Ранее мы уже рассматривали схему турбины двигателя автомобиля.
Турбина представляет собой ротационный двигатель, способный создавать механическую энергию, использую энергию отработанных тел (вода, газ, пар), которые, воздействуя потоком на лопасти, создают вращение.
Попытки создать турбину начались очень давно, ещё в первом столетии нашей эры. Известно, что первым был Герон Александрийский, к его паровой турбине относились как забавному механизму, игрушке, потенциал данного агрегата никем не изучался на полном серьезе. Следующим, кто заинтересовался идеей создать механизм со схожим принципом работы был Леонардо да Винчи, в его бумагах имеется чертеж «дымового зонта», но он так и не был воплощен в жизнь. Никола Тесла также внёс свой вклад, запатентовав турбину Тесла, конструкция и принцип работы которой существенно отличалась от аналогов в то время.
Сегодня турбины не очень похожи на своих далеких предшественников, кроме того, разновидностей турбин стало заметно больше, сегодня их используют в машино-, судо-, и авиастроении, а также на атомных и электростанциях.
Принцип работы турбины Тесла
Необычный агрегат, сильно отличающийся от традиционных турбин, которые вращают лопасти потоком отработанных газов или жидкостью, Турбина Теслы же вообще не имеет лопастей, именно поэтому её и называют безлопастной. Конструкция состоит из ротора, который представляет собой вал, на нём закреплены плоские диски, разделены они специальными шайбами, оставляя совсем небольшой пространство между собой, на каждом втором диске сделаны специальные выступы с каждой стороны. В центре каждого из дисков специальные отверстия (окна), служат они для выхода рабочих газов.
Рабочий газ подаётся на крайнюю часть диска через сопло, далее двигается между дисками по спирали, и цепляет за собой поверхность, такое возможно благодаря тому, что первый слой молекул, прилегающих к поверхности – неподвижен, следующий слой уже движется, но с минимальной скоростью, следующий чуть быстрее, и т.д. Таким образом текучая среда прилипает к поверхности диска, и тащит её за собой, т.к. расстояние между дисками очень маленькое, а их площадь довольно велика, сила вязкого сопротивления будет сильной. Диски крутятся, раскручивая ротор, а скользящий газ выходит через центральные окна.
Какие особенности турбины Тесла можно выделить?
Способность работать с запыленными и грязными газами;
Довольно неплохой КПД;
В конструкции используются весьма стандартные материалы;
Более проста в изготовлении;
Терпима к погрешностям в работе;
Отлично работает с самыми разными видами рабочего тела.
Принцип работы турбины на дизеле
Турбины, устанавливаемые на дизельный двигатель, выдают высокий КПД, но очень требовательны к правильной эксплуатации. Что представляет из себя конструкция? Есть вал, на котором с одной стороны расположен компрессор, всасывающий воздух с улицы подобно насосу, всасываемый воздух сжимается, охлаждается и отправляется в камеру сгорания, на другой стороне вала расположено колесо турбины, которое раскручивает поток уже отработанных газов.Таким образом создается взаимосвязанный цикл, как только начинает работать мотор, выхлопные газы попадают в улитку турбокомпрессора, и турбина начинает всасывать воздух.
Установка турбокомпрессора на дизели популярна, т.к. имеет весомые преимущества:
Увеличение КПД мотора на 30-40%;
Топливо сгорает намного лучше, благодаря поступающему в цилиндры воздуху;
Таким образом каждая единица топлива расходуется с толком;
Сильно уменьшается выброс выхлопов в окружающую среду.
Принцип работы паровой турбины
Данный агрегат представляет собой тепловой двигатель, способный преобразовывать энергию пара в механическую работу. Пар движется в соплах, быстро расширяясь и преобразуя потенциальную энергию в кинетическую, поток пара выстреливает в изогнутые лопатки диска, вращаясь они раскручивают за собой и вал. Скорость потока пара может быть впечатляюще высокой, они зависит от нескольких факторов:
Размер сопла, по которому тело движется;
Температура и давление до расширения;
Давление в пространстве, куда пар выпускается из сопла.
Данный механизм лежит в основе паротурбинных установок, являющихся основным типом двигателя на тепловых и атомных электростанциях, а такие электростанции вырабатывают 85 - 95% электроэнергии, производимой во всем мире.
Принцип работы газовой турбины
Эта турбина использует энергию нагретого и сжатого газа (как правило, продуктов сгорания) для преобразования в механическую работу на валу. Нагревается сжатый газ либо в камере сгорания, либо в ядерном реакторе.
Поток газа под давлением движется по сопловому аппарату под давлением, на протяжении всего пути он всё больше нагревается и расширяется, в конце струя газа воздействует на лопатки, которые вращаются и задают вращение валу, в целом, принцип работы газовой турбины очень схож с паровой.
Почему газотурбинный двигатель хорош?
Движущихся частей меньше, чем у поршневого;
Невысокий уровень потребления смазочных материалов;
Требования к качеству топлива ниже;
В сочетании с паровыми котлом и турбиной, выдают КПД больше, чем поршневой двигатель;
Низкий уровень выбросов.
