

Электрогенераторы Дизельные генераторы или электрические генераторные установки используются в бесчисленном количестве промышленных и коммерческих предприятий. Генераторы могут использоваться для небольших нагрузок, например, в домах, а также для больших нагрузок, например, на промышленных предприятиях, больницах и коммерческих зданиях. Они могут быть либо основными источниками питания, либо резервными / резервными источниками питания.

Они доступны в различных спецификациях и размерах. Дизель-генераторные установки мощностью 5–30 кВт обычно используются в простых домашних и личных применениях, например, в транспортных средствах для отдыха.Промышленные приложения охватывают более широкий спектр номинальных мощностей (от 30 кВт до 6 МВт) и используются во многих отраслях промышленности по всему миру. Для домашнего использования достаточно однофазных электрогенераторов. Трехфазные генераторы энергии в основном используются в промышленных целях.

>> Вернуться к статьям и информации <<

Метод оценки снижения производительности турбокомпрессора в дизельном двигателе

В этой статье впервые представлена ​​концепция диагностики газового тракта при мониторинге состояния судового турбокомпрессора и предложен индекс пропускной способности, который характеризует пропускную способность компонента. и индекс изэнтропической эффективности, который характеризует эффективность работы компонента в виде двух безразмерных оценочных показателей состояния работоспособности турбокомпрессора.Кроме того, изучается нелинейная взаимосвязь между этими двумя параметрами работоспособности и измеряемыми параметрами газового тракта турбонагнетателя, а затем устанавливается новый метод оценки ухудшения рабочих характеристик турбонагнетателя.

2.1. Термодинамическая модель турбонагнетателя

При работе турбинный конец турбонагнетателя соединен с выхлопной трубой дизельного двигателя. Турбонагнетатель выхлопных газов приводит в движение коаксиальное рабочее колесо компрессора (около 30 000–120 000 р.после полудня) за счет использования энергии выхлопных газов (около 400–500 ° C и 0,2–0,4 МПа), выпускаемых из дизельного двигателя, для достижения наддува на впуске. Турбонагнетатель отработавших газов и дизельный двигатель не находятся в механическом контакте друг с другом, и они передают энергию через поток воздуха или газа, а термодинамическая система турбонагнетателя показана на рис.

Термодинамическая система турбокомпрессора.

Как компрессор, так и турбина являются открытыми системами. Когда дизельный двигатель находится в стабильном рабочем состоянии, поток рабочего тела (воздуха или газа) можно рассматривать как одномерный постоянный поток.Турбонагнетатель отработавших газов во время установившегося режима отвечает следующим трем условиям: (i) энергия между турбиной и компрессором сбалансирована; (ii) частота вращения турбины и частота вращения компрессора равны; (iii) поток рабочей жидкости через турбину и компрессор уравновешен.

2.1.1. Термодинамическая модель центробежного компрессора

Компрессор турбонагнетателя судового дизельного двигателя обычно представляет собой одноступенчатый центробежный компрессор. Характеристики компрессора в виде графика в декартовых координатах часто определяются как карты характеристик компрессора [15,16].Карты характеристик компрессора используются в термодинамическом моделировании для оценки ключевых параметров компонентов, таких как степень сжатия πC, скорректированный массовый расход GC, cor и изоэнтропический КПД ηC при нескольких скорректированных скоростях вращения nC, cor. В практическом применении πC и ηC выражаются как функция nC, cor и GC, cor, как показано в уравнениях (2.7) и (2.8) соответственно.

Согласно теории подобия

πC = f1 (Mu, Mca) = f1 (ukRgTin ∗, cakRgTin ∗)

2.1

и

ηC = f2 (Mu, Mca) = f2 (ukRgTin ∗, cakRgTin ∗),

2,2

, где M u — окружное число Маха; M ca — осевое число Маха.

Учитывая, что Pin ∗ V = GRgTin ∗, уравнения (2.1) и (2.2) могут быть преобразованы в уравнения (2.3) и (2.4).

πC = f3 (D⋅nkRgTin ∗, GRgTin ∗ D2Pin ∗ k)

2.3

и

ηC = f4 (D⋅nkRgTin ∗, GRgTin ∗ D2Pin ∗ k),

76 где

76 где

76 — объемный расход воздуха на входе в компрессор; D — диаметр рабочего колеса на входе в компрессор.

Для того же компрессора значение D является постоянным, и уравнения (2.3) и (2.4) могут быть преобразованы в уравнения (2.5) и (2.6).

πC = f5 (nkRgTin ∗, GRgTin ∗ Pin ∗ k)

2,5

и

ηC = f6 (nkRgTin ∗, GRgTin ∗ Pin ∗ k).

2,6

Поскольку величина изменения отношения удельной теплоемкости k относительно невелика из-за изменяющейся температуры окружающей среды, давления и относительной влажности, и уравнения (2.5) и (2.6) можно преобразовать в уравнения (2.7) и (2.8).

πC = f7 (nRgTin ∗, GRgTin ∗ Pin ∗) = f7 (nC, cor, GC, cor)

2.7

и

ηC = f8 (nRgTin ∗, GRgTin ∗ Pin ∗) = f8 (nC, кор, GC, кор).

2,8

На практике уравнения (2.7) и (2.8) могут быть далее преобразованы в обобщенные формы в уравнениях (2.9) и (2.10), которые представляют собой обобщенную нелинейную термодинамическую модель компрессора.

GC, cor, отн = f9 (нКл, кор, отн, πC, отн)

2.9

и

ηC, rel = f10 (nC, cor, rel, πC, rel),

2.10

где nC, cor, rel = (n / Tin ∗ ⋅Rg) / (n0 / Tin0 ∗ ⋅ Rg0) — относительная скорректированная скорость золотника; GC, cor, rel = (GTin ∗ ⋅Rg / Pin ∗) / (G0Tin0 ∗ ⋅Rg 0 / Pin0 ∗) — относительный скорректированный массовый расход; πC, rel = πC / πC0 — относительное давление; η C, отн. = η C / η C0 — относительная изоэнтропическая эффективность.

А общие характеристики центробежных компрессоров показаны на.

Обобщенные характеристические карты центробежного компрессора.

2.1.2. Термодинамическая модель центростремительной турбины

Турбина турбонагнетателя судового дизельного двигателя обычно представляет собой одноступенчатую центростремительную турбину. Для обобщенных характеристических карт турбины дедуктивный процесс такой же, как и для обобщенных характеристических карт компрессора, а формы обобщенных относительных скорректированных параметров следующие, которые представляют обобщенную для турбины нелинейную термодинамическую модель.

GT, cor, отн = f11 (нТл, кор, отн, πT, отн)

2,11

и

ηT, отн = f10 (нТл, кор, отн, πT, отн),

2,12

где nT, cor, rel = (n / Tin ∗ ⋅Rg) / (n0 / Tin0 ∗ ⋅Rg0) — относительная скорректированная скорость золотника; GT, cor, rel = (GTin ∗ ⋅Rg / Pin ∗) / (G0Tin 0 ∗ ⋅Rg 0 / Pin 0 ∗) — относительный скорректированный массовый расход; πT, rel = πT / πT0 — относительный перепад давлений; η T, отн. = η T / η T0 — относительная изоэнтропическая эффективность ().

Карты обобщенных характеристик центростремительной турбины.

2.1.3. Теплофизические свойства воздуха и газа

Для сухого воздуха компоненты обычно фиксированы, как показано на.

Таблица 1.

905 20.938
объемная доля (%) массовая доля (%)
N 2 78.113 75.553
23.133
Ar 0,916 1,263
CO 2 0,033 0,050

Однако воздух обычно содержит водяной пар, и состав влажного воздуха должен быть рассчитан на основе текущая температура окружающей среды T 0 , давление P 0 и относительная влажность ϕ .

Сначала рассчитайте влажность влажного воздуха:

φ = yh3Oyair, dry = Mh3OMair, dry ϕPh3O, max (T0) P0 − ϕPh3O, max (T0),

2.13

, где y H 2 O — массовая доля водяного пара во влажном воздухе; y воздух сухой — массовая доля сухого воздуха во влажном воздухе; ϕ — относительная влажность; P H 2 O, max ( T 0 ) — давление насыщенного водяного пара при температуре окружающей среды T 0 .

Массовая доля водяного пара во влажном воздухе может быть определена по влажности влажного воздуха φ, а затем массовая доля всех компонентов во влажном воздухе может быть получена с известной массовой долей каждого компонента в сухой воздух.

Сжатый воздух на выходе из компрессора поступает в дизельный двигатель и сгорает вместе с топливом C x H y O z N u S v to производят газ, и химическая реакция горения показана на.

Химическая реакция горения в дизельном двигателе.

Азотный элемент топлива C x H y O z N u S v обычно генерирует NO x посредством химической реакции горения, но из-за его чрезвычайно низкого содержания он может быть включен в окончательный компонент N 2 во время термодинамических расчетов.А химическое уравнение горения может быть выражено следующим образом:

βCxHyOzNuSv + (x + y4 + v − z2) O2 + d (x + y4 + v − z2) N′2 → β (xCO2 + y2h3O + vSO2) + (1 −β) (x + y4 + v − z2) O2 + d (x + y4 + v − z2) N′2 + u2βN2.

2,14

В соответствии с приведенным выше уравнением химической реакции горения (2.14) можно сделать следующие выводы:

  • i.

    теоретический расход влажного воздуха в молях n β = 0 (т.е. количество влажного воздуха, потребляемого при полном сгорании 1 моля топлива):

    nβ = 0 = (1 + d) (x + y4 + v − z2),

    2.15

    где d — объемное отношение азота к кислороду во влажном воздухе.

  • ii.

    теоретически сгенерировал молярное количество газа n β = 1 (т. Е. Молярное количество газа, образовавшееся при полном сгорании 1 моля топлива):

    nβ = 1 = nβ = 0 + y4 + z2 + u2.

    2,16

  • iii.

    Теоретическое потребление качества воздуха L 0 (т.е. масса воздуха, потребляемая при полном сгорании 1 кг топлива):

    L0 = nβ = 0⋅Mair (N2 + O2) Mfuel.

    2,17

    где M воздух (N2 + O2) — молярная масса воздуха, когда в воздух попадают только азот и кислород; M fuel — молярная масса топлива.

  • iv.

    Молярное количество газа n β , образующееся при топливном коэффициенте β :

    nβ = nβ = 0 + β (y4 + z2 + u2).

    2,18

  • v. Топливный коэффициент β :

    f = GfGa⋅yO2 + Ga⋅yN2

    2.19

    и

, где G f — массовый расход топлива в дизельный двигатель; G a — массовый расход воздуха в дизельный двигатель; yO2 — массовая доля O 2 в сжатом воздухе, поступающем в дизельный двигатель; yN2 — массовая доля N 2 в сжатом воздухе, поступающем в дизельный двигатель.

Когда топливный коэффициент равен β , молярная доля каждого компонента в газе может быть получена следующим образом:

rCO2 = x⋅βnβrh3O = y2⋅βnβrO2 = (x + y4 + v − z2) ⋅ (1 −β) nβrN′2 + N2 = [d⋅ (x + y4 + v − z2) + u2⋅β] ⋅1nβandrSO2 = v⋅βnβ.}

2,21

Когда топливный коэффициент равен β , молярная масса газа может быть получена следующим образом:

, где M газ — молярная масса газа; r — мольная доля каждого компонента в газе; M i — молярная масса каждого компонента в газе.

Компонент горючего газа может быть рассчитан на основе известного состава и массы воздуха, а также известного состава и массы топлива с помощью приведенного выше уравнения химической реакции горения.Принимая во внимание H 2 O, CO 2 , Ar в избыточном воздухе и в теоретическом воздухе, которые не участвуют в уравнении химической реакции сгорания, можно получить окончательный фактический состав газа.

Посредством вышеуказанного процесса расчета компонентов воздуха и газа можно рассчитать теплофизические свойства текущих воздуха и газа в соответствии с текущей температурой рабочей жидкости на основе следующих формул смешения идеальных газов (2.23), (2.24) и ( 2.25) [17].

Mmixed = mmixednmixed = ∑i = 1kni⋅Minmixed = ∑i = 1kxi⋅Mi,

2.23

c p, смешанный = ∑i = 1kyi⋅c p, i

2.24

и imixedky = ⋅hi,

2.25

где M смешанный — молярная масса воздуха или газа; y i — массовая доля каждого компонента в воздухе или газе; c p , смешанный — удельная теплоемкость воздуха или газа при постоянном давлении; ч смешанный — удельная энтальпия воздуха или газа.

2.1.4. Термодинамическая модель турбонагнетателя

Уравнение сохранения массы турбонагнетателя может быть получено следующим образом:

Уравнение сохранения энергии турбонагнетателя может быть получено следующим образом:

, где N C — потребляемая мощность компрессора, а N C = G a ( h out, C h in, C ) / η m, C ; N T — выходная мощность турбины, а N T = G g ( h in, T h out, T ) η m, Т .

2.2. Определение параметра работоспособности турбокомпрессора

При работе турбокомпрессора, когда возникают некоторые физические проблемы с ухудшением характеристик компонентов газового тракта, рабочие параметры компонентов x (например, степень сжатия, массовый расход и изоэнтропическая эффективность) изменяются, что приводит к изменению отклонение измеряемых параметров газового тракта z , таких как температура, давление, частота вращения вала и т. д. Обычно общее состояние здоровья турбокомпрессора может быть представлено параметрами состояния газового тракта SF (т.е. индексы пропускной способности компрессора и турбины и индексы эффективности [18,19]), которые представляют собой сдвиг характеристических кривых на картах компонентов из-за деградации, показанный на рис. Однако эта важная информация о производительности и состоянии здоровья не может быть измерена напрямую и, следовательно, не может быть легко отслежена и диагностирована.

Снижение производительности или повреждение компрессора.

2.2.1. Параметры состояния центробежного компрессора

SFC, FC = GC, cor, degGC, cor,

2.28

ΔSFC, FC = GC, cor, deg − GC, corGC, cor,

2.29

и ΔSFC, Eff = ηC, deg − ηCηC,

2.31

, где SF C, FC — компрессор индекс пропускной способности; GC, cor, deg — скорректированная пропускная способность компрессора при выходе из строя компрессора; G C, cor — скорректированная пропускная способность компрессора, когда компрессор исправен; SF C, Eff — показатель изоэнтропической эффективности компрессора; ηC, deg — изоэнтропический КПД компрессора при его выходе из строя; η C — изоэнтропический КПД компрессора, когда компрессор исправен.

2.2.2. Параметры состояния центростремительной турбины

SFT, FC = GT, cor, degGT, cor,

2,32

ΔSFT, FC = GT, cor, deg − GT, corGT, cor,

2,33

и ΔSFT, Eff = ηT, deg − ηTηT,

2,35

где SF T, FC — показатель пропускной способности турбины; GT, cor, deg — скорректированная пропускная способность турбины при ее ухудшении; G T, cor — пропускная способность с поправкой на турбину, когда турбина исправна; SF T, Eff — показатель изоэнтропического КПД турбины; ηT, deg — изоэнтропический КПД турбины при выходе из строя компрессора; η T — изоэнтропический КПД турбины при исправном компрессоре.

Влияние различных типов неисправностей газового тракта на пропускную способность и эффективность работы компонентов показано на.

Таблица 2.

Влияние различных типов неисправностей газового тракта на пропускную способность и эффективность работы компонентов.

SF76 SF FC уменьшение
неисправность газового тракта производительность компонента эффективность работы компонента категория
засорение компрессора SF C, FC

5 уменьшение

уменьшение постепенное
эрозия компрессора SF C, FC уменьшение SF C, EF уменьшение постепенное
коррозия компрессора SF C, EF уменьшение постепенное
трение лопатки компрессора SF C, FC уменьшение SF C, EF постепенное уменьшение
Загрязнение турбины SF T, FC уменьшение 9 0337 SF T, EF уменьшение постепенное
эрозия турбины SF T, FC увеличение SF T, EF понижение постепенное турбина коррозия SF T, FC уменьшение SF T, EF уменьшение постепенное
трение лопаток турбины SF T, FC 900 увеличение T, EF уменьшение постепенное
тепловая деформация турбины SF T, FC увеличение SF T, EF уменьшение постепенное повреждение
объекта C, FC уменьшение
SF T, FC уменьшение
SF C, EF 904 58 уменьшение
SF T, EF уменьшение
резкое

2.3. Нелинейное отображение между параметрами работоспособности и измеряемыми параметрами

Общее состояние работоспособности турбокомпрессора обычно представлено параметрами исправности компонентов, такими как индексы пропускной способности компрессора и турбины, а также показатели эффективности, которые фактически представляют собой сдвиг характеристических кривых на характеристиках компонентов. карты из-за деградации. Однако эту важную информацию о производительности и состоянии здоровья нельзя измерить напрямую, и, следовательно, их нелегко контролировать.Во время работы турбокомпрессора отклонение рабочих параметров компонента может указываться по отклонению параметров измерения газового тракта, и такое отклонение рабочих параметров компонента может быть связано с изменяющимися условиями эксплуатации или ухудшением рабочих характеристик турбокомпрессора [18,19]. Термодинамическая связь между параметрами измерения газового тракта турбонагнетателя и рабочими параметрами компонентов турбонагнетателя может быть выражена уравнением (2.36).

, где z — вектор параметров измерения газового тракта, z∈RM; x — вектор рабочих параметров компонента турбокомпрессора; u — вектор внешних и рабочих условий; v — вектор шума измерения преобразователя, v∈RM.

Диагностика неисправности газового тракта турбокомпрессора — это обратная математическая задача для определения отклонения рабочих параметров компонентов Δ x по отклонению измерений газового тракта Δ z , а также для получения параметров состояния компонентов Δ SF путем сравнения текущих рабочих параметров компонентов x с параметрами изначально исправного или чистого турбокомпрессора на уровне компонентов. Следовательно, термодинамическая взаимосвязь между характеристическими параметрами компонентов и измерениями газового тракта может быть дополнительно выражена как:

z = f (x, u) + v = f (map, ΔSF, u) + v,

2.37

, где карта — это исходно исправный или чистый вектор характеристической карты компонента турбокомпрессора; Δ SF — вектор параметров исправности компонента газового тракта, ΔSF∈RN и N = 4 для турбонагнетателя.

Для того, чтобы однозначно определить эти четыре составляющих параметра работоспособности Δ SF , количество и расположение измеряемых параметров для турбонагнетателя должны быть разумно назначены, чтобы обеспечить количество нелинейных уравнений и рекомендуемый газ турбонагнетателя. набор инструментов пути, как показано на.

Таблица 3.

Комплект приборов газового тракта турбокомпрессора.

параметр давление на входе компрессора температура на входе компрессора массовый расход топлива температура на выходе компрессора давление на выходе компрессора
символ 1 T 1 G f T 2 P 2
параметр 8 давление турбины давление на выходе температура на выходе турбины частота вращения турбины
символ P 3 T 3 P 4
  • n

    Затем метод оценки производительности турбокомпрессора может быть показан на рисунках и.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.