Система турбонаддува — принцип работы турбины, устройство турбокомпрессора автомобиля

Мощность двигателя автомобиля напрямую зависит от того, какое количество топлива и какой объем воздуха поступают в двигатель. Чтобы повысить мощность двигателя, логично увеличить количество этих компонентов. 

Просто увеличить количество топлива недостаточно, если при этом не увеличить объем воздуха, необходимого для максимально полного сгорания топлива. Использование турбокомпрессора дает возможность доставить больший объем воздуха в цилиндры, предварительно сжав его.

​

Принцип работы турбины двигателя таков: в цилиндры под давлением отработанных газов подается сжатый воздух, который вращает крыльчатку. Компрессор, расположенный на одном валу с крыльчаткой, нагнетает давление в цилиндр.

Турбонаддув от выхлопных газов – наиболее эффективная система увеличения мощности двигателя. Использование турбонаддува не увеличивает объем цилиндров и не влияет на частоту вращения коленвала.

Таким образом, помимо увеличения мощности, турбонаддув позволяет рационально расходовать топливо и уменьшить токсичность отработанных газов благодаря тому, что топливо сгорает полностью. 

Устройство турбокомпрессора автомобиля

Система турбонаддува используется не только в дизельных, но и в бензиновых двигателях.

Система турбонадува состоит из следующих элементов:

• Турбокомпрессора;
• Интеркулера;
• Перепускного клапана;
• Регулировочного клапана;
• Выпускного коллектора.

Принцип работы турбины дизельного двигателя

Работа дизельной турбины также основана на использовании энергии выхлопных газов. 

В общих чертах принцип работы турбины дизеля выглядит так.

От выпускного коллектора выхлопные газы направляются в приемный патрубок турбины, после попадают на крыльчатку, принуждая ее двигаться.  С крыльчаткой на одном валу расположен компрессор, который нагнетает давление в цилиндрах.

Основное отличие турбокомпрессорных агрегатов от атмосферных дизелей в том, что  здесь в цилиндры воздух подается принудительно и под высоким давлением. Поэтому на цилиндр попадает значительно большее количество воздуха. В сочетании с большим объемом подающегося топлива мы получаем прирост мощности порядка 25%. При этом пропорции воздушно-топливной смеси остаются неизменными.

Чтобы еще больше увеличить объем поступающего в цилиндры воздуха, используется интеркулер – устройство, предназначенное для охлаждения атмосферного воздуха перед подачей его в двигатель. Это позволяет за один цикл подать в цилиндр еще больше воздуха, так как, холодный, он занимает меньше места.

Технология турбонаддува используется в случаях, когда необходимо увеличить мощность мотора и при этом оставить неизменными его размеры и габариты.

Более наглядно схема работы турбины показана в этом видео:

Принцип работы дизельной турбины несколько отличается от работы турбины на бензиновом двигателе. В чем отличие? Давайте рассмотрим подробнее.

Отличие работы турбины бензинового двигателя

Основное отличие турбин бензинового двигателя от турбин дизельного в том, что последние раскручиваются с помощью выхлопных газов, температура которых достигает 850 градусов.  А турбина бензинового двигателя раскручивается с помощью газов, имеющих температуру от 1000 градусов. Имея одинаковый принцип работы, бензиновая турбина изготовлена из более жароустойчивых сплавов, нежели турбина дизельная.

Само строение бензиновой турбины также имеет некоторые отличия, в частности угол входа, крутка лопаток и т.д. По этой причине не стоит использовать дизельные турбины для наддува бензинового двигателя, впрочем, как и наоборот (подробнее в статье).

 Вернутся к списку «Статьи и новости»

Схема регулирования турбин ВТ-25-3 и АП 25-2

Подробности

Категория: Генерация

• ТЭС
• энергоблок
• вода

Содержание материала

• Паровые турбины высокого давления ЛМЗ
• Общие данные о паровых турбинах
• Регулирование, защита, сигнализация
• Конденсационные турбины
• Турбины с регулируемым отбором пара
• Турбина нормального давления АП-25-2
• Установка цилиндров и подшипников
• О монтаже турбин высокого давления
• Опорные подшипники
• Упорные подшипники
• Роторы
• Муфты
• Лабиринтовые уплотнения
• Сопловой аппарат регулирующей ступени
• Направляющий аппарат
• Рабочие лопатки
• Передний блок
• Масляная система
• Клапаны автоматического затвора
• Колонка управления клапаном
• Органы парораспределения
• Регулирование
• Синхронизатор
• Блок золотника регулятора скорости
• Ограничитель мощности
• Масляный редукционный клапан
• Органы защиты
• Проверка действия защиты
• Система регулирования турбин
• Схема регулирования ВТ-25-3 и АП 25-2
• Регулирование ВТ-25-4 и АΠ-25-2
• Регулирование турбины ВПТ-25-3
• Регулирование с противодавлением
• Проверка системы регулирования
• Приборы РЗА и сигнализации
• Электрические схемы РЗА
• Конденсаторы
• Пароструйные эжекторы
• Подогреватели
• Испарители и паропреобразователи
• Бойлеры
• Специальная арматура
• Схемы трубопроводов турбоустановок
• Схемы трубопроводов бойлерных
• Ревизия турбоустановок
• Масляные насосы — ревизия
• Регулятор скорости — ревизия
• Золотники регулятора безопасности
• Парораспределение — ревизия
• Вскрытие цилиндра — ревизия
• Уплотнения,подшипники,маслоохладители
• Подогреватели,испарители,трубопроводы
• Горячая затяжка болтов и шпилек
• Прокладочный материал
• Дренаж турбин
• Прогрев турбин
• Промывочное устройство
• Смазка
• Обслуживание конденсационных
• Обслуживание турбины во время работы
• Противоаварийные указания
• Остановка турбины
• Обслуживание испарительной к ВК-50-1
• Обслуживание бойлеров
• Обслуживание электронасосов

Страница 30 из 65

Глава пятнадцатая
РЕГУЛИРОВАНИЕ ТУРБИН  С ОДНИМ ОТБОРОМ ПАРА

§ 57. Принципиальная схема регулирования турбин ВТ-25-3 и АП-25-2

Принципиальная схема регулирования турбин ВТ-25-3 и АП-25-2 изображена на фиг. 73.

Эта схема обеспечивает следующее действие элементов регулирования и парораспределения.
а) При работе турбины с отбором пара изменение электрической нагрузки вызывает одинаково направленное перемещение клапанов парораспределения на впуске пара в турбину и регулирующей диафрагмы, поддерживающей постоянство давления в отборе.

Увеличение нагрузки турбины, работающей на выделенную сеть, или снижение частоты сети для турбины, работающей параллельно с другими, влечет за собой увеличение открытия как регулирующих клапанов свежего пара, так и регулирующей диафрагмы отбора (т. е. увеличение пропуска пара в конденсатор).
Уменьшение нагрузки или повышение частоты сети вызывает перестановку органов парораспределения в противоположном направлении, причем как в этом, так и в предыдущем случае давление отбора должно остаться практически неизменным.

б) Изменение количества отбираемого пара при постоянной электрической нагрузке влечет за собой противоположно направленную перестановку регулирующих клапанов свежего пара и регулирующей диафрагмы. При увеличении отбора регулирующие клапаны дополнительно открываются, а регулирующая поворотная диафрагма закрывается (т. е. пропуск пара в конденсатор уменьшается). При уменьшении отбора регулирующие клапаны закрываются, а регулирующая диафрагма открывается.
в) При одновременном изменении электрической нагрузки и отбора перестановка клапанов и регулирующей диафрагмы обеспечивает сохранение постоянства в пределах неравномерности регулирования как числа оборотов турбины, так и давления в отборе.

Достигается это следующим образом (фиг. 73). Регулятор скорости управляет дросселем I на сливе масла. Функцию дросселя выполняет заплечик золотника 0 45 блока ЗРС. К этому дросселю масло поступает, пройдя предварительно дроссель II, который образован нижними окнами «суммирующего золотника» № 1. Положение дросселя II определяется расходом масла через золотник регулятора скорости. Давление на кольцевую поверхность суммирующего золотника сверху равно 12 кГ/см², а на торец снизу 6,15 + 0,25 кГ/см² при любом равновесном положении суммирующего золотника № 1. Переход дросселя II из одного положения в другое происходит следующим образом.
Изменение числа оборотов турбины или натяжения пружины синхронизатора влекут за собой перемещение регулятора скорости и связанного с ним дросселя /. В результате этого давление в масляной системе между дросселями I и II изменится. Если оно увеличится (в результате снижения числа оборотов или увеличения нагрузки), то суммирующий золотник № 1, приподнявшись, прикроет дроссель II, уменьшив тем самым поступление масла в проточную систему между дросселями I и II. Несмотря на уменьшившийся слив масла через дроссель № 1, давление перед ним опить достигнет 6,15 + 0,25 кГ/см² и суммирующий золотник остановится, заняв новое положение, соответствующее изменившемуся числу оборотов или новой нагрузке турбины. Суммирующие золотники № 1 и 2 имеют еще две группы окон, обеспечивающих переменное поступление и слив масла из двух проточных линий В и Г, от которых отбирается импульсное давление масла к золотникам сервомоторов регулирующих клапанов свежего пара и регулирующей диафрагмы отбора. Как видно из схемы (фиг. 73), при неподвижном суммирующем золотинке № 2 движение вверх суммирующего золотника № 1 увеличит поступление масла в проточные системы В и Г при неизменном сливе из них. В связи с этим давление импульсного масла в обеих системах возрастет и откроются дополнительно как регулирующие клапаны свежего пара, так и регулирующая диафрагма.
Таким образом, увеличение электрической нагрузки или снижение оборотов при постоянном положении дросселя III, управляемого регулятором давления (т. е. при неизменном давлении в отборе), повлечет за собой одновременное открытие регулирующих клапанов и регулирующей диафрагмы, что и требуется для поддержания постоянными (в пределах неравномерности регулирования) оборотов турбины при изменении нагрузки.

При повышении числа оборотов или при уменьшении нагрузки слив через дроссель 1увеличивается, суммирующий золотник, опустившись, увеличивает поступление масла в проточную систему А, давление масла под суммирующим золотником № I восстанавливается, однако этот золотник уже занимает новое положение, при котором поступление масла в проточные системы В и Г уменьшилось и регулирующие клапаны и диафрагма прикрылись в результате снижения давления импульсного масла золотников соответствующих сервомоторов.
Воздействие проточной системы регулятора давления на положение клапанов свежего пара и регулирующей диафрагмы отбора происходит следующим образом. При повышении давления в отборе, вследствие уменьшения расхода его, слив через дроссель III уменьшается, суммирующий золотник № 2 перемещается вверх до тех пор, пока дроссель IV не уменьшит поступления масла в проточную систему Б настолько, что движение золотника № 2 прекращается. В новом положении этого золотника открытие дроссельных окон проточных систем В и Г изменится в противоположных направлениях. Слив из системы В увеличится, а из системы Г уменьшится, в связи с чем клапаны свежего пара пойдут на закрытие, а регулирующая диафрагма отбора дополнительно откроется, увеличив пропуск пара в ступени низкого давления. Это повлечет за собой восстановление давления в отборе при сохранении постоянства электрической нагрузки. При понижении давления в отборе перемещения элементов системы будут происходить в обратном направлении.

Принципиально важным для работы системы регулирования и маслоснабжения и в данном случае, так же как для систем регулирования конденсационных турбин, является то, что слив масла из сервомоторов клапанов высокого давления и регулирующей диафрагмы происходит в систему смазки. Когда при быстрых изменениях нагрузки редукционный клапан, поддерживающий постоянство напорного давления масла, резко прикрывается, слив из сервомоторов компенсирует уменьшение пропуска масла к подшипникам через редукционный клапан.

§ 58. Блок суммирующих золотников

Блок суммирующих золотников (фиг. 74) представляет собой промежуточное гидравлическое устройство, находящееся под воздействием регулятора скорости и регулятора давления и обеспечивающее связь каждого из двух регуляторов с обеими системами парораспределения — клапанами свежего пара и регулирующей диафрагмой отбора (см. § 57).
По конструкции суммирующие золотники турбин ВТ-25-4 и AП-25-2 однотипны и различаются между собой только размерами регулирующих окон букс и расстояниями между заплечиками золотников.

Блок суммирующих золотников состоит из двух подвижных золотников 1 и 2, вставленных в неподвижные буксы 3 и 4, переключателя регулятора давления, состоящего из золотника 5 с ручным маховичком 8 и буксой 6, и дросселя 7. Дроссель имеет общую буксу с переключателем регулятора давления.
Литой чугунный корпус суммирующих золотников имеет вертикальный фланец, которым он крепится к колонке. Колонка совместно с регулятором давления устанавливается в щите измерительных приборов

Золотник 1 и букса 3 образуют систему, обозначенную на принципиальной схеме регулирования (фиг. 73) как «суммирующий золотник № 1», а золотник 2 и букса 4 обозначены на той же схеме как «суммирующий золотник № 2».
Масло от насоса под давлением 12 кГ/см² подается в общую для обоих золотников камеру 1, откуда оно поступает через окна а и б в буксах обоих золотников к их нижней, утолщенной части.
В каждой буксе на внутреннем диаметре 85 имеется два впускных регулирующих окна а, открытие которых определяется положением отсекающих кромок золотников. Положение же золотников определяется сливом масла из камер IV и V, разобщенных между собой. Золотник регулятора скорости обеспечивает слив из камеры IV, а золотник регулятора давления из камеры V, как это показано на принципиальной схеме регулирования. Каждый из золотников находится в равновесном состоянии под действием разности сил давления масла, действующих снизу на торцевую площадь золотника (окружность Ø 85) а сверху —  на кольцевую площадь, образованную нижней (Ø 85) и верхней частью (Ø 60) золотника Соотношение этих площадей таково, что в равновесном состоянии под золотниками при любом их положении устанавливается давление около 6 kГ/cm2 при давлении над золотником 12 кГ/см². Действительно, при изменении давления масла под золотниками вследствие изменения количества масла, сливаемого через золотник регулятора скорости или регулятора давления, нарушается равновесие сил, действующих на суммирующий золотник, и тогда он Перемещается в том направлении, которое необходимо для восстановления под ним давления масла около 6 кГ/см². Так, например, при снижении давления под золотником сила постоянного давления 12 кГ/см² действующая сверху, переместит золотник вниз, что увеличит открытие впускных окон а и, несмотря на повышенный слив масла через золотники регуляторов, давление в полости IV или V восстановится, а суммирующий золотник окажется в новом положении. При повышении давления масла под золотинками их перемещение будет обратным, что вызовет закрытие впускных окон а, и давление в камерах IV и V станет опять равным около 6 кГ/см².
В верхней часта букс, и а 0 60, имеется два ряда параллельно расположенных регулирующих окон в и г, которые совокупно с соответствующими регулирующими кромками золотников образуют дроссельные элементы проточных систем В и Г, показано на принципиальной схеме регулирования (фиг. 73). Напорное масло из полости золотника № 1 через регулирующие окна в его буксы поступает в камеры II и III. 

Затем масло через соответствующие регулирующие окна в буксе золотника № 2 попадает во внутреннюю полость Е этого золотника, откуда сливается через окна в его верхней части в камеру VI, имеющую соединение с масляным баком. Таким образом, образуются две параллельные системы, в которых давление в камерах II и III зависит от положения золотников № 1 и 2. Камера II соединена маслопроводом с тупиковой камерой под золотником сервомотора клапанов свежего пара, а камера III —  с тупиковой камерой над золотником сервомотора регулирующей диафрагмы отбора пара.
Камера III имеет перегородку, отделяющую золотник № 1 от золотника № 2. Связь между обеими частями камеры III возможна только через буксу 6 переключателя регулятора давления. Когда турбина работает на конденсационном режиме, золотник переключателя находится на переднем упоре и окна д перекрыты заплечиками золотника 5. При этом обе части камеры III разобщены между собой. Второй заплечик золотника 5 перекрывает окна е, соединяющие пространство под суммирующим золотником № 2 (камеру V) с регулирующими сливными окнами буксы регулятора давления. В этом положении переключателя давление в той части камеры III, которая соединена с камерой над золотником сервомотора регулирующей диафрагмы, становится близким к напорному, так как слив из камеры III, происходящий через золотник № 2, невозможен из-за разобщения обеих частей камеры III переключателем. При повышенном давлении над золотником сервомотора отбора регулирующая диафрагма полностью открыта, что и требуется при работе турбины на конденсационном режиме.

Для включения регулятора давления и перевода турбины с конденсационного режима на работу с отбором пара вращением маховичка 8 против часовой стрелки переводят золотник переключателя на задний упор. При этом окна д и е в буксе 6 открываются последовательно — окна д через 8—10 оборотов маховичка, а окна е через 18—19 оборотов. При открытии окон д масло из камеры III поступит к суммирующему золотнику № 2, давление в камере III и над золотником сервомотора отбора снизится и регулирующая диафрагма отбора прикроется на величину, требующуюся для повышения давления пара в отборе. Полный ход переключателя между передним и задним упором равен 30 мм, что соответствует 30 оборотам маховика переключателя.
Для предотвращения самопроизвольного перемещения переключателя при работе турбины, в конструкции его предусмотрено специальное фиксирующее приспособление, укрепленное на внешнем щите колонки регулятора давления возле штока переключателя, описание которого приводится ниже.

В кольцевую выточку штока золотинка переключателя, находящегося на упоре, входит конец рычага 11, прижимаемою к штоку пружиной 13. Для перемещения золотника необходимо нажать на кнопку 12 и повернуть несколько раз маховичок 8 золотинка, после чего отпустить кнопку 12 и продолжай) вращение маховичка. Рычаг при этом будет скользить по поверхности штока до тех пор, пока не войдет во вторую кольцевую выточку на нем. Расстояние между выточками равно ходу золотника между упорами.
Как указывалось при описании принципиальной схемы регулирования (§ 57), проточная система регулятора давления снабжена дросселем, обеспечивающим требуемое положение суммирующего золотника № 2 при конденсационном режиме работы турбины. Это положение близко к верхнему упору золотника.

Дроссель золотника № 2 расположен на одной оси с золотником переключателя регулятора давления и имеет с ним общую буксу.
Дроссель состоит из золотника 7, входящего в буксу 6. Положение этого золотника устанавливается при испытании на заводе и фиксируется штифтом 9. При конденсационном режиме, когда нижний заплечик золотника переключателя закрывает окна е, масло из-под золотника № 2 (камера V) поступает к регулирующим окнам регулятора давления только через окна ж дросселя. Площадь окон ж меньше площади регулирующих щелей буксы регулятора давления, находящеюся на верхнем упоре (т. е. при выключенном отборе). Таким образом, положение золотника № 2 при закрытом переключателе определяется сливом через окна ж дросселя. Открытие окон дросселя производится при регулировке его положения вращением наружного конца золотника 7 по часовой стрелке, что выполняется при заводских испытаниях блока суммирующих золотников. При эксплуатации турбины положение дросселя, установленное на заводе, не должно подвергаться изменению.

Для удаления воздуха из всех тупиковых камер золотников и корпуса имеются отверстия Ø 1 мм. При ревизии турбины нужно проверять чистоту всех этих отверстий, так как скопления воздуха вредно отражаются на работе регулирования.

• Назад
• Вперёд

• Назад
• Вперёд

• Вы здесь:  
• Главная
• Архив
• Генерация
• org/ListItem»> Экономия топлива на электростанциях малой и средней мощности

Еще по теме:

• Ремонт пароводяной арматуры
• Гидратный водно-химический режим на электростанциях с барабанными котлами
• Внедрение пароводокислородной очистки и пассивации котлов с естественной циркуляцией
• Возможность эксплуатации котла ТП-170 на пониженных параметрах перегретого пара
• Метод определения параметров тепловой изоляции паротурбинных блоков ТЭС

Турбина — Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Рисунок 1. Турбины могут быть довольно большими, паровая турбина выше представлена ​​в масштабе с человеком. ^[1]

Турбина — это устройство, которое использует кинетическую энергию некоторой жидкости, такой как вода, пар, воздух или дымовые газы, и превращает ее во вращательное движение самого устройства. ^[2] Турбины обычно используются в производстве электроэнергии, двигателях и двигательных установках. Турбины — это машины (в частности, турбомашины), потому что турбины передают и изменяют энергию. Простая турбина состоит из ряда лопастей — в настоящее время сталь является одним из наиболее распространенных материалов — и позволяет жидкости поступать в турбину, толкая лопасти. Эти лопасти вращаются, пока жидкость проходит через них, захватывая часть энергии в виде вращательного движения. Жидкость, протекающая через турбину, теряет кинетическую энергию и выходит из турбины с меньшей энергией, чем в начале. ^[2]

Турбины используются во многих различных областях, и каждый тип турбины имеет немного отличающуюся конструкцию для правильного выполнения своей работы. Турбины используются в ветроэнергетике, гидроэнергетике, в тепловых двигателях и для движения. Турбины чрезвычайно важны из-за того факта, что почти вся электроэнергия производится путем преобразования механической энергии турбины в электрическую энергию с помощью генератора. ^[2]

Тепловые двигатели

основной артикул

Тепловые двигатели используют турбины (а также поршни), поскольку они могут эффективно извлекать энергию из жидкостей. Кроме того, турбины требуют довольно небольшого обслуживания.

Газовые турбины часто используются в тепловых двигателях, поскольку они являются одним из наиболее гибких типов турбин. Одним из конкретных применений этих газовых турбин являются реактивные двигатели. ^[2] В этих газовых турбинах сжатый воздух нагревается и смешивается с некоторым количеством топлива. Когда эта смесь воспламеняется, она подвергается быстрому расширению. Расширяющийся воздух нагнетается в турбину, заставляя ее вращаться. Поскольку они используют сжатый воздух, большие высоты не влияют на эффективность турбин, что делает их идеальными для использования в самолетах. ^[3] . Схема газовой турбины показана на рисунке 2 ниже.

Рис. 2. Схема газотурбинного двигателя. ^[4]

Эти турбины используются не только в самолетах, но и для выработки электроэнергии на электростанциях, работающих на природном газе. Дымовые газы в этом случае возникают в результате сжигания природного газа. ^[3]

Производство электроэнергии

Гидроэнергетика

основной артикул и | 3D модель

Рисунок 3. Схема гидроэлектростанции. ^[5]

На гидроэлектростанциях вода удерживается за плотиной и сбрасывается через водовод. Вода, обладающая кинетической и потенциальной энергией, попадает на турбину, которая вращает вал, соединенный с генератором, вырабатывая таким образом электричество. Эти турбины необходимы в области гидроэнергетики — процесса получения энергии из воды.

Конструкция гидротурбин одинакова для разных типов гидроэлектростанций (для получения дополнительной информации см. Русловые гидроэлектростанции и водохранилища). Ряд лопастей прикреплен к некоторому вращающемуся валу или пластине. Затем вода проходит через турбину по лопастям, заставляя внутренний вал вращаться. Затем это вращательное движение передается на генератор, где вырабатывается электричество. Существует множество различных типов турбин, которые лучше всего использовать в различных ситуациях. Каждый тип турбин создан для обеспечения максимальной мощности в той ситуации, в которой он используется (примеры различных типов гидроэнергетических турбин включают турбины Фрэнсиса, турбины Каплана и турбины Пельтона). Есть много факторов, которые необходимо изучить, чтобы определить, какую турбину следует использовать. Эти факторы включают гидравлический напор, гидроэлектрический расход и стоимость. ^[6]

На этих сооружениях обычно используются два типа турбин, выбор которых зависит от характеристик гидроэлектростанции. Это реактивные турбины и импульсные турбины. Для получения дополнительной информации о том, как работают эти турбины, и более подробной информации о других турбинах, нажмите здесь.

Рисунок 4. Схема ветряной турбины. ^[7]

Ветер

основной артикул и | 3D-модель

Ветряные турбины работают путем преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию, которая используется для выработки электроэнергии путем вращения генератора. Эти турбины могут быть наземными или морскими ветряными турбинами. Эти турбины состоят из трех основных компонентов. Первыми из них являются лопасти несущего винта, которые имеют форму крыльев самолета, чтобы ловить воздух, заставляя лопасти вращаться. Второй компонент — гондола, набор шестерен и генератор, преобразующий вращение лопасти в электрическую энергию. Наконец, башня представляет собой большую подставку, на которой установлены лопасти и гондола. ^[8]

Для дальнейшего чтения

• Генератор
• Кинетическая энергия
• Электричество
• Ротор
• Жидкость
• Или просмотрите случайную страницу

Ссылки

1. ↑ Wikimedia Commons. (2 сентября 2015 г.). Турбина Philippsburg [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Turbine_Philippsburg-1.jpg
2. ↑ ^{2,0 2,1 2,2 2.3} Словарь энергии, под редакцией Катлера Дж. Кливленда и Кристофера Г. Морриса, Elsevier, 2014. ProQuest Ebook Central, https://ebookcentral-proquest-com.ezproxy.lib.ucalgary.ca/lib/ucalgary -электронные книги/detail.action?docID=1821967.
3. ↑ ^{3.0 3.1} Energy.gov. (2 сентября 2015 г.). Как работают газовые турбины [Онлайн]. Доступно: http://energy.gov/fe/how-gas-turbine-power-plants-work
4. ↑ Wikimedia Commons [в сети], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Jet_engine.svg
5. ↑ Викисклад. (2 сентября 2015 г.). Водяная турбина [Онлайн]. Доступно: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Water_turbine.svg.
6. ↑ BrightHub Engineering. (2 сентября 2015 г.). Что такое гидравлические турбины? [Онлайн]. Доступно: http://www.brighthubengineering.com/fluid-mechanics-hydraulics/26551-hydraulic-turbines-definition-and-basics/
7. ↑ Викисклад. Схема ветрогенератора [Онлайн]. Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wind_turbine_diagram.svg
8. ↑ Энергетический центр Висконсина. (2 сентября 2015 г.). Детали турбины [Онлайн]. Доступно: http://www.ecw.org/windpower/web/cat2a.html

Как работает ветряная турбина. Схема и руководство

Изучить как работает ветряная турбина  легко, если вы сначала убедитесь, что знаете , как работает турбогенератор.

Схема ветряной турбины выше представляет собой вид сбоку ветровой турбины с горизонтальной осью и лопастями турбины слева. Большинство современных ветряных турбин построены с горизонтальной осью, подобной той, что показана на рисунке.

На рисунке также представлена ​​обычная ветряная турбина, а это означает, что для эффективной работы турбины нос и лопасти турбины должны быть обращены к ветру.

Чтобы узнать больше о том, как работают ветряные турбины, можно начать с рассмотрения приведенной выше схемы и изучения каждого компонента ветряной турбины.

Пошаговый просмотр каждой части ветряной турбины на схеме выше:

(1) Обратите внимание на рисунок, что направление ветра дует вправо и нос ветряка обращен к ветру.

(2)   Носовая часть ветряной турбины имеет аэродинамическую конструкцию и обращена к ветру.

(3) Лопасти ветряной турбины крепятся к носу и ротору и начинают вращаться при достаточной скорости ветра.

(4) Главный вал турбины соединяет вращающиеся лопасти с внутренними механизмами машины. Вал турбины вращается вместе с лопастями и является механизмом, передающим вращательную/механическую энергию лопастей электрическому генератору.

(5)  Устанавливается тормоз для предотвращения механических повреждений при сильном ветре и высоких скоростях вращения. Он также может останавливать турбину, когда в ней нет необходимости.

(6) Редуктор используется для увеличения скорости вращения вала турбины. Коробка передач работает как шестерня на велосипеде, когда шестерни меняются, скорость вращения тоже меняется. Затем он передает энергию вращения на вал высокоскоростной турбины и на генератор.

(7) Вал высокоскоростной турбины соединяет редуктор и генератор. Высокие скорости вращения — это то, что вращает турбогенератор.

(8) Турбогенератор  – это наиболее важная часть работы ветряной турбины. Турбогенератор — это то, что преобразует механическую энергию ветра в электрическую энергию, используя вращающую силу, которая передается от зубчатых колес и вала турбины.

(9)   анемометр  это устройство для измерения скорости ветра. Обычно они устанавливаются, чтобы дать контроллеру команду остановить или запустить турбину при определенных условиях скорости ветра.

(10) Контроллер устанавливается на случай, если скорость ветра достигает нежелательной скорости, анемометр может дать указание контроллеру использовать тормоз и остановить вращающиеся лопасти. Контроллер также используется для запуска вращения лопастей и ротора при низких скоростях ветра.

(11) Флюгер — это прибор для измерения направления ветра. Флюгер важен для направленных вверх ветряных турбин, которые должны быть обращены к ветру, чтобы работать должным образом.

(12)   Привод рыскания в механизме, который получает данные от флюгера и дает команду ветряной турбине вращаться лицом к ветру.

(13)  Двигатель рыскания — это устройство, которое физически поворачивает турбину так, чтобы она была направлена ​​против ветра или в соответствии с указаниями привода рыскания.

(14)   Башня турбины содержит электропроводку, поэтому генератор может подавать электроэнергию в трансформатор или аккумулятор, который в конечном итоге будет распределять полезную электроэнергию. Башня также является важной структурной опорной системой, которая удерживает турбину высоко в воздухе, где скорость ветра более желательна.

(15) Ветряная турбина хорошо работает на открытом воздухе и при сильных ветрах благодаря тому, что все компоненты установлены наверху башни турбины и надежно размещены внутри турбины гондола . Башня и гондола ветряной турбины обычно изготавливаются из цилиндрической стали и могут поддерживаться растяжками и растяжками или стоять отдельно, используя решетчатое стоячее основание.

Опять же, на этой диаграмме показан пример ветряной турбины с горизонтальной осью, направленной против ветра, которая может быть сделана из стали и иметь высоту в несколько этажей. То, как работает ветряная турбина, требует не только отличной инженерии, но и вдумчивого анализа и стратегии, чтобы найти желаемые места с достаточной скоростью ветра.

Сколько энергии производят ветряные турбины?

В 1919 году немецкий физик Альберт Бетц обнаружил, что ни один ветряк не может физически улавливать более 59,3% кинетической энергии ветра. Простой способ объяснить это состоит в том, что если бы ветряная турбина когда-либо захватывала 100% ветра, через другую сторону лопастей ветряной турбины не проходил бы ветер. Если нет ветра, проходящего с другой стороны, то, согласно физическому закону движения ветра, больше не будет места для прохождения ветра через переднюю часть ветряной турбины, что сделает ветряную турбину бесполезной.

Итак, для расчета выработки ветровой энергии или количества ветровой электроэнергии, которое, как ожидается, будет произведено ветровой турбиной, вам потребуется краткий список зависимых переменных:

                     ( Cp ) – Коэффициент полезного действия турбины, максимум 0,593

                            ( ρ )  – Плотность воздуха, измеренная в фунтах на кубический фут

                        ( A )  –  Площадь лопасти несущего винта, измеренная в квадратных футах

                      ( V )  –  Скорость ветра, мили/час 0,000133, это переводит ответ в киловатты. 3 )

Обратите внимание на взаимосвязь каждой переменной из уравнения и на то, как она связана с работой ветряной турбины. Площадь лопасти ротора (A) имеет прямую положительную зависимость от выходной мощности, а скорость ветра (v) имеет положительную кубическую зависимость от выходной мощности.

Количество электроэнергии, которое может генерировать ветряная турбина, в основном зависит от размера турбины, площади, охватываемой лопастями турбины, плотности воздуха и скорости ветра. Общая конструкция ветряной турбины также имеет решающее значение для того, насколько эффективно лопасти могут захватывать ветер.

Меньшие ветряные турбины, используемые для лодок, караванов или небольших машин, обычно производят от 250 Вт до 100 киловатт ветровой электроэнергии. Некоторые из самых больших ветряных турбин в мире производят около 7 мегаватт электроэнергии.

Важно помнить, что скорость ветра непостоянна, поэтому теоретическая мощность электроэнергии, которую может производить ветряная турбина, представляет собой максимальный потенциал выработки энергии, который редко достигается. Фактическая энергия, вырабатываемая ветровой турбиной, в соотношении с теоретическими ожиданиями ветряной турбины называется коэффициентом мощности.

Ветряная турбина мощностью 10 киловатт в районе со скоростью ветра около 12 миль в час будет производить около 10 киловатт-часов ветровой электроэнергии в год, что примерно соответствует количеству, необходимому для снабжения электроэнергией среднего домашнего хозяйства.

Ветряная турбина мощностью 5 мегаватт может производить около 15 миллионов киловатт-часов ветровой электроэнергии в год, что может обеспечивать электроэнергией более 1000 домохозяйств.

Заключение:   Ветряная турбина работает только тогда, когда дует ветер, и понимание того, как работает ветряная турбина, означает понимание аэродинамики ветра и лопастей, а также знание того, как турбогенератор вырабатывает электричество. По своей сути ветряная турбина работает, позволяя ветру вращать турбогенератор.