Двигатель с вращательным движением рабочего органа: Турбина

Содержание

Турбина — Что такое Турбина?

Турбина — ротационный двигатель с непрерывным рабочим процессом и вращательным движением рабочего органа

Турбина — ротационный двигатель с непрерывным рабочим процессом и вращательным движением рабочего органа (ротора), преобразующий кинетическую энергию и/или внутреннюю энергию рабочего тела (пара, газа, воды) в механическую работу.

Струя рабочего тела воздействует на лопатки, закреплённые по окружности ротора, и приводит их в движение.

Применяется в качестве привода электрического генератора на тепловых, атомных и гидро электростанциях, как составная часть приводов на морском, наземном и воздушном транспорте, а также гидродинамической передачи, гидронасосах.

Состав турбины

Турбина состоит из 2-х основных частей.

Ротор с лопатками — подвижная часть турбины.

Статор с выравнивающим аппаратом — неподвижная часть.

Виды турбин

По направлению движения потока рабочего тела различают аксиальные паровые турбины, у которых поток рабочего тела движется вдоль оси турбины, и радиальные, направление потока рабочего тела в которых перпендикулярно оси вала турбины.

Центробежные турбины (турбокомпрессоры) также выделяют как отдельный тип турбин.

По числу контуров турбины подразделяют на 1-контурные, 2-контурные и 3-контурные.

Очень редко турбины могут иметь 4 или 5 контуров.

Многоконтурная турбина позволяет использовать большие тепловые перепады энтальпии, разместив большое число ступеней разного давления.

По числу валов различают 1-вальные, 2-вальные, реже 3-вальные, связанных общностью теплового процесса или общей зубчатой передачей (редуктором).

Расположение валов может быть как коаксиальным так и параллельным с независимым расположением осей валов.

В местах прохода вала сквозь стенки корпуса установлены концевые уплотнения для предупреждения утечек рабочего тела наружу и засасывания воздуха в корпус.

На переднем конце вала устанавливается предельный регулятор (регулятор безопасности), автоматически останавливающий (замедляющий) турбину при увеличении частоты вращения на 10-12 % сверх номинальной.

По типу рабочего тела турбины делятся на Газовые турбины, Паровые турбины и Гидротурбины.

Устройство турбины

Для того чтобы увидеть внутреннее устройство турбины, при ее изображении «вырезана» передняя верхняя четверть. Точно также показана лишь задняя часть кожуха 2. Турбина состоит из трех цилиндров (ЦВД, ЦСД и ЦНД), нижние половины корпусов которых обозначены соответственно 39, 24 и18. Каждый из цилиндров состоит из статора, главным элементом которого являются неподвижный корпус, и вращающегося ротора. Отдельные роторы цилиндров (ротор ЦВД 47, ротор ЦСД 5 и ротор ЦНД 11) жестко соединяются муфтами 31 и 21. К полумуфте 12 присоединяется полумуфта ротора электрогенератора (не показан), а к нему — ротор возбудителя. Цепочка из собранных отдельных роторов цилиндров, генератора и возбудителя называется валопроводом. Его длина при большом числе цилиндров (а самое большое их число в современных турбинах — 5) может достигать 80 м.

Валопровод вращается во вкладышах 42, 29, 23, 20 и т.д. опорных подшипников скольжения на тонкой масляной пленке и не касается металлической части вкладышей подшипников. Как правило, каждый из роторов размещают на двух опорных подшипниках. Иногда между роторами ЦВД и ЦСД устанавливают только один общий для них опорный подшипник (см. позицию 29 на рис. 6.1). Расширяющийся в турбине пар заставляет вращаться каждый из роторов, возникающие на них мощности складываются и достигают на полумуфте 12 максимального значения.

К каждому из роторов приложено осевое усилие. Они суммируются, и их результирующая осевая сила передается с гребня 30 на упорные сегменты, установленные в корпусе упорного подшипника.

Каждый из роторов помещают в корпус цилиндра (см., например, поз. 24). При больших давлениях (а в современных турбинах оно может достигать 30 МПа 300 ат) корпус цилиндра (обычно ЦВД) выполняют двухстенным (из внутреннего 35 и внешнего 46 корпусов). Это уменьшает разность давлений на каждый из корпусов, позволяет сделать его стенки более тонкими, облегчает затяжку фланцевых соединений и позволяет турбине при необходимости быстро изменять свою мощность.

Все корпуса в обязательном порядке имеют горизонтальные разъемы 13, необходимые для установки роторов внутри цилиндров при монтаже, а также для легкого доступа внутрь цилиндров при ревизиях и ремонтах. При монтаже турбины все плоскости разъемов нижних половин корпусов устанавливают специальным образом (для простоты можно считать, что все плоскости разъема совмещают в одной горизонтальной плоскости). При последующем монтаже ось валопровода помещают в эту плоскость разъема, что обеспечивает центровку — ось валопровода будет точно совпадать с осью кольцевых расточек корпусов. Этим будут исключены задевания ротора о статор, которые могут привести к тяжелой аварии.

Пар внутри турбины имеет высокую температуру, а ротор вращается во вкладышах на масляной пленке, температура масла которой как по соображениям пожаробезопасности, так и необходимости иметь определенные смазочные свойства, не должна превышать 100 °С (а температура подаваемого и отводимого масла должна быть еще ниже). Поэтому вкладыши подшипников выносят из корпусов цилиндров и размещают их в специальных строениях — опорах (см. поз. 45, 28, 7 на рис. 6.1). Таким образом, вращающиеся концы каждого из роторов соответствующего цилиндра необходимо вывести из невращающегося статора, причем так, чтобы с одной стороны исключить какие-либо (даже малейшие) задевания ротора о статор, а с другой — не допустить значительную утечку пара из цилиндра в зазор между ротором и статором, так как это снижает мощность и экономичность турбины. Поэтому каждый из цилиндров снабжают концевыми уплотнениями (см. поз. 40, 32, 19) специальной конструкции.

Турбина устанавливается в главном корпусе ТЭС на верхней фундаментной плите 36 (см. рис. 2.6). В плите выполняются прямоугольные окна по числу цилиндров, в которых размещаются нижние части корпусов цилиндров, а также осуществляется вывод трубопроводов, питающих регенеративные подогреватели, паропроводы свежего и вторично перегретого пара, переходный патрубок к конденсатору.

После изготовления турбина проходит контрольную сборку и опробование на заводе-изготовителе. После этого ее разбирают на более-менее крупные блоки, доводят до хорошего товарного вида, консервируют, упаковывают в деревянные ящики и отправляют для монтажа на ТЭС.

Монтаж турбины

Монтаж турбины осуществляют в следующем порядке. Сначала устанавливают нижнюю половину ЦНД 18 опорным поясом 15, расположенным по периметру обоих выходных патрубков ЦНД. ЦНД имеет собственные вваренные в них опоры ротора. Затем на перемычке между окнами под ЦВД и ЦСД и слева от окна под ЦВД размещают нижние половины корпусов опор соответственно 28 и 41. После этого на опоры подвешивают нижние половины корпусов наружных цилиндров 39 и 24, в них помещают статорные элементы и осуществляют центровку всех цилиндров турбины.

В опоры ротора вставляются нижние половины опорных вкладышей 42, 29, 23, 20 и 16, и на них опускают отдельные роторы. Их строго прицентровывают друг к другу и соединяют с помощью муфт 31 и 21.

Затем в верхние половины корпусов помещают необходимые внутренние статорные элементы и турбину закрывают. Для этого в отверстия на горизонтальные разъемы корпусов ввинчивают шпильки и опускают верхние половины (крышки — см., например, поз. 46 на рис. 6.1), после чего с помощью шпилек и специальных приспособлений верхние и нижние половины корпусов плотно стягиваются по фланцевым разъемам.

Аналогичным образом закрываются опоры роторов. После изоляции турбины, ограждения кожухом и многочисленных проверок ее доводят для состояния, пригодного к несению нагрузки.

При работе турбины пар из котла (см. рис. 2.2) по одному или нескольким паропроводам (это зависит от мощности турбины) поступает сначала к главной паровой задвижке, затем к стопорному (одному или нескольким) и, наконец, к регулирующим клапанам (чаще всего — 4). От регулирующих клапанов (на рис. 6.1 не показаны) пар по перепускным трубам 1 (на рис. 6.1 их четыре: две из них присоединены к крышке 46 внешнего корпуса ЦВД, а две других подводят пар в нижние половины корпуса) подается в паровпускную камеру 33 внутреннего корпуса ЦВД. Из этой полости пар попадает в проточную часть турбины и, расширяясь, движется к выходной камере ЦВД 38. В этой камере в нижней половине корпуса ЦВД имеются два выходных патрубка 37. К ним приварены паропроводы, направляющие пар в котел для промежуточного перегрева.

Вторично перегретый пар по трубопроводам поступает через стопорный клапан (не показан на рис. 6.1) к регулирующим клапанам 4, а из них — в паровпускную полость ЦСД 26. Далее пар расширяется в проточной части ЦСД и поступает в его выходной патрубок 22, а из него — в две перепускные трубы 6 (иногда их называют ресиверными), которые подают пар в паровпускную камеру ЦНД 9. В отличие от однопоточных ЦВД и ЦСД, ЦНД почти всегда выполняют двухпоточными: попав в камеру 9, пар расходится на два одинаковых потока и, пройдя их, поступает в выходные патрубки ЦНД 14. Из них пар направляется вниз в конденсатор. Перед передней опорой 41 располагается блок регулирования и управления турбиной 44. Его механизм управления 43 позволяет пускать, нагружать, разгружать и останавливать турбину.

Двигатель с вращательным движением рабочего органа 7 букв

Ответы на сканворды и кроссворды

Турбина

Двигатель с вращательным движением рабочего органа 7 букв

например:
непроизвольное движение

Как работают роторные двигатели | HowStuffWorks

Роторный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, подобный двигателю вашего автомобиля, но он работает совершенно иначе, чем обычный поршневой двигатель.

В поршневом двигателе один и тот же объем пространства (цилиндр) попеременно выполняет четыре различные функции: впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Роторный двигатель выполняет те же четыре работы, но каждая из них происходит в своей части корпуса. Это похоже на наличие отдельного цилиндра для каждого из четырех рабочих мест, при этом поршень постоянно перемещается от одного к другому.

Роторный двигатель (первоначально задуманный и разработанный доктором Феликсом Ванкелем) иногда называют двигателем Ванкеля или роторным двигателем Ванкеля .

В этой статье мы узнаем, как работает роторный двигатель. Начнем с основных принципов работы.
Принципы роторного двигателя

Части роторного двигателя

Сборка роторного двигателя

Мощность роторного двигателя

Различия и вызовы

Принципы роторного двигателя

Как и поршневой двигатель, роторный двигатель использует давление, создаваемое при сгорании смеси воздуха и топлива. В поршневом двигателе это давление содержится в цилиндрах и заставляет поршни двигаться вперед и назад. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение, которое можно использовать для привода автомобиля.

В роторном двигателе давление сгорания содержится в камере, образованной частью корпуса и герметизированной одной стороной треугольного ротора, который используется в двигателе вместо поршней.

Ротор движется по траектории, похожей на то, что вы создаете с помощью спирографа. Этот путь удерживает каждую из трех вершин ротора в контакте с корпусом, создавая три отдельных объема газа. При движении ротора по камере каждый из трех объемов газа попеременно расширяется и сжимается. Именно это расширение и сжатие втягивает воздух и топливо в двигатель, сжимает его и создает полезную мощность по мере расширения газов, а затем выбрасывает выхлопные газы.

Мы заглянем внутрь роторного двигателя, чтобы проверить детали, но сначала давайте взглянем на новую модель автомобиля с совершенно новым роторным двигателем.

«»

Mazda RX-8

Mazda была пионером в разработке серийных автомобилей с роторными двигателями. RX-7, поступивший в продажу в 1978 году, был, пожалуй, самым успешным автомобилем с роторным двигателем. Но ему предшествовала серия автомобилей с роторным двигателем, грузовиков и даже автобусов, начиная с Cosmo Sport 1967 года. Последний год, когда RX-7 продавался в США, был 19-м.95, но роторный двигатель вернется в ближайшем будущем.

Mazda RX-8, новый автомобиль от Mazda, имеет новый, отмеченный наградами роторный двигатель под названием RENESIS . Этот безнаддувный двухроторный двигатель, названный Международным двигателем года 2003, будет производить около 250 лошадиных сил. Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт Mazda RX-8.

Части роторного двигателя

Роторный двигатель имеет систему зажигания и систему подачи топлива, аналогичную поршневым двигателям. Если вы никогда не видели внутреннюю часть роторного двигателя, будьте готовы к сюрпризу, потому что вы мало что узнаете.

Ротор

Ротор имеет три выпуклых поверхности, каждая из которых действует как поршень. Каждая поверхность ротора имеет карман, который увеличивает рабочий объем двигателя, оставляя больше места для воздушно-топливной смеси.

На вершине каждой грани находится металлическое лезвие, которое образует уплотнение снаружи камеры сгорания. На каждой стороне ротора также есть металлические кольца, которые герметизируются по бокам камеры сгорания.

Ротор имеет набор внутренних зубьев шестерни, врезанных в центр одной стороны. Эти зубья сопрягаются с шестерней, закрепленной на корпусе. Это зубчатое соединение определяет траекторию и направление прохождения ротора через корпус.

«»

Корпус

Корпус имеет примерно овальную форму (на самом деле это эпитрохоид — посмотрите эту демонстрацию Java, как получается форма). Форма камеры сгорания разработана таким образом, что три вершины ротора всегда остаются в контакте со стенкой камеры, образуя три герметичных объема газа.

Каждая часть корпуса предназначена для одной части процесса сгорания. Четыре раздела:

Впуск
Сжатие
Сгорание
Выпуск

900 02 Впускное и выпускное отверстия расположены в корпусе. В этих портах нет клапанов. Выпускное отверстие соединяется непосредственно с выпускным отверстием, а впускное отверстие соединяется непосредственно с дроссельной заслонкой.

«»

Выходной вал (Обратите внимание на эксцентриковые кулачки.)

Выходной вал

Выходной вал имеет круглые выступы, установленные эксцентрично, что означает, что они смещены от центральной линии вала. Каждый ротор надевается на одну из этих кулачков. Кулачок действует как коленчатый вал в поршневом двигателе. Когда ротор следует по своему пути вокруг корпуса, он давит на кулачки. Поскольку кулачки установлены эксцентрично по отношению к выходному валу, сила, которую ротор прикладывает к кулачкам, создает крутящий момент на валу, заставляя его вращаться.

Теперь давайте посмотрим, как собраны эти части и как они производят энергию.

Сборка роторного двигателя

Роторный двигатель собирается слоями. Двухроторный двигатель, который мы разобрали, состоит из пяти основных слоев, которые скреплены кольцом длинных болтов. Охлаждающая жидкость течет по каналам, окружающим все детали.

Два крайних слоя содержат уплотнения и подшипники выходного вала. Они также герметизируют две секции корпуса, в которых находятся роторы. Внутренние поверхности этих деталей очень гладкие, что помогает уплотнениям ротора выполнять свою работу. Впускное отверстие расположено на каждой из этих концевых частей.

«»

Часть корпуса ротора, удерживающая роторы (Обратите внимание на расположение выпускного отверстия. )

Следующий слой снаружи — это корпус ротора овальной формы, в котором находятся выпускные отверстия. Это часть корпуса, в которой находится ротор.

Центральная часть содержит два впускных отверстия, по одному на каждый ротор. Он также разделяет два ротора, поэтому его внешние поверхности очень гладкие.

«»

Центральная часть содержит еще одно впускное отверстие для каждого ротора.

В центре каждого ротора находится большая внутренняя шестерня, вращающаяся вокруг меньшей шестерни, прикрепленной к корпусу двигателя. Это то, что определяет орбиту ротора. Ротор также опирается на большой круглый выступ на выходном валу.

Далее мы посмотрим, как двигатель на самом деле развивает мощность.

Мощность роторного двигателя

В роторных двигателях используется четырехтактный цикл сгорания, аналогичный циклу четырехтактных поршневых двигателей. Но в роторном двигателе это осуществляется совершенно по-другому.

Если вы внимательно посмотрите, то увидите, что выступ на выходном валу вращается три раза за каждый полный оборот ротора.

Сердцем роторного двигателя является ротор. Это примерно эквивалентно поршням поршневого двигателя. Ротор установлен на большом круглом выступе на выходном валу. Этот лепесток смещен от центральной линии вала и действует как рукоятка на лебедке, давая ротору рычаг, необходимый для поворота выходного вала. Когда ротор вращается внутри корпуса, он толкает кулачок по узким кругам, поворачиваясь на трижды по за каждый оборот ротора.

По мере движения ротора в корпусе размеры трех образованных ротором камер меняются. Это изменение размера вызывает насосное действие. Давайте рассмотрим каждый из четырех тактов двигателя, глядя на одну сторону ротора.

Впуск

Фаза впуска цикла начинается, когда кончик ротора проходит через впускное отверстие. В тот момент, когда впускное отверстие обращено к камере, объем этой камеры близок к минимуму. Когда ротор проходит мимо впускного отверстия, объем камеры расширяется, втягивая воздушно-топливную смесь в камеру.

Когда вершина ротора проходит через впускное отверстие, эта камера закрывается и начинается сжатие.

Сжатие

По мере того, как ротор продолжает свое движение вокруг корпуса, объем камеры уменьшается, а воздушно-топливная смесь сжимается. К тому времени, когда торец ротора приближается к свечам зажигания, объем камеры снова близок к своему минимуму. В это время начинается горение.

Сгорание

Большинство роторных двигателей имеют две свечи зажигания. Камера сгорания длинная, поэтому пламя распространялось бы слишком медленно, если бы была только одна свеча. Когда свечи зажигания воспламеняют топливно-воздушную смесь, давление быстро нарастает, заставляя ротор двигаться.

Давление сгорания заставляет ротор двигаться в направлении, увеличивающем объем камеры. Газы сгорания продолжают расширяться, перемещая ротор и создавая мощность, пока вершина ротора не пройдет через выпускное отверстие.

Выхлоп

Как только вершина ротора проходит через выпускное отверстие, газы сгорания под высоким давлением могут свободно вытекать из выхлопа. По мере того, как ротор продолжает двигаться, камера начинает сжиматься, вытесняя оставшийся выхлоп из порта. К тому времени, когда объем камеры приближается к минимуму, вершина ротора проходит через впускное отверстие, и весь цикл начинается снова.

Отличительной чертой роторного двигателя является то, что каждая из трех сторон ротора всегда работает в одной части цикла — за один полный оборот ротора будет три такта сгорания. Но помните, выходной вал вращается три раза за каждый полный оборот ротора, а это означает, что на каждый оборот выходного вала приходится один такт сгорания.

Различия и вызовы

Есть несколько определяющих характеристик, которые отличают роторный двигатель от обычного поршневого двигателя.

Меньше движущихся частей

Роторный двигатель имеет гораздо меньше движущихся частей, чем сопоставимый четырехтактный поршневой двигатель. Двухроторный роторный двигатель имеет три основные движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже самый простой четырехцилиндровый поршневой двигатель имеет не менее 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, распределительный вал, клапаны, клапанные пружины, коромысла, зубчатый ремень, зубчатые колеса и коленчатый вал.

Минимальное количество движущихся частей может привести к повышению надежности роторного двигателя. Вот почему некоторые производители самолетов (включая производителя Skycar) предпочитают роторные двигатели поршневым двигателям.

Сглаживатель

Все части роторного двигателя вращаются непрерывно в одном направлении, а не резко меняют направление, как это делают поршни в обычном двигателе. Роторные двигатели внутренне уравновешены вращающимися противовесами, которые синхронизированы, чтобы гасить любые вибрации.

Подача мощности в роторном двигателе также более плавная. Поскольку каждое событие сгорания длится через 90 градусов вращения ротора, а выходной вал вращается на три оборота за каждый оборот ротора, каждое событие сгорания длится через 270 градусов вращения выходного вала. Это означает, что однороторный двигатель развивает мощность на три четверти каждого оборота выходного вала. Сравните это с одноцилиндровым поршневым двигателем, в котором сгорание происходит в течение 180 градусов из каждых 9.0009 два оборота, или только четверть каждого оборота коленчатого вала (выходной вал поршневого двигателя).

Медленнее

Поскольку роторы вращаются со скоростью, равной одной трети скорости выходного вала, основные движущиеся части двигателя движутся медленнее, чем части поршневого двигателя. Это также помогает с надежностью.

Проблемы

При проектировании роторного двигателя возникают некоторые проблемы:

Как правило, более сложно (но не невозможно) добиться соответствия роторного двигателя нормам выбросов США.
Затраты на производство могут быть выше, в основном из-за того, что количество произведенных двигателей не так велико, как количество поршневых двигателей.
Обычно они потребляют больше топлива, чем поршневые двигатели, поскольку термодинамический КПД двигателя снижается из-за длинной камеры сгорания и низкой степени сжатия.

Для получения дополнительной информации о роторных двигателях и смежных темах перейдите по ссылкам на следующей странице.

Часто задаваемые вопросы о роторном двигателе

Как работает роторный двигатель?

Роторный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, который разделяет четыре работы двигателя — впуск, сжатие, сгорание и выпуск — на четыре отдельные части в общем корпусе двигателя. Ротор перемещается из камеры в камеру, расширяя и сжимая газ.

Чем плохи роторные двигатели?

У роторных двигателей есть несколько недостатков. Заставить роторный двигатель соответствовать нормам выбросов США сложнее, а производственные затраты могут быть выше. Роторные двигатели также имеют тенденцию потреблять больше топлива, чем поршневые двигатели.

Роторный двигатель лучше?

Роторные двигатели имеют некоторые преимущества перед двигателями других типов. Они могут быть более надежными, потому что их части и детали движутся с меньшей скоростью. Они также могут работать более плавно, устраняя резкое изменение направления в поршневых двигателях. А роторные двигатели, как правило, имеют меньше движущихся частей.

Много дополнительной информации

Статьи по теме

Другие полезные ссылки

Роторный двигатель внутреннего сгорания Ванкеля — теория, конструкция и принципы работы
Данные о роторном двигателе внутреннего сгорания
Био – доктор Феликс Ванкель
Мини-роторный двигатель
RotaryNews.com

Процитируйте это!

Пожалуйста, скопируйте/вставьте следующий текст, чтобы правильно цитировать эту статью HowStuffWorks. com:

Карим Найс
«Как работают роторные двигатели»
29 марта 2001 г.
HowStuffWorks.com.
12 июля 2023 г.

Citation

Как работают роторные двигатели | Как работает

Роторный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, похожий на двигатель вашего автомобиля, но он работает совершенно иначе, чем обычный поршневой двигатель.

Части роторного двигателя

Сборка роторного двигателя

Мощность роторного двигателя

Различия и вызовы