Машины с турбиной: Лучшие турбо автомобили | carakoom.com

Содержание

Использование машины с турбиной. Самые важные правила

Несмотря на то что турбины рассчитаны на бесперебойную работу в течение всего срока службы двигателя, часто это происходит иначе. В основном это вина водителей, которые неправильно эксплуатируют автомобиль с турбонаддувом.

 

Турбокомпрессор – это устройство, ротор которого приводится в движение выхлопными газами двигателя. Его обороты могут достигать 250 000/мин. Чтобы вы поняли, насколько велико число оборотов турбины и ее ценность, отметим, что дизельные двигатели, как правило, не могут достигать 8000 об/мин, а бензиновые могут работать максимум на 10 000 оборотах в минуту. Естественно, что при таких высоких оборотах турбина создает не только большое давление, но и выделяет много тепла. Именно выпуск тепла наряду с надлежащей смазкой являются основными условиями, которые обеспечивают длительную работу турбокомпрессора. 

 

 

Владельцы турбированных автомобилей должны помнить, что после запуска двигателя нужно дать насосу около 30 секунд, чтобы распределить масло по всей системе. Если мы увеличим частоту вращения двигателя до того, как масло достигнет компрессора, произойдет его повреждение.

 

Смотрите также: Что такое турбодвигатели, и надежны ли они [Пост для новичков]

 

Также жесткие правила применяются к  иммобилизации приводного устройства. Если мы используем двигатель на высоких оборотах незадолго до остановки, турбину, прежде чем заглушить мотор, нужно охладить. Для этого желательно после остановки автомобиля дать ей поработать на холостом ходу еще 2-3 минуты. Конечно, вы также можете охладить турбину и на ходу, осуществляя движение на малых оборотах двигателя (не более 1500 об/мин). 

 

Но в любом случае вы должны взять себе за правило: не стоит парковать автомобиль и выключать сразу двигатель после динамичной езды. 

 

Многие современные автомобили оснащены сегодня системой старт/стоп, которая автоматически выключает двигатель при остановках. Если в вашей турбированной машине есть эта система, то если вы в течение длительного времени использовали высокие обороты двигателя, например когда быстро ехали по шоссе, то если ваш дальнейший путь лежит через участки дороги, где, скорее всего, машина будет часто останавливаться, выключите систему старт/стоп, чтобы двигатель машины не выключался при остановках.

 

В противном случае вы рискуете, что во время короткой остановки, например на светофоре или при оплате проезда по платной трассе, двигатель выключится при сильно нагретой турбине, что чревато ее поломкой. К сожалению, не у каждого автомобиля есть возможность отключить эту систему. Соответственно, вы не должны использовать автомобиль на высоких оборотах двигателя, если собираетесь ехать по дороге, где планируются остановки, во время которых электроника будет выключать двигатель машины. 

 

 

Кстати, совсем недавно было много различных слухов и мифов об использовании турбонагнетателей. Например, некоторые считают, что, используя автомобиль только в городе, мы обеспечиваем турбокомпрессору оптимальные условия работы. Но это неправильно.

 

Прежде всего, даже в городе мы иногда используем высокие обороты двигателя, например попадая в быстрый поток движения или для обгона. Кроме того избыточное тепло – не единственный враг этого механизма. Низкие обороты двигателя также вредны турбокомпрессору. Дело в том, что в выпускном коллекторе и турбине со временем откладывается сажа.

 

 

При продолжительном динамическом вождении на высоких оборотах двигателя эти сажевые отложения сжигаются. В противном случае сажа может угрожать правильной работе турбокомпрессора. 

 

 

Для турбины загрязнение опасно. И бояться нужно не только сажи. У грязи есть два способа добраться до турбокомпрессора – вместе с воздухом и маслом. Вот почему так важно заботиться о регулярной замене масла и нужных фильтров. Время от времени нужно проверять герметичность соединения между воздушным фильтром и турбиной.

 

Также крайне важно позаботиться о правильном уровне моторного масла. Во многих двигателях недостаточное количество масла приводит к выбросу частиц углерода при сгорании топлива, что вызывает появление углеродных отложений в линиях подачи масла в компрессор. Также не допускается для экономии денег заменять дорогое моторное масло более дешевым продуктом. Это может привести к повреждению турбины и, следовательно, к значительным расходам. 

 

К сожалению, большинству водителей не хватает терпения, чтобы обеспечить оптимальные условия работы турбокомпрессора. Следовательно, бывают случаи преждевременных поломок узла. Как показывает практика, неправильная эксплуатация автомобиля с турбодвигателем может приводить к поломке турбокомпрессора уже к 50 000 км. Но чаще всего турбина изнашивается где-то на пробеге 150-250 тыс. км. 

 

 

Обычно при поломке турбины из-под капота неожиданно раздается странный шум, и водитель начинает ощущать неестественные вибрации. Это явный признак, что турбина внезапно вышла из строя из-за недостатка смазки. В этом случае вы должны немедленно остановить машину и заглушить двигатель. Каждая секунда работы турбины означает усугубление ситуации, поскольку вышедший из строя турбокомпрессор может привести к еще большим повреждениям. 

 

Смотрите также: Сколько прогревать двигатель автомобиля, прежде чем можно ехать на больших оборотах? Отвечает эксперт

 

Также о выходе из строя турбины могут сигнализировать менее заметные признаки. Например, если вы чувствуете падение мощности двигателя, замечаете, что повысился расход моторного масла, выхлопной дым стал менее прозрачным или видите утечку масла из турбонагнетателя, следует срочно обратиться к специалисту. Вполне возможно, турбина имеет неисправности. 

 

Опытные автомеханики очень хорошо знают, что не все признаки, которые появляются в результате износа турбокомпрессора, на самом деле вызваны именно им. Падение мощности и черный цвет выхлопа могут быть связаны с загрязнением воздушного фильтра. Голубоватый цвет выхлопа, повышенный расход масла и громкая работа турбины могут говорить о проблемах в всасывающей трубе турбокомпрессора. 

 

Утечка масла вместе с уменьшением мощности и появление черного или синего дыма выхлопных газов также могут указывать на износ поршней, поршневых колец, цилиндров двигателя или клапанов головки блока двигателя.

 

Падение мощности и черный дым из выхлопной трубы и громкая работа турбины могут быть признаком повреждения выпускного коллектора. Черный цвет выхлопа и падение мощности также могут говорить о неправильной работе форсунок и других систем инжектора (в том числе могут быть проблемы с бензонасосом). 

 

 

Владение автомобилем, оснащенным турбонагнетателем, заключается в соблюдении простых правил, которые позволяют увеличить срок службы турбины. Дело в том, что проще предотвратить появление проблем с турбокомпрессором, чем затем отремонтировать его.

 

Забота об этом узле требует от автовладельцев немного дисциплины. В первую очередь нужно обязательно проверять в техническом центре состояние турбокомпрессора. В случае необходимости не жалейте деньги на регенерацию турбокомпрессора (очистку). Поверьте, иначе вы заплатите затем за ремонт втридорога.

7 заблуждений про автомобили с турбодвигателями — журнал За рулем

Главное из них — что турбомоторы менее надежны, чем атмосферники. Это так, но не совсем.

Зачем двигателю турбонаддув? В обычном атмосферном ДВС заполнение цилиндров топливовоздушной смесью происходит за счет разрежения, возникающего при движении поршня вниз. При этом наполнение цилиндра даже при полностью открытой дроссельной заслонке происходит не более чем на 95% — сказывается сопротивление впускного тракта.

Материалы по теме

Мотор не тянет: полный список причин и что делатьСколько «лошадей» в налоговыгодном моторе? Испытание на стендеСамые выгодные двигатели при капиталке — рейтинг «За рулем»

А как увеличить объем подаваемой в цилиндр смеси, чтобы получить большую мощность? Нужно нагнетать воздух под давлением. Это и делает турбокомпрессор. Выхлопные газы раскручивают турбину, которая через вал вращает рабочее колесо компрессора. Оно сжимает поступающий снаружи воздух и буквально заталкивает его в цилиндр. Соответственно, больше воздуха, больше топлива, выше мощность. О турбомоторах мы рассказывали не так давно. Продолжим.

Двигатель с турбонаддувом нельзя сразу глушить — отчасти правда

Ни один производитель не запрещает сразу глушить двигатель даже после работы с большими нагрузками. А зря! Если вы двигались с большой скоростью по трассе или преодолевали горные серпантины, то, заехав на парковку, лучше дать двигателю поработать, чтобы турбокомпрессор немного остыл. В противном случае даже лучшее масло может закоксоваться во втулке и уплотнениях вала турбокомпрессора. А если вы, перед тем как припарковаться, ехали медленно, дополнительного времени на охлаждение компрессору не требуется.

Центральная часть турбокомпрессора с уплотнениями, а также элементы регулируемого соплового аппарата расположены очень близко к «улитке» турбины, которая на больших режимах светится в полумраке красным от нагрева.

Центральная часть турбокомпрессора с уплотнениями, а также элементы регулируемого соплового аппарата расположены очень близко к «улитке» турбины, которая на больших режимах светится в полумраке красным от нагрева.

Гибридные автомобили не бывают с турбонаддувом — неправда

Несложные и сравнительно недорогие гибридные автомобили чаще комплектуют безнаддувными ДВС, работающими на максимально экономичных циклах Аткинсона. Но такие моторы располагают сравнительно скромной удельной мощностью, поэтому некоторые производители включают в состав гибридных установок турбомоторы. Например, на автомобиле Mercedes-Benz E300de (W213) вместе с электромотором работает турбодизель. А в моторном отсеке BMW 530e стоит 2,0-литровый наддувный бензиновый двигатель от модели 520i. В паре с электродвигателем они выдают мощность 249 л.с.

Дизельный гибрид фирмы Peugeot с турбонаддувом.

Дизельный гибрид фирмы Peugeot с турбонаддувом.

Турбомоторы нечувствительны к температуре воздуха — неправда

Материалы по теме

Атмосферный или с турбонаддувом — какой мотор лучше?

Практически все современные турбодвигатели снабжены охладителями наддувочного воздуха — интеркулерами. Ведь сжимаемый в компрессоре воздух нагревается, плотность воздушного заряда снижается, наполнения цилиндров ухудшается. Поэтому на пути потока воздуха из компрессора во впускной трубопровод устанавливают теплообменник, который снижает температуру наддувочного воздуха. Но эффект от обдува наружным воздухом в жару будет намного меньше, чем в холодную погоду. Недаром стритрейсеры перед заездом кладут на пластины интеркулера сухой лед. Кстати, безнаддувные моторы в холодную и влажную погоду тоже тянут чуть лучше: выше плотность заряда и отодвинут порог детонации.

Турбокомпрессор начинает работать только на больших оборотах — неправда

Турбокомпрессоры начинают вращаться при работе двигателя на минимальном холостом ходу, а с ростом оборотов мотора их производительность растет. Турбояма осталась в прошлом. Благодаря небольшим размерам и облегченной конструкции ротора инерционность турбокомпрессора невелика, и он быстро разгоняется до нужных оборотов. Мало того, современные конструкции имеют регулируемый сопловой аппарат турбины с электронным управлением, благодаря чему турбокомпрессор работает всегда с оптимальной производительностью. Поэтому двигатель уже при небольших оборотах способен выдать максимальный крутящий момент и довольно долго поддерживать его на постоянном значении — это называется «полкой».

Турбомоторы сочетаются не со всеми трансмиссиями — отчасти правда

Материалы по теме

Вся правда о турбомоторах: список проблемных двигателей

Многие производители, рапортующие о высочайшей надежности их вариаторов, тем не менее опасаются агрегатировать их с высокомоментными дизельными двигателями. Все же несущая способность ремня ограничена, что и подтверждают практически все существующие комбинации «мотор — коробка».

Что касается бензиновых двигателей, то ситуация не столь однозначна. Чаще всего японские производители ставят вариаторы в паре с бензиновыми атмосферными моторами, у которых пик крутящего момента бывает при 4000–4500 об/мин. Очевидно, ремню в трансмиссии не понравится, когда хороший наддувный агрегат выкатит весь свой немаленький крутящий момент к 1500 об/мин. Дизель максимальный момент выдает на сравнимых оборотах, но обычно он ощутимо выше.

У всех производителей есть простые машины с безнаддувными моторами — неверно

Многие европейские производители (например, Volvo, Audi, Mercedes-Benz и BMW) перестали выпускать автомобили даже самых малых классов с безнаддувными моторами.

Материалы по теме

Сравнили расход машин по паспорту и в жизни: экспертиза «За рулем»

А знаете, как определить, есть турбонаддув у двигателя или нет, только просматривая основные технические характеристики?

Если количество литров рабочего объема двигателя, умноженное на сто, ощутимо больше количества лошадиных сил, то двигатель — безнаддувный. Например, мотор рабочим объемом два литра и мощностью 150 л.с — значит, атмосферник.

Времена, когда хондовские моторы рабочим объемом 1,6 л развивали без наддува 160 л.с., давно прошли. Тридцать лет назад такие моторы имели минимальные ограничения по токсичности и крутились до 8000 об/мин. Наддувные моторы располагают значительно большей удельной мощностью. Так, мотор совместной разработки Mercedes-Benz и Renault рабочим объемом 1,33 л, который в том числе устанавливают на массовую Аркану, выдает 150 л.с. А двухлитровый агрегат Volvo — 249 л.с. Бывают редкие исключения, например мотор 1,4 TSI на Поло развивает мощность 125 л.

с.

У турбомоторов такой же ресурс, как и у атмосферников — отчасти верно

Здесь рабочее колесо компрессора развалилось, и обломки всосало в цилиндр. Наглядная демонстрация утверждения: чем больше деталей, тем ниже надежность агрегата.

Здесь рабочее колесо компрессора развалилось, и обломки всосало в цилиндр. Наглядная демонстрация утверждения: чем больше деталей, тем ниже надежность агрегата.

Материалы по теме

Новый турбомотор Renault для Arkana: что у него с надежностью

В последнее время идет выравнивание ресурса наддувных и безнаддувных моторов. Но не из-за того, что «турбо» подтягиются — скорее наоборот. Многие простые атмосферники стали ходить меньше.

До 200 000 км пробега дотягивают немногие. Причин много: требования к экономичности и экологичности, и облегчение конструкции, и экономия производителей на конструкционных материалах. Да и хозяева стали относиться к машинам потребительски. Первым владельцам, ездящим до окончания гарантии, вопросы ресурса неинтересны, а «вторые руки» часто, поездив некоторое время и нарвавшись на ряд отказов, сплавляют машину дальше. А там следы честного пробега, сервисной и ремонтной истории теряются окончательно.

  • В этом материале показано, что действительно большие пробеги могут обеспечить только самые простые, нефорсированные двигатели устанавливаемые на небольшие легковые автомобили.
  • Продлить срок службы узлов и агрегатов автомобиля можно при помощи специальных присадок. Лучше всего себя зарекомендовали продукты от SUPROTEC и VALENA.

7 заблуждений про автомобили с турбодвигателями

Главное из них — что турбомоторы менее надежны, чем атмосферники. Это так, но не совсем.

7 заблуждений про автомобили с турбодвигателями

Турбомоторы на бюджетных авто: плюс или минус — Автомобили

  • Автомобили
  • Кроссоверы

Фото: Renault

Малообъемные наддувные моторы весьма популярны в Европе, но вот в России к ним относятся настороженно. Считается, что такие двигатели капризны, ненадежны и требуют дорогого обслуживания. Портал «АвтоВзгляд» разобрался, так ли это на самом деле.

Виктор Васильев

Турбодвижки пришли в массовый автопром из автоспорта, где расход топлива и ресурс агрегата неважен. На первое место тут выходит показатель крутящего момента. И вдруг европейцы массово начали внедрять их в серийное производство, устанавливая на гражданские машины. Причина проста.

Рискованный ход

В Старом свете началась борьба за экологию, были введены — и все ужесточаются — нормы по чистоте выхлопа, поднялись налоги для кубатурных «атмосферников». Вот турбодвигатели и пришлись ко двору. Но не все, а лишь малообъемные. Дело в том, что турбина позволяет «снять» с малого объема ту же мощность, что и с многолитрового агрегата. При этом наддувный мотор много легче, да и топлива потребляет меньше.

Однако в России к турбонаддуву до сих пор относятся с опаской. И на это есть свои основания. Раньше турбины часто выходили из строя и начинали «гнать» масло. Были и конструктивные просчеты разработчиков. Скажем, интеркулер на иных машинах располагали так, что он быстро забивался грязью, потому и без того теплонагруженный двигатель перегревался.

Фото: Renault

За годы поисков инженеры подняли ресурс турбодвигателей. Тем не менее, до сих пор существует устойчивое мнение, что наддувный мотор менее надежен, нежели атмосферник, потому как работает в более суровых условиях. Дело в том, что теперь инженеры заранее закладывают в турбовый движок солидный запас прочности, так что его ресурс зачастую не уступает атмосфернику. Дорабатывают системы охлаждения, дабы свести к минимуму риск перегрева. Наконец, ставят турботаймеры, чем серьезно увеличивают срок службы турбины. В результате надежность наддувных моторов существенно выросла. Скажем, механический приводной нагнетатель вообще «убить» трудно. Вот поэтому, производители и предлагают нашим покупателям машины с наддувными движками. Одна из них, пожалуй, самая ожидаемая новинка прошлого года — Renault Arkana. Давайте разберемся, что за мотор работает под ее капотом.

218558

Фото: Renault

Проверено: мин нет

Двигатель TCе150 — совместная разработка Renault и Daimler AG. Его ставят на многие модели, в том числе те, которые у нас не представлены. Скажем, Renault устанавливает TСе150 на Megane, компактвэн Scenic и кроссовер Kadjar. А в Бразилии движок отлично прижился на новом Renault Duster. Дружественный Nissan определил его кроссоверу Qashqai. Кстати, напомним, что российский SUV довольно сильно отличается от европейского. Ну, а как же «премиалы»? Mercedes-Benz использует агрегат в моделях CLA, а также A- и B-классов.

При проектировании мотора французы и немцы разделили затраты. Первые разрабатывали блок цилиндров и шатунно-поршневую группу, а вторые конструировали головку блока цилиндров. Сам блок изготовили из алюминиевого сплава, а головку блока сделали треугольной формы. В итоге мотор получился легким и компактным. А вот система непосредственного впрыска (его дозировка и оптимизация процессов сгорания) — технологии Mercedes-Benz. Не секрет, что немцы в этом деле — впереди планеты всей. Конечно же, инженеры проводили множество тестов этого агрегата на надежность. Причем, как немцы, так и французы. Дело в том, что какие-то требования жестче у Daimler, а какие-то у Renault. В результате такой двойной проверки получился довольно удачный агрегат.

Фото: Renault

Уходим в отрыв

Arkana — кросс-купе, а не суперкар, потому оптимальной рабочей зоной инженеры увидели зону средних оборотов. Что, к тому же, повышает ресурс, ведь не надо каждый раз загонять стрелку тахометра до красна и излишне нагружать мотор. В итоге «полка» крутящего момента от 1700 до 3400 об/мин дарит и резвый старт, и возможность без проблем обогнать фуру на трассе. А эффект турбоямы сглаживает, фактически сводя на нет, электронно-управляемый перепускной клапан с электрическим приводом.

И все это, разумеется, очень хорошо. Но главный вопрос, который беспокоит каждого водителя, особенно российского — это ресурс мотора. Мы, экспернты портала «АвтоВзгляд» не раз брали на тест «Аркану» и готовы сказать, что его «малообъемник» выхаживает столько же сколько и всем известный двухлитровый атмосферный мотор. Поэтому волноваться не о чем.

Однажды сравнив две «Арканы», с турбодвижком и атмосферным мотором, можем с уверенностью заявить, что турбодвигатель дарит гораздо больше удовольствия за рулем. При этом у него ниже расход топлива и, как мы уже сказали, сопоставимый ресурс. А значит, не надо бояться наддувных моторов. Теперь это не кот в мешке, а надежный и проверенный временем агрегат.

165460

  • Лайфхак
  • Эксплуатация

Опыт экспертов портала «АвтоВзгляд»

41016

  • Лайфхак
  • Эксплуатация

Опыт экспертов портала «АвтоВзгляд»

41016

Подпишитесь на канал «Автовзгляд»:

  • Telegram
  • Яндекс. Дзен

двигатель, дилеры, ДВС, бюджетные авто, кроссоверы, продать машину, купить машину, техническое обслуживание

ТОП-11 классных турбо автомобилей

Статья про турбированные автомобили: топ-11 моделей, их основные технические характеристики, фото. В конце статьи — видео про большие турбо двигатели.Статья про турбированные автомобили: топ-11 моделей, их основные технические характеристики, фото. В конце статьи — видео про большие турбо двигатели.

Содержание статьи:

  • Самые интересные турбо автомобили
  • Видео про большие турбо двигатели


За время своего существования автомобиль получил большое количество улучшений, позволивших сделать процесс вождения более простым и приятным, заметно увеличить производительность силовых установок и даже преодолеть скорость звука.

Однако одним из самых известных изобретений стал турбокомпрессор, наличие которого до сих пор вызывает огонь в глазах и повышает уровень бензина в крови истинных автомобильных фанатов.

Поэтому мы решили познакомить вас с самыми знаковыми и от того самыми крутыми автомобилями, оснащёнными турбированными моторами.

Oldsmobile Jetfire и Chevrolet Corvair

На фото: Oldsmobile Jetfire

В 1962 году руководство автоконцерна General Motors выпустило сразу два автомобиля, которым было суждено стать первыми массовыми машинами, оснащёнными турбокомпрессором.

Ими стали Oldsmobile Jetfire и Chevrolet Corvair, комплектующиеся мощным 3,5-литровым бензиновым V8 с турбиной Garett, что позволяло выдавать внушительные по тем временам 215 «лошадок» и пиковый момент в 411 Нм.

На фото: Chevrolet Corvair

Многие автовладельцы, которым посчастливилось стать обладателями Jetfire и/или Corvair, настолько аккуратно обращались с «турбиной», что она просто не активировалась и спустя время приходила в негодность.

Тогда же выяснилось, что реализация турбокомпрессора была слишком сырой и не подходила для простых обывателей, но как бы там ни было, эти два автомобиля навсегда вошли в историю.

BMW 2002

В период 1973-1974 года мир столкнулся с последствиями энергетического кризиса, что заставило автопроизводителей искать способ сделать машины менее «прожорливыми», сохранив при этом их динамические характеристики.

Одной из первых компаний, кому это удалось, стал автоконцерн BMW, представивший модель 2002 Turbo, комплектующуюся 2-литровым 167-сильным турбобензиновиком. Для сравнения, выпускаемый в тот момент Porsche 911 при наличии 2,4-литрового двигателя выдавал всего 140 л. с.


Однако автомобиль не получил большой популярности среди потребителя, так как турбина отличалась низким уровнем надёжности. Кроме того, турбина активировалась при 4000 об/мин, после чего на водителя обрушивался целый шквал вращательного момента, что делало управление автомобилем крайне небезопасным.

Saab 99

Несмотря на то, что компания Saab не стала первым автопроизводителем, установившим на свои автомобили турбокомпрессор, ей удалось сделать турбомоторы доступными для широкой массы потребителей.

В 1978 году компания выпустила 100 автомобилей Saab 99, под капотом которых устанавливался 2-литровый бензиновик с небольшой турбиной Garrett T3 — ее наличие позволило увеличить мощность со 115 до 135 л. с.

Таким образом автомобиль стал мощнее BMW 320i при плюс-минус одинаковой стоимости.

В 1979 году на смену модели 99 пришла модель 900, агрегирующаяся практически идентичной начинкой. Этот автомобиль продержался на конвейере с 1979 по 1993 годы, за которые было выпущено свыше 908 тыс. экземпляров авто.

BMW M550d

В 2012 году баварский автоконцерн представил первый в истории серийный двигатель с тройным турбонаддувом. Им стал 3-литровый мотор N57S, развивающий 381 л. с и аж 740 Нм вращательного момента.

Первым автомобилем, примерившим этот силовой агрегат, стала модель BMW M550d, после чего он также устанавливался на такие модели как BMW X5 M50d, а также купеобразный кроссовер BMW X6 M50d.

Однако тут же стоит отметить, что BMW стала первым производителем, запустившим тройной турбонаддув в серийное производство, в то время как первым автомобилем с тройной турбиной стал Mercedes-Benz SLК 320 СDI Tri-Turbo, двигатель которого был разработан ещё в 2005 году.

Bugatti EB110

Этот автомобиль стал первым суперкаром, получившим мотор с 4 турбокомпрессорами. Более того, вплоть до 2016 года Bugatti была единственной компанией, устанавливающей quad-turbo систему на свои автомобили.

Bugatti EB110 комплектовался 3,5-литровым V12, который благодаря 4 турбинам выдавал 553 «лошадки», а в специальной версии SuperSport – все 611 л. с. Все это делало суперкар одним самых быстрых автомобилей своего времени.

Honda Legend

Следующим знаковым событием в истории турбины стало изобретение турбокомпрессора с изменяемой геометрией. Пионером в этой области стала японская марка Honda, выпустившая в 1988 году седан Legend, оснащающийся такой турбиной.

В результате 2-литровый шестицилиндровый бензиновик смог выдать 188 л. с и 241 Нм пикового момента, что обеспечивало разгон до сотни за 8,8 сек. и позволяло развить предельную скорость в 224 км/ч.

Mercedes 300SD

Первым автопроизводителем, оснастившим свой серийный автомобиль турбированным дизельным двигателем, стала компания Mercedes-Benz. Этим автомобилем стал седан 300SD в кузове W116, впервые выпущенный в 1978 году.

Под капотом машины располагался 3-литровый турбо-дизель, генерирующий 111 «лошадок» и максимальную тягу в 228 Нм. Данный двигатель обладал колоссальной надёжностью и был одним из немногих, кто мог «пройти» миллион километров без капремонта.

Ferrari F40

Ferrari F40 заслуженно считается одним из лучших суперкаров, выпущенных компанией за всю историю её существования. Модель была представлена мировой общественности в 1987 году к 40-летнему юбилею марки.

На тот момент Феррари F40 была самым быстрым, производительным и дорогим автомобилем на рынке.


Благодаря предустановленному 2,9-литровому V8 с двойной турбиной, суперкар разгонялся с места до сотни за 3,8 сек. и мог развить максимальную скорость в 320 км/час. Разгон с 0 до 200 км/час требовал всего 7,6 сек.

Buick GNX

В феврале 1982 года на автодроме «Daуtоna International Sрееdway» компания Buick представила модель GNX, построенную на базе широко растиражированной модели Regal.

Это был полноценный маслкар, оборудованный турбированной 6-цилиндровой «шестёркой», развивающей 276 «лошадок» и 488 Нм пикового крутящего момента. С его помощью разгон с 0 до 96 км/час занимал 4,7 сек., а максимальная скорость была ограничена на 200 км/час.

Porsche 930

Одной из икон среди автомобилей с турбодвигателем является Porsche 930. Официальный дебют модели состоялся в 1974 году в рамках ежегодной парижской автовыставки, но в продажу машина поступила только в весной 1975 года.

Под капотом авто производитель расположил 3,3-литровый турбобензиновик, генерирующий 300 «лошадок», благодаря чему 930-й разменивал первую сотню за 5,2 сек. и мог разогнаться до максимальных 254 км/час.

Заключение

В мире существует большое количество автомобилей, оборудованных турбированными моторами, но, как нам кажется, именно представленные в подборке машины заслуживают статуса самых значимых и классных в истории.

Видео про большие турбо двигатели:

Air America: американские машины с турбомоторами, которые не прижились

  • Главная
  • Статьи
  • Air America: американские машины с турбомоторами, которые не прижились

Автор: Дмитрий Лаврёнов

Молодое поколение уверено, что турбонаддув придумали исключительно в угоду европейским экологическим нормам, и искренне считает его вселенским злом. Ну а чуть ли не единственным достоинством американских авто считается, соответственно, верность большим атмосферным V8. Но впервые турбонаддув внедрили именно в США! А вот почему турбина не стала массовой, будем разбираться…

 

Первый в мире турбокомпрессор, который нагнетал воздух в цилиндры при помощи выхлопных газов, был придуман в 1905 году швейцарским инженером Альфредом Бюхи. Его турбина по своей конструкции, надо сказать, практически не отличалась от тех, что широко используются в наши дни.

Изначально турбокомпрессоры применялись только на военных самолетах как Первой, так и Второй мировой; например, американские тяжелые истребители Lockheed P-38 Lightning или тяжелые бомбардировщики Boeing B-17, оснащенные такими компрессорами, лучше справлялись с разреженным воздухом и имели лучшие летные характеристики на большой высоте.

Но применение наддува на легковых автомобилях постоянно откладывалось, поскольку синхронизация системы из нескольких карбюраторов и турбины была делом непростым. Обычно для повышения мощности двигатель снабжали механическим нагнетателем, имевшим привод от коленвала, который было проще «подружить» с карбюраторами.

GM Firebird XP-21


Но в начале 50-х годов прошлого века в концерне General Motors всерьез увлеклись созданием автомобилей с газотурбинным двигателем. Так, компактная турбина стояла на концепт-каре GM Firebird XP-21 1954 года, а более широкое применение таких двигателей в корпорации связывали с линейкой грузовиков. Но газотурбинный двигатель, приемлемый для работы на самолетах, не был пригоден для легковых автомобилей из-за повышенного расхода топлива и меньшего запаса прочности агрегатов. В GM не желали терять потерянные наработки по исследованиям ГТД и решили применить газотурбинный наддув в легковых автомобилях.

Oldsmobile F-85 Jetfire (1962)

Первым в мире серийным автомобилем, «примерившим» турбонаддув, стал среднеразмерный хардтоп Jetfire, построенный на базе серии F-85, куда входили седаны, универсалы и купе. Место под капотом занял компактный полностью алюминиевый двигатель V8 рабочим объемом всего 3,5 литра, разработкой которого занимался Buick. Интересный факт: позднее, в 70-е годы, лицензия на его сборку была продана английской фирме Rover, так как американских потребителей не устраивал… литраж, который, по их мнению, был слишком маленьким для двигателя V8.

Базовый двигатель Rocket 215 весил «на сухую» около 200 кг, снабжался двухкамерным карбюратором и развивал мощность 185 л.с. Этого было достаточно для семейного седана, но оспортивленное купе требовало большего. К двигателю «прикрутили» турбокомпрессор Garrett T5, благодаря которому мощность увеличилась сразу до 215 л.с.! Интересно, что степень сжатия осталась той же, что и на атмосферном варианте, – 10,25:1, а для борьбы с детонацией использовался впрыск специальной жидкости Turbo Rocket Fluid. Датчиков детонации в те годы не существовало, и только эта смесь помогала охладить камеры сгорания и предотвратить раннее зажигание смеси, которое могло привести к серьезным поломкам. Жидкость представляла собой смесь дистиллированной воды и метанола, в которую добавили присадки, защищающие двигатель от коррозии. Похожие жидкости применяют и сегодня в высокофорсированных двигателях для той же цели.



Если уровень жидкости в бачке падал до минимально допустимого уровня, турбонагнетатель попросту отключался, чтобы не причинить вреда двигателю.

Так, самой частой жалобой от владельцев была «нехватка мощности», поскольку невнимательный владелец приезжал на сервис почти с пустым бачком. Алюминиевый V8 сильно грелся, как, впрочем, и его атмосферный вариант, а синхронизация карбюраторов и турбины была достаточно сложным делом и требовала постоянного наблюдения.

Но игра стоила свеч! На испытаниях журнала «Road & Track» двухместное купе разогналось с 0 до 60 миль/час всего за 9 секунд. Неплохой показатель для двухтонного рамного автомобиля с задней рессорной подвеской! В рекламных брошюрах маркетологи Oldsmobile писали о «захватывающем ускорении с ощущением постоянного разгона». За два года, которые автомобиль продержался на рынке, было выпущено 9 607 экземпляров. Маловато? Да. Но хуже другое…

В 1965 году в ответ на жалобы компания GM предложила всем недовольным владельцам удалить систему турбонаддува, а, чтобы мощность не снизилась, на замену предложили большой четырехкамерный карбюратор и новые впускной и выпускной коллекторы. Большинство владельцев воспользовались этой возможностью, и поэтому в настоящее время найти «живой» Jetfire с турбонаддувом очень сложно.

Chevrolet Corvair Monza Turbo (1962)



Попутно с традиционным для покупателей мидсайзом Starfire инженеры Chevrolet «взбодрили» турбокомпрессором совсем не привычную для американцев машину. Созданный в ответ на европейские бюджетные автомобили, Corvair был более чем непривычен американцам. Семейство компактных автомобилей, в которое входили седан, универсал, кабриолет и купе, оснащалось оппозитным 4-цилиндровым двигателем объемом 2,3 литра, расположенным сзади. Низкий двигатель позволил уменьшить высоту центра тяжести, но на его разработку ушла большая часть выделенных на создание машины денег.

Среди врожденных недостатков конструкции выделялась развесовка – перегруженная задняя ось принимала на себя больше 60% всей массы машины. Адвокат Ральф Надер, сторонник повышения мер безопасности в автомобильной промышленности, в своей книге «Опасен на любой скорости» буквально «разгромил» эту машину, посвятив Corvair целую главу. Главным противоречием являлось сочетание заднемоторной компоновки и конструкции заднего моста машины, которая в резких поворотах могла способствовать заносу или даже развороту автомобиля. Споры о правдивости этого заявления идут и по сей день, но на успешность и продажи машины оно почти не повлияло – Corvair продержался на конвейере почти 10 лет, причем серьезных изменений в конструкцию внесено не было.

Машина имела несущий стальной кузов и двухрычажные независимые подвески передних и задних колес. Для повышения мощности Corvair с кузовами купе и кабриолет могли оснащаться турбокомпрессорами. Мощность карбюраторного «оппозитника», использовавшегося в паре с трёхступенчатой механической коробкой, возросла с 84 до 150 л.с., что повлияло и на динамические характеристики машины. Купе Corvair Monza разгонялось до 180 км/ч, при этом разгон «до сотни» лишь ненамного превышал 10 секунд.



К сожалению, концепция применения турбокомпрессоров не была признана успешной директорами концерна, и к концу 60-х турбины на легковые автомобили уже не ставились.

Проблемы вам уже известны: сложности с настройкой мотора, дорогостоящий ремонт и уменьшение ресурса отпугнули потенциальных покупателей, которые предпочитали более консервативные и проверенные временем карбюраторные V8. Эра массового применения турбонаддува на легковых автомобилях началась в конце 70-х, когда на помощь наддуву пришли электронные системы впрыска топлива, позволяющие более тонко настроить двигатель.

Бум на турбомоторы захлестнул Европу, а вот консервативные американцы, наученные горьким опытом своих экспериментов, смотрели на новинки с некоторой опаской, предпочитая крошечным турбомоторчикам многолитровых и прожорливых карбюраторных монстров. Но и этот оплот гигантизма начал сдавать, интерес к турбокомпрессорам проявила вся «Большая детройтская тройка». Так началась «вторая волна» увлечения наддувом в США.

Pontiac Firebird Turbo Trans Am (1980)



Первыми добиться у руководства разрешения на установку турбонаддува смогли инженеры все того же General Motors. К 80-м годам американские моторы, «задушенные» экологическими требованиями и топливными кризисами, при гигантском объеме имели весьма скромные показатели, поэтому их требовалось «взбодрить».

«Первой ласточкой» стал Pontiac Firebird Turbo Trans Am, который получил двигатель с турбонаддувом уже в 1980 году. Место прожорливого 6,6-литрового двигателя заняла более компактная «восьмерка» объемом уже 4,8 литра с четырёхкамерным карбюратором Rochester, к которой «прикрутили» турбонагнетатель Garrett T3, в результате чего ее мощность подскочила с 140 до 210 л.с. Кстати, несмотря на компактность, новый двигатель имел и больший крутящий момент, чем у своего предшественника: 465 Нм против 432 у 6,6. Давление наддува было искусственно ограничено на отметке 0,75 бара, что позволило двигателю работать на низкооктановом бензине без риска детонации.



Чтобы увеличить надежность мотора, степень сжатия была уменьшена до 7,5:1, а также появились новые поддон картера, поршни и распредвалы с измененными фазами подъема. При этом конструкция автомобиля уходила своими корнями еще в 70-е годы: несмотря на несущий кузов, Firebird оснащался неразрезным задним мостом, подвешенным на листовых полуэллиптических рессорах, который, впрочем, снабдили дисковыми тормозами. По желанию клиента можно было заказать пакет опций W56, который включал в себя усиленную подвеску с увеличенными в диаметре стабилизаторами поперечной устойчивости и более жесткими амортизаторами, а еще один пакет опций, Х87, позволял создать копию машины сопровождения гонок NASCAR. Помимо специальной окраски и виниловой графики машины оснащались кондиционером и аудиосистемой.

Buick Grand National/Buick GNX (1982-1987)



Но не только в Понтиаке задумались о применении турбомоторов. Инженеры из родственного по концерну Бьюика также решили применить турбину, чтобы «взбодрить» купе Regal. Представленная в 1982 году спортивная версия Regal Grand National, являлась, как говорилось в брошюре, «комфортной версией автомобиля, выигравшего чемпионат NASCAR Grand National». От «обычных» Регалов GN отличался особой двухцветной серо-серебристой окраской кузова и рядом аэродинамических элементов, например, спойлерами на переднем бампере и на крышке багажника. Фирмой было выпущено 215 автомобилей, большинство из которых было оснащено атмосферным нижневальным карбюраторным двигателем V6 объемом 4,1 литра и мощностью 125 л.с.

Разумеется, клиенты ожидали от машины наскаровских динамических показателей, но 12,5 секунд до 60 миль/ч были пределом для машины с неразрезным задним мостом и несущим кузовом. Поэтому ряд машин из числа последних партий были оснащены 3,8-литровым карбюраторным двигателем V6 с турбокомпрессором Garrett, «дующим» на 0,85 бара, который развивал 175 л.с. при 4 000 об/мин.

Опытная партия заинтересовала покупателей, и с 1984 года в гамме Buick появился настоящий спортивный автомобиль. Для начала все GN стали красить только в черный цвет, зачернены были и все хромированные детали. Прибавьте к этому угловатый кузов, и вы получите весьма устрашающий внешний вид. Под стать внешности обновили и агрегаты.



Мощность 3,8-литрового V6 была повышена до 204 л.с. благодаря системе электронного впрыска топлива и турбокомпрессору от того же Garrett с увеличенным до 1,1 бара давлением наддува. В сочетании с 4-ступенчатым «автоматом», усиленным задним мостом с главной парой 3.42 и самоблокирующимся дифференциалом этот силовой агрегат позволил Grand National на испытаниях журнала «Motor Trend» разогнаться до 60 миль/ч всего за 8,5 секунд.

В 1987 году устаревшее семейство Grand National, ставшее к тому времени культовым среди автолюбителей, было решено снять с производства, и нужна была эффектная жирная точка. Вообще рецепт постройки финальных версий незамысловат и давно применяется разнообразными автомобильными компаниями по всему миру. С эмблемой типа «Collector’s» или «Final Edition» на кузове можно продавать стандартную машину чуть дороже. Но конструкторам Buick такое решение показалось слишком скучным…

Поставить точку доверили особому автомобилю. При разработке особых автомобилей в 80-е годы концерн GM прибегал к сотрудничеству с именитыми английскими фирмами. Так, заряженная версия спортивного седана Opel Omega и Chevrolet Corvette ZR1 делались совместно с кудесниками из Лотуса. А уникальный Buick, получивший имя «GNX», создавали совместно с фирмами ASC, специализировавшейся на открытых версиях американских спорткупе и отвечавшей за внешний облик автомобиля, и McLaren, которая произвела доработку железа.



Внешне GNX практически невозможно отличить от «стокового» GN. Только наметанный глаз заметит дополнительные решетки для охлаждения на передних крыльях, более широкие шины и новые диски черного цвета. Как и их предок, все 547 выпущенных GNX были выкрашены только в черный цвет с полным отсутствием хрома на кузове. Под капотом изменений было больше. 3,8-литровая V-образная «шестерка» от Grand National получила новый, малоинерционный турбокомпрессор Garrett с керамической турбиной, который имел меньшую турбояму и лучший отклик на педаль газа, появились интеркулер увеличенной площади, новые усиленные поршни и шатуны, а программисты McLaren вдобавок написали новую прошивку для блока управления двигателем. Для уменьшения противодавления в выпускной системе от каждого выпускного коллектора поставили два прямоточных тракта. В результате всех ухищрений двигатель развивал 276 л.с. при 488 Нм крутящего момента. В пару к нему поставили 4-ступенчатый «автомат» THM200-4R, а задний мост снабдили самоблокирующимся дифференциалом.

С таким арсеналом Buick GNX разгоняется с места до 100 км/ч всего за 5,5 секунд, при этом максимальная скорость ограничена на 200 км/ч. Иссиня-черный GNX поставил достойную точку в истории семейства Regal, а впоследствии его «шестерка» использовалась на Firebird Turbo Trans Am, который был показан к 20-летнему юбилею модели в 1989 году. Кстати, вопреки расхожему мнению в начальных сценах художественного фильма «Форсаж 4» герой Вина Дизеля управляет не GNX, а «обычным» Buick Grand National.

Ford Mustang SVO (1984)



В середине 80-х Мустанг переживал сложные времена. Машина третьего поколения была построена на общефордовской платформе Fox, послужившей основой еще и среднеразмерному седану LTD, и сильно отличалась от ставшего культовым Мустанга первого поколения. Для развития положительного образа в глазах покупателей в компании Ford создали подразделение SVO (Special Vehicle Operations). Машины с таким шильдиком на корме должны были быть спортивными автомобилями для дорог общего пользования, в которых применялся бы богатый опыт участия в гоночных сериях и которые способны были бы «ответить» европейским спорткарам.

Mustang с индексом SVO появился в шоу-румах дилеров в 1984 году. Под капотом скрывался рядный 4-цилиндровый двигатель объемом 2,3 литра, который позаимствовали у компактной модели Ford Pinto. Благодаря электронному впрыску топлива, турбокомпрессору и интеркулеру его мощность достигала 175 л.с., а позднее, после модернизации блока управления и повышения давления наддува, и все двести. В паре с двигателем работала 5-ступенчатая механическая коробка передач Borg Warner, которую оснастили модифицированным механизмом переключения передач Hurst. C нуля до 60 миль/ч автомобиль разгонялся за 7,2 секунды, а максимальная скорость достигала 215 км/ч.

Помимо выдающихся динамических характеристик, конструкторы научили Mustang не бояться поворотов. Так, в заднем мосту появился самоблокирующийся дифференциал повышенного трения, а в подвеске нашли применение более жесткие пружины и амортизаторы от именитой фирмы Koni. Не забыли и о тормозной системе – спереди и сзади появились вентилируемые тормозные диски увеличенного размера.



Отличался турбо-Мустанг от своих сородичей и внешне. Помимо алюминиевых колесных дисков уникального дизайна, разработанных специально для этой модели, машина оснащалась проработанным аэродинамическим обвесом с новыми передним и задним бамперами, капотом с развитым воздухозаборником и задним спойлером. Кроме того, SVO получил несколько иную фронтальную оптику.

Всего за два года производства было выпущено менее 9 000 Мустангов, снабженных шильдиком «SVO». Среди недостатков «турбочетверки» журналисты «Motor Trend» отмечали плохую вибрационную сбалансированность мотора Пинто и большую турбояму, а также сложности в ремонте и цену, почти в полтора раза большую, чем у флагманского Mustang GT, оснащенного более простым и ремонтопригодным V8, который к тому же имел и больший крутящий момент. Таким же 2,3-литровым турбомотором в 80-е годы концерн «заряжал» не только соплатформенный Мустангу Mercury Capri Turbo RS, но более крупные Ford Thunderbird Turbo Coupe вместе с его близнецом Mercury Cougar XR-7.

Dodge Shelby Charger (1984)



Отдельная плеяда турбированных «убийц V8» была подготовлена и концерном Крайслер, который не пожелал оставить плоды трудов Форда и GM без конкурентов. В начале 80-х Крайслер выкупил французскую марку Talbot, несколько моделей которой потом продавались и на американском рынке. Успех больше всего способствовал компактному хэтчбеку Dodge Omni, известному в Европе как Talbot Horizon. На его базе самим Кэрроллом Шелби был построен «горячий» вариант, задуманный как ответ европейским хот-хэтчам на американском рынке.

2,2-литровый рядный 4-цилиндровый двигатель снабдили турбокомпрессором, и в результате Dodge Shelby Omni GLH-S «объехал» на гоночном треке «Road Atlanta» такого именитого конкурента, как Ferrari 328. С места «до сотни» хот-хэтч разгонялся всего за 6,7 секунды.

Вдохновленный успехом, Ли Якокка, в те годы бывший президентом корпорации Крайслер, попросил мэтра оказать содействие в создании еще нескольких «заряженных» автомобилей концерна. Шелби согласился. Объектом модернизации был выбран автомобиль, носивший громкое имя Dodge Charger. Ничего общего с легендарной моделью эпохи расцвета маслкаров этот хэтчбек не имел и был построен на переднеприводной платформе все того же Talbot.



В компании Shelby American выкупили ровно тысячу Чарджеров 1986 года выпуска для последующей модернизации. Перво-наперво под капотом поселился знакомый по хэтчбеку Shelby Omni турбомотор объемом 2,2 литра. Модифицированный турбокомпрессор Garrett Т3 имел керамические лопасти турбины для лучшей борьбы с перегревом, добавили новый интеркулер и более производительный бензонасос. В итоге двигатель развивал 175 л.с. и 237 Нм крутящего момента, а его работа в паре с 5-ступенчатой «механикой» Getrag позволила новому творению Шелби уверенно разгоняться до 60 миль/ч за 7,5 секунд, при этом максимальная скорость достигала 210 км/ч.

Помимо двигателя и коробки Шелби основательно «перетряхнул» ходовую часть: появились более жесткие пружины и амортизаторы Koni, новые тормозные диски увеличенного диаметра, а, чтобы снизить неподрессоренные массы, колесные диски и рычаги подвески были выполнены из алюминиевого сплава. Внешне автомобили Shelby отличались от «незаряженных» сородичей специальной двухцветной окраской и более развитым аэродинамическим обвесом кузова.

Dodge Daytona (1984)



Одним из самых знаковых спортивных автомобилей Dodge того времени стало купе Daytona. Появившись еще в 1984 году, Дайтона, в отличие от Чарджера, базировалась на платформе К, разработанной самой компанией Крайслер для компактных автомобилей. Например, именно на ней построены семейные седаны и универсалы Dodge Aries и Chrysler LeBaron.

Машину оснастили всё тем же 2,2-литровым 4-цилиндровым турбодвигателем, а к настройке «заряженной» Дайтоны снова приложил руку сам Кэрролл Шелби. По стилистике машина напоминала конкурентов в лице Ford Mustang и особенно Chevrolet Camaro, но в отличие от классических заднеприводных «пони-каров» Дайтона имела привод на передние колеса. Оснащенный турбонагнетателем Garrett T03, двигатель Daytona Shelby Z развивал несколько меньшую мощность, чем его собрат с «заряженного» Чарджера, – всего 145 л. с. Это обуславливалось проблемами с перегревом двигателя и стандартной 5-ступенчатой «механикой». Разместить в машине усиленный Getrag было достаточно сложно.

В 1987 году машину подвергли серьезной доработке. Появилась новая передняя часть с подъемными фарами, а сам кузов был переработан с точки зрения аэродинамики. Двигатель позаимствовали уже у Chаrger, в результате чего пришлось решать проблемы с охлаждением и поставить более прочную коробку передач. Собранная на основе корпуса стандартной, новая «механика» имела усиленные шестерни и валы, позволявшие ей справиться с возросшим моментом. В 1989 году Дайтона получила новый 2,5-литровый двигатель с турбонаддувом мощностью уже 190 л.с., что позволило легкой машине разгоняться до 207 км/ч, при этом разгон 0-60 миль/ч занимал менее 7 секунд.



С 1990 года Dodge Daytona оснащалась модернизированным вариантом 2,5-литрового рядного мотора, турбокомпрессор которого имел изменяемую геометрию турбины, что позволило уменьшить турбояму. Мощность этого агрегата достигала 224 л.с., а использовался он в паре с усиленной коробкой передач, что позволяло Dodge Daytona Turbo разгоняться до 100 км/ч меньше чем за 6,5 секунд, при этом максимальная скорость машины достигала 225 км/ч. Всего было выпущено чуть больше полутысячи «заряженных» Daytona Turbo, еще 400 экземпляров были собраны совместно с Shelby American.

…и снова закат

Уже в 90-е годы американские турбомоторы вновь сошли со сцены, уступив место большим атмосферным V8, которые при помощи впрыска топлива уже могли похвастаться неплохой форсировкой, а кроме того – вчистую выигрывали у турбированных двигателей по части надежности. Так что архаичность конструкции классических американских моторов обусловлена вовсе не отсталостью инженерной школы, а, скорее, напротив – накопленным опытом. Впрочем, время идет, системы турбонаддува развиваются, экологи напирают, да и требования к надежности машин стали заметно ниже. Поэтому наступает новая, уже третья по счету волна увлечения турбинами в Америке.


Читайте также:

история

 

Новые статьи

Статьи / Интересно Премия «Автомобиль года» как зеркало состояния автомобильного рынка Буквально только что, на прошлой неделе, были объявлены итоги очередного конкурса «Автомобиль года». Казалось бы, какой «автомобиль года», если весь автомобильный рынок поражен тяжелейшим кр… 260 0 1 19.09.2022

Статьи / Интересно 5 причин покупать и не покупать BMW 1 series I E81/E82/E87/E88 Задний привод, отточенная управляемость, прекрасная эргономика, море драйва и удовольствие за рулем… Кажется, что BMW 1 series предлагает все это в компактной упаковке и, что важно, за вполн. .. 1507 4 1 18.09.2022

Статьи / Интересно Долгожданное прощание: почему погибла Lada Xray, но об этом никто не пожалел На прошлой неделе мы официально попрощались с Lada Xray: президент АВТОВАЗа Максим Соколов заявил, что модель никогда не вернется на конвейер. Это угадывалось еще весной, когда вслед за ост… 3643 11 1 16.09.2022

Популярные тест-драйвы

Тест-драйвы / Тест-драйв Полный привод, самый мощный мотор и силы в запасе: первый тест Chery Tiggo 8 PRO MAX Появление в российской линейке Chery модели Tiggo 8 PRO MAX можно назвать знаковым для бренда. Почему? Да хотя бы потому, что это первый с 2014 года полноприводный кроссовер Chery, приехавши… 18077 13 44 29.04.2022

Тест-драйвы / Тест-драйв Мотор от Mercedes, эмблема от Renault, сборка от Dacia: тест-драйв европейского Logan 1,0 Казалось бы, что нового можно рассказать про Renault Logan второго поколения, известный каждому российскому таксисту, что называется, вдоль и поперёк? Однако конкретно в этом автомобиле есть… 9805 10 41 13.08.2022

Тест-драйвы / Тест-драйв Haval Dargo против Mitsubishi Outlander: собака лает, чужестранец идет В дилерском центре Haval на юге Москвы жизнь кипит: покупатели разглядывают машины, общаются с менеджерами и подписывают какие-то бумаги. Пока я ждал выдачи тестового Dargo, такой же кроссов… 9622 4 57 13.09.2022

Плюсы и минусы турбированных двигателей

Многие производители используют турбонаддув для повышения мощности двигателя машины. Этот узел работает по достаточно простому принципу: выхлопные газы вращают крыльчатку турбины, а она передаёт полученный крутящий момент на крыльчатку компрессора, оснащённую широкими лопастями.

Компрессор в системе впуска автомобиля играет роль насоса — он повышает давление воздуха, позволяя одновременно подавать в цилиндры больше топлива без риска его неполного сгорания. Несмотря на возможность значительного повышения мощности и КПД двигателя, турбированные моторы не получили очень широкого распространения.

Чтобы понять, почему, а также решить, стоит ли приобретать автомобиль, оснащённый таким агрегатом, нужно рассмотреть плюсы и минусы турбированных двигателей.

Преимущества

Сразу стоит сказать, что дальше речь пойдёт только о бензиновых двигателях. Установка турбонаддува на дизельный мотор является практически единственным способом эффективно дозировать количество топливовоздушной смеси, попадающей в цилиндры. Около 90% современных легковых дизелей и 70% грузовых агрегатов оснащается турбонаддувом, поэтому говорить про их плюсы и недостатки будет некорректно.

Турбодизельный двигатель

Главной положительной стороной любого турбированного двигателя по сравнению с атмосферным является повышенная мощность. Причём производитель может создавать несколько вариантов мотора с различными показателями производительности — для этого достаточно только изменить максимальное давление наддува и перенастроить систему впуска. Серийные бензиновые двигатели с турбонаддувом имеют на 10–150% большую мощность, чем их аналоги, оснащённые обычными системами впуска и выхлопа.

Кроме того, плюсы турбированных агрегатов проявляются и в более эффективной работе за счёт оптимизированного процесса сгорания бензовоздушной смеси в цилиндрах. Благодаря этому удельный расход топлива в расчёте на одну лошадиную силу несколько снижается, хотя абсолютное значение может и вырасти за счёт повышенной мощности. Оптимизированный процесс сгорания также позволяет уменьшить уровень шума и неприятной вибрации по сравнению с атмосферными агрегатами. В особенности такие плюсы актуальны для моторов с неуравновешенной компоновкой,например, с двумя, тремя и пятью цилиндрами.

Видео, как работает турбированный двигатель:

Более эффективное сгорание топлива даёт возможность уменьшить объём токсических веществ, которые выбрасываются в воздух через выхлопную трубу. Именно поэтому многие производители начали выпуск турбированных агрегатов очень малого объёма вместо привычных атмосферных моторов. По оценкам специалистов, введение новых норм токсичности выхлопа в Европе и США на 25% увеличило количество выпускаемых турбированных моторов.

Недостатки

Установка турбонаддува на автомобиль способствует повышению его стоимости — комплект деталей для повышения мощности двигателя оценивается примерно в 1–3 тысячи долларов. Конечно, некоторые производители могут снижать цены, чтобы стимулировать продажи авто с турбированными двигателями, но общая закономерность именно такова. Стоит сказать и про стоимость ремонта турбированного агрегата — она возрастает за счёт увеличенной сложности разборки всего мотора, а также за счёт необходимости обслуживания нового узла. Средний срок службы турбины составляет 100–150 тысяч километров, после чего ей потребуется капитальный ремонт либо полная замена.

Недостатки проявляются и в необходимости частой замены масла. Межсервисные интервалы для турбированных двигателей сокращены примерно на 30–40%, что связано с большими нагрузками, приходящимися на все узлы силового агрегата. Несвоевременная замена масла приведёт к полной потере его свойств за счёт окисления. Смазывающая жидкость подвергается сильному нагреву в системе турбонаддува, что приводит к полному изменению её параметров.

Нужно вовремя менять масло в турбированных двигателях

Управлять автомобилем с турбированным двигателем не столь удобно — наверняка все слышали про такое понятие, как «турбояма». Она представляет собой определённый диапазон оборотов, в котором давления выхлопных газов недостаточно для того, чтобы раскрутить крыльчатку турбины до рабочей скорости. Поскольку двигатель рассчитан на работу с увеличенным давлением в системе впуска, его динамика будет сильно ухудшена, пока водитель не увеличит обороты. Конечно, на современные автомобили устанавливаются системы турбонаддува с изменяемой геометрией крыльчатки, с малоинерционной турбиной или вовсе с двумя компрессорами наддува, отличающимися базовыми параметрами, но недостаток остаётся актуальным, хотя и не столь очевидным.

Все, знакомые с физикой и сопротивлением материалов также знают, что при быстром изменении температурного режима работы металлические детали теряют свою прочность и быстро выходят из строя. Это правило актуально и для турбированных двигателей. Поэтому силовому агрегату стоит дать поработать на невысоких оборотах около 1–2 минут в следующих случаях:

  • Перед началом езды;
  • После окончания поездки;
  • После активной езды или во время сильных морозов время может увеличиваться до 3 минут.

Многие водители ставят на свои автомобили «турботаймеры», которые позволяют засечь время, необходимое для прогрева или должного охлаждения силового агрегата.

Быть или не быть?

Большинство турбированных моторов предназначено для активной езды — их повышенная мощность позволяет улучшить разгонную динамику. Хотя современные силовые агрегаты малого объёма, оснащённые турбонаддувом, разрабатывались скорее для снижения токсичности выхлопа по сравнению с атмосферными двигателями большего объёма, но аналогичной мощности. В любом случае турбированный двигатель имеет более высокие показатели эффективности работы и позволяет лучше использовать все возможности автомобиля.

Однако при этом водителю придётся мириться с некоторыми неудобствами, связанными с необходимостью прогрева и охлаждения двигателя, а также поддержания определённого минимального уровня оборотов. Кроме того, установка турбонаддува повышает цену машины и стоимость её ремонта.

Замена турбины | Приложения для больших дисков

Максимальная эффективность

Более высокая эффективность до

Защитите свой бесплатный расчет

Новые возможности Пришло время подумать об альтернативных способах модернизации старых или обычных газотурбинных агрегатов. Постоянный рост, более высокие доходы, экономический успех — любой, кто хочет быть на шаг впереди, должен планировать заранее. Даже если речь идет о замене турбинных приводов. Проверенные временем решения быстро достигают своих пределов при попытке полностью решить такие проблемы, как более строгие нормы выбросов, потребность в более высокой доступности процессов и потребность в снижении эксплуатационных расходов.

Расширьте свой нефтегазовый бизнес, используя новые возможности

Необходимость соблюдения норм выбросов.

Освобождение от налогов и сборов, связанных с изменением климата.

Поддержка отраслевых соглашений по защите климата, таких как Нефтегазовая климатическая инициатива (OGCI).

Вы хотите или должны еще больше сократить выбросы вашей компании? Как партнер по решениям для нефтегазовой отрасли с многолетним опытом, мы предлагаем решение, которое поможет вам навсегда избавиться от CO₂ и NO 9.0021 x  выбросы, вызванные турбинами. Вы получаете от нас все, что вам нужно, все из одних рук – от консультации, планирования, поставки и установки до обучения и обслуживания.

Смягчите удар низких цен на нефть и газ и поддержите экономический успех своей компании за счет целенаправленной экономии эксплуатационных расходов. Даже если вы уже сделали много шагов в этом направлении, ваши возможности для эффективного сокращения расходов далеко не исчерпаны. Сделайте еще один шаг вперед: наше экономичное решение по замене турбины поможет вам значительно снизить эксплуатационные расходы на ваше вращающееся оборудование.

Вашим обрабатывающим машинам нужен мощный и надежный привод. В прошлом вы с большим успехом использовали газовые или паровые турбины. Но времена и технологии меняются. Сегодня турбина уже не обязательно лучшее решение для привода. Мы предлагаем высокоэффективную и надежную альтернативу стареющим турбинам с нулевым уровнем выбросов. Тот, который основан на многолетнем опыте и успешно используется во многих отраслях, в том числе в нефтегазовой отрасли.

Вам предстоит столкнуться со многими затратами: от инвестиций и резервов для покупки до эксплуатационных и эксплуатационных расходов и налогов на выбросы CO₂. Кроме того, традиционная турбина имеет длительную фазу запуска и перезапуска, а это означает, что время простоя также ведет к затратам. Благодаря нашему решению по замене турбины вы теперь можете получить значительную экономию: оно снижает капитальные и эксплуатационные расходы, сводит к минимуму сбои во время рабочих процессов и обеспечивает потенциальную доступность до 99,9 процента.

Решение с электроприводом Чтобы справиться со всеми этими проблемами, мы разработали наше решение «E» для управления вашим обрабатывающим оборудованием. Просто заменив газовую или паровую турбину на нашу электрическую трансмиссию для нефтегазовой промышленности, вы сможете достичь большего количества бизнес-целей.

Выбросы отменены. Эффективность увеличилась. Заменена турбина.

Заменив ваш газотурбинный привод нашей электрической трансмиссией, вы сократите выбросы CO₂ и NOx, связанные с приводом, до нуля, поскольку электрическая трансмиссия, полностью работающая без внутреннего сгорания, не производит никаких выбросов на месте.

Вы также выиграете от значительно более высокой эффективности. Вся электрическая трансмиссия имеет КПД до 96 процентов и, следовательно, потребляет гораздо меньше энергии, чем турбина. В отличие от турбин, изменение условий окружающей среды, таких как температура, никоим образом не влияет на эти два фактора. Оптимизированные условия пуска и останова также обеспечивают быструю остановку и немедленный перезапуск с временем разгона в несколько минут. А экономичный диапазон скоростей можно расширить с 25 до 120 процентов нагрузки. Это означает, что электропривод позволяет работать во всех возможных областях.

Операционные затраты снижены. Время безотказной работы увеличилось. Заменена турбина.

Drive Train Analytics – средства сбора, обработки и визуализации данных для мониторинга состояния и эффективности работы приводных систем (приводов, двигателей, редукторов). Основными элементами являются установка оборудования и ввод в эксплуатацию подходящего измерительного решения для непрерывного сбора данных и подключения к облачной платформе, а также автоматизированная обработка, анализ и визуализация данных для поддержки мониторинга состояния, планирования операций и технического обслуживания.

Аналитика трансмиссии может дополнительно использоваться цифровыми службами трансмиссии, например, оценка и интерпретация записанных операционных и исторических данных экспертом SIEMENS. Таким образом, комплексный портфель услуг для больших приводов включает широкий спектр услуг на основе данных и услуг с добавленной стоимостью для жизненного цикла электродвигателей и преобразователей на протяжении всего жизненного цикла продукта.

Вы также увеличите время безотказной работы вашего производства. Благодаря Drive Train Analytics (DTA) и визуальным осмотрам во время работы можно работать до четырех или даже пяти лет без остановок. А электропривод имеет доступность до 99,9 процента.

Drive Train Analytics и Digital Drive Train Services позволяют сократить незапланированные производственные простои, ускорить поиск и устранение неисправностей, а также улучшить техническое обслуживание и эксплуатацию, ориентированные на эксплуатационную готовность. Это означает, например, в ваших терминах и на практике:

  • улучшенный и более быстрый анализ основных причин в случае инцидента благодаря немедленному доступу ко всем данным для вас, а также для специалиста по обслуживанию Siemens в любое время и в любом месте
  • оптимизированное планирование и выполнение работ по техническому обслуживанию благодаря актуальному состоянию состояния активов, а также агрегированным и историческим КПЭ, событиям и измерениям 
  • Все из одних рук

    Хотите заменить турбину на электропривод? Вы можете положиться на Сименс. Мы предоставим все из одних рук — от первоначального расчета рентабельности инвестиций до технико-экономического обоснования и реализации проекта; и от предоставления всех компонентов до установки, сборки и ввода в эксплуатацию, включая документацию и обслуживание нашими экспертами по электротехнике. Мы также будем рады обучить ваш персонал.

    С «Сименс» вы получаете выгоду от единого контактного лица на всех этапах проекта. Если вы хотите, чтобы ваш подрядчик по проектированию, закупкам и строительству (EPC) занимался планированием, мы будем рады работать с вами и EPC для координации отдельных рабочих пакетов, интерфейсов, рабочего процесса и сроков, а также для определения зон ответственности. .

    Комплект поставки

    • Расчет рентабельности инвестиций
    • Сбор данных
    • ТЭО
    • Управление проектами
    • Поставка оборудования
    • Монтаж и ввод в эксплуатацию
    • Документация
    • Услуги
    • Привод
    • Электрификация

    Факты и цифры Нет ничего более убедительного, чем цифры. Посмотреть на себя. Электрический привод от Siemens для нефтегазовой отрасли окупается во всех отношениях — от выбросов, энергопотребления и надежности до снижения затрат и простоев, связанных с техническим обслуживанием.

    1) Исходя из требуемой мощности 10 МВт, 8000 часов работы в год, выбросов турбины 0,5 кг CO₂/кВтч и значений немецкой промышленности в 2016 году, по данным Statista. — Замените свое механическое оборудование электроприводом: просто заменив газовую или паровую турбину нашим электроприводом для нефтегазовой промышленности, вы сможете достичь большего количества бизнес-целей. Минимальное техническое обслуживание — нулевые выбросы: наше решение поможет вам навсегда устранить текущие выбросы CO₂ и NOx, вызванные турбинами, и сократить затраты и усилия на техническое обслуживание. 4) ISO: 15°C, уровень моря, относительная влажность 60% — 5) 8000 часов в год, 10 МВт — Сниженное и стабильное потребление энергии: Вся электрическая трансмиссия потребляет гораздо меньше энергии, чем турбина. Распределение эксплуатационных расходов: более низкое потребление энергии, меньшее техническое обслуживание и отсутствие налогов на выбросы CO₂ — электрический поезд для дайвинга снижает эксплуатационные расходы. Максимальная эффективность — максимальное время безотказной работы: заменяя старые или обычные турбинные агрегаты на электроприводы, вы получаете не только значительно более высокую эффективность, но и доступность более 99 процентов.

    Онлайн калькулятор Убедитесь сами, может ли замена вашей газовой турбины на электрическую трансмиссию стать решением для вас. Обратите внимание, что из-за сложности производства пара учет паровых двигателей слишком сложен для этого калькулятора, чтобы получить результат с нюансами. Однако мы будем рады предоставить вам индивидуальную оценку замены как газовых, так и паровых турбин. В подробном исследовании мы рассмотрим такие параметры, как процесс запуска и остановки, доступность, различные точки работы, ценовые тенденции на газ и электроэнергию, а также подробные планы обслуживания. Пожалуйста, свяжитесь с нами, если вы заинтересованы в подробном сравнении, которое включает в себя предварительный проект электропривода для вашего приложения/объекта.

    Газовая турбина

    номинальная мощность [МВт]

    цена газа [$/MMBtu]

    CO 2 налог [$/tCO 2 ]

    эксплуатационные данные [$/MW]

    5

    часы работы [ч/год]

    Опционально: Инвестиции в турбину (капитальный ремонт/…) для запуска (год 0)

    Капитальные затраты на газовую турбину [$]

    Расчет основан на сроке службы 25 лет. Рабочие точки учитываются при 40 % при полной нагрузке (номинальной мощности) и 60 % времени при частичной нагрузке (80 % номинальной мощности)

    Сравнение совокупной стоимости владения газовой турбиной и электрическим приводом
    0510152025 летCAPEX & OPEX [$]

    Газовая турбина

    Электропривод

    Разделение эксплуатационных расходов газовой турбины [%]
    Разделение эксплуатационных расходов электропривода [%]

    5

    Энергия

    Эмиссия

    использованная литература Будущее — сегодня. Началась электрификация нефтяной и газовой промышленности. От нефтеперерабатывающих заводов и компрессорных станций до химических заводов электрические приводы Siemens уже успешно используются на предприятиях по всему миру, в результате чего многие довольные клиенты. Вы также подготовите свое оборудование к будущему и обеспечите свою конкурентоспособность.

    Паровые турбины для производства электроэнергии

    Сила Да

    Может ли GE повысить эффективность моей паровой установки?

    ДА. Уже более века мы разрабатываем и производим новейшие технологии для производства высокоэффективных и надежных паровых турбин для ископаемых, ядерных и возобновляемых источников энергии. Компания GE поставила более 30% установленных в мире паровых турбин и 50% атомных паровых турбин, которые в совокупности производят более 1200 ГВт электроэнергии.

    Результаты для клиентов

    Ваши преимущества при выборе паровой турбины GE

    Продвинутые технологии

    Новаторские характеристики паровой турбины, ставшие отраслевыми стандартами

    Платформа паровых турбин GE предлагает широкий ассортимент решений, которые подходят для широкого спектра условий на месте, эксплуатационных потребностей, усовершенствованных паровых циклов и приложений. Наши паровые турбины имеют общие характеристики и компоненты, которые повышают надежность, эффективность и эксплуатационную готовность вашего предприятия.

    Сварные роторы паровых турбин

    Наша технология сварки роторов, представленная в 1930 году, выдержала испытание временем: в наших роторах паровых турбин большого диаметра, изготовленных путем сварки отдельных небольших поковок, не было сообщений о разрывах. Это позволяет:

    • Выбор соответствующего материала поковок в зависимости от уровня температуры в каждой секции паровой турбины
    • Снижение напряжения во время тепловых переходных процессов для более быстрой и частой циклической нагрузки
    • Улучшенный доступ к оборудованию для ультразвуковых испытаний, что повышает надежность

    Конструкция термоусадочного кольца

    • Выбор подходящего материала поковки в зависимости от уровня температуры в каждой секции паровой турбины
    • Снижение напряжения во время тепловых переходных процессов для более быстрой и частой циклической нагрузки
    • Улучшенный доступ к оборудованию для ультразвуковых испытаний, что повышает надежность

    Опережающие лопатки паровых турбин GE

    Инновационная технология лопастей проявляется в наших:

    • Современный трехмерный профиль, обеспечивающий более высокую эффективность использования пара
    • Лопасти передней ступени высокого давления (HP), среднего давления (IP) и низкого давления (LP), изготовленные из цельной поковки для обеспечения превосходной механической целостности и повышенной надежности

    Большие лопатки последней ступени модуля низкого давления

    Наш расширенный ассортимент лопаток последней ступени для паровых турбин предлагает:

    • Лопасти последней ступени с плотным расположением в шахматном порядке для особых условий холодного конца проекта и повышения эффективности паровой турбины
    • Прочный модуль с усиленными канавками и креплениями лопаток для повышения надежности турбины

    Эффективность одного подшипника

    Наши многокорпусные паровые турбины имеют один подшипник между каждой секцией турбины для:

    • Предотвращения смещения нагрузки для повышения надежности
    • Эффективная центровка валов для сокращения времени строительства
    • Меньшая общая длина вала турбины для снижения затрат на строительство
    Товары

    Ознакомьтесь с нашим ассортиментом паровых турбин

    Просмотр по типу мощности:

    • Выбирать
    • Ядерный пар
    • Возобновляемый пар
    • Ископаемый пар

    Применение

    Параметры пара
    (стр. острый пар / т острый пар / т прогрев )

    Диапазон мощности [МВт]

    Атомный пар

    ARABELLE 1700

    Ядерный перегрев

    До 75 бар/300 °C

    1 200 – 1 900 МВт

    1090 фунтов на кв. дюйм изб./570 °F

    АРАБЕЛЬ 1000

    Ядерный перегрев

    До 75 бар/300 °C

    700 – 1 200 МВт

    1090 фунтов на кв. дюйм изб./570 °F

    STF-N700

    Ядерный перегрев

    До 75 бар/300 °C

    500 – 800 МВт

    1090 фунтов на кв. дюйм изб./570 °F

    Возобновляемый пар

    STF-D650

    Разогреть

    до 190 бар/585°С/585°С

    200 – 700 МВт

    2750 фунтов на кв. дюйм изб./1085°F /1085°F

    STF-A650 (MT)

    Разогреть

    До 190 бар/585°C/585°C

    100 – 300 МВт

    2750 фунтов на кв. дюйм изб./1085 °F/1085 °F

    STF-D250

    Без повторного нагрева

    До 140 бар/565 °C

    100 – 300 МВт

    2030 фунтов на кв. дюйм / 1050 °F

    STF-A200 (MT)

    Без повторного нагрева

    До 140 бар/565 °C

    50 – 250 МВт

    2030 фунтов на кв. дюйм изб./1050 °F

    STF-A100 (GRT)

    Без повторного нагрева

    До 140 бар/565 °C

    20 – 135 МВт

    2030 фунтов на кв. дюйм изб./1050 °F

    STF-G220 (GST)

    геотермальная

    До 16 бар/360 °C

    20 – 50 МВт

    230 фунтов на кв. дюйм (680 °F)

    Ископаемый пар

    STF-D2250

    Двойной подогрев, нареч. ОСК

    До 330 бар/620°C/630°C

    600 – 1 200 МВт

    4786 фунтов на кв. дюйм изб./1148 °F/1166 °F

    STF-D1250

    Разогреть, нареч. ОСК

    До 330 бар/650°C/670°C

    400 – 1 200 МВт

    4786 фунтов на кв. дюйм изб./1202 °F/1238 °F

    STF-D1050

    Разогрев, USC

    До 300 бар/600°C/620°C

    200 – 1 200 МВт

    4350 фунтов на кв. дюйм/1112 °F/1148 °F

    СТФ-А1050

    Разогрев, USC

    До 300 бар/600°C/600°C

    150 – 300 МВт

    4350 фунтов на кв. дюйм изб./1112 °F/1112 °F

    STF-D850

    Перегрев, сверхкритический

    До 245 бар/585°C/585°C

    200 – 1000 МВт

    3550 фунтов на кв. дюйм изб./1085 °F/1085 °F

    STF-A850

    Перегрев, сверхкритический

    До 245 бар/585°C/585°C

    150 – 300 МВт

    3550 фунтов на кв. дюйм изб./1085 °F/1085 °F

    STF-D650

    Разогреть

    до 190 бар/585°С/585°С

    200 – 700 МВт

    2750 фунтов на кв. дюйм изб./1085 °F/1085 °F

    STF-A650 (MT)

    Разогреть

    До 190 бар/585°C/585°C

    100 – 300 МВт

    2750 фунтов на кв. дюйм изб./1085 °F/1085 °F

    STF-D250

    Без повторного нагрева

    До 140 бар/565 °C

    100 – 300 МВт

    2030 фунтов на кв. дюйм изб./1050 °F

    STF-A200 (MT)

    Без повторного нагрева

    До 140 бар/565 °C

    50 – 250 МВт

    2030 фунтов на кв. дюйм изб./1050 °F

    STF-A100 (GRT)

    Без повторного нагрева

    До 140 бар/565 °C

    20 – 135 МВт

    2030 фунтов на кв. дюйм изб./1050 °F

    Выберите тип питания выше.

    Паровые турбины
    Свяжитесь с нами

    Хотите узнать больше?

    № 1884: Турбина Эйвери

    № 1884:
    ТУРБИНА ЭВЕРИ

    Джон Х. Линхард

    Щелкните здесь для прослушивания аудио эпизода 1884.

    Сегодня турбина Эвери. Университет Хьюстона Колледж Инженерии представляет эту серию о машины, которые заставляют нашу цивилизацию работать, и люди, чья изобретательность создала их.

    Большая часть энергии, которую мы используем сегодня вырабатывается ядерной энергией или углем или масло. Что не так хорошо понятно, так это то, что все такие электростанции, как и их родственник, гидроэлектростанция плотина, в конечном итоге используйте турбины для генерации сила.

    В основании плотины водяных турбины . Нефть, уголь и ядерная энергия используются для кипячения водяные и приводные паровые турбины. Сожженный топливно-воздушная смесь используется для привода газа турбина. В любом случае жидкость проходит через некоторые вид лопаток турбины, чтобы обеспечить огромную часть мощности, которую мы используем сегодня. (Автомобильные двигатели среди немногих типов, которые не были приняты Это.)

    Любая книга о происхождении турбин начинается с паровые игрушки в Египте, две тысячи лет назад. Но это немного отвлекающий маневр. Готовить на пару турбины не стали обычным явлением, пока Чарльз Парсонс начал строить их в 1890-х годах. И что попал между?

    Инженер Фредерик Лайман рассказывает о малоизвестном фигура в создании паровой турбины. Он был Уильям Эйвери. Родился в 179 г.3, он вырос, работая механик в штате Нью-Йорк.

    В 1831 году он и его друг получили патент на устройство с паровым приводом, очень похожее на одно из тех древнеегипетские игрушки. Струи пара, выбрасываемые из оба конца вращающейся пропеллерной трубы приводили в движение Это. К тому времени Уатт и другие уже пытались и не удалось создать роторно-паровой двигатель машины. А французы только начали разрабатывать вода турбина.

    Современные паровые турбины работают не так, как Эйвери. Они направляют пар через последовательность вращающиеся лопасти. Каждый этап отнимает энергию и снижает давление пара. Аэродинамика эти лезвия становятся очень сложными.

    В турбине Эйвери пар вытекал из ступицы наружу через кончик, откуда он вырвался как движущая струя. Наконечники приблизились к скорости звука и, когда один из чугунных роторов Эйвери вышел из строя, его осколки пробили три этажа здания.

    Чтобы получить мощность на полезных скоростях , Эйвери используется ряд ремней и шкивов. И все же машина работал. К 1837 году он построил около семидесяти двигателей. Они развивали около двадцати лошадиных сил и были поставьте работу на лесопилки, хлопкоочистительные заводы, зерновые мельницы . ..

    Среди других своих инженерных достижений Эйвери также построил, вероятно, первый пароход на канал Эри. Но он умер в 47 лет, и компания который производил его турбины, вскоре обанкротился после. Прошло еще полвека, прежде чем Парсонс появились турбины.

    Затем появился электрический генератор, и требовался скоростной привод. турбина была естественной парой генератора, который теперь был идеальным средством для того, чтобы положить его власть использовать. Призрак Уильяма Эйвери теперь мог улыбнись наконец.

    То, что начал Эйвери, теперь Парсонс мог воплотить в жизнь. плоды — и привести к оглушительному успеху, как Что ж.

    Я Джон Линхард из Хьюстонского университета. где нас интересует, как изобретательные умы Работа.

    (Музыкальная тема)


    Ф. А. Лайман, Практический герой: Или как малоизвестный новый Механик из Йорка получил паровую игрушку для вождения лесопилки. Машиностроение, 905:03 февраля 2004, стр. 36-38.

    Возможная форма вращающегося турбиноподобного устройства построен Героном Александрийским (обычно именуемым Турбина Героя )

    Лопасти турбины в первом британском реактивном самолете авиационный двигатель Whittle W-1. Желтый ряд лопастей слева статичен. Он направляет нагретый газ во вращающийся ряд желтых лопастей на право. (Изображение и фото сделаны Джоном Линхардом. Реактивный двигатель Уиттла можно увидеть на Lone Star Летный музей, Галвестон, Техас)

    Двигатели нашей изобретательности Copyright © 1988-2003 Джон Х. Линхард.


    Предыдущий Эпизод | Поиск эпизодов | Индекс | Дом | Далее Эпизод

    Генераторы с паровым приводом: паровые турбины и электрические генераторы | by Communications Power Zone

    Генератор с приводом от паровой турбины , иногда называемый «турбогенератором», можно лучше всего объяснить, если понимать паровую турбину и генератор по отдельности. Паровая турбина представляет собой двигатель с паровым приводом. Вода нагревается до чрезвычайно высокой температуры, чтобы превратить ее в пар. Энергия, создаваемая паром под высоким давлением, преобразуется в механическую энергию, которая вращает лопасти паровой турбины. А генератор лучше всего описать как машину, с помощью которой механическая энергия преобразуется в электрическую. Спиральные провода, используемые в генераторе, вращаются внутри магнитного поля, которое заставляет электрический ток течь по проводу.

    Когда паровая турбина подключена к генератору, она производит электричество и известна как генератор с приводом от паровой турбины. Встроенные в них вспомогательные системы заставляют их работать безопасно и с большей эффективностью.

    Генераторы с приводом от паровой турбины обычно используются на солнечных тепловых электростанциях, угольных, геотермальных, атомных, мусоросжигательных заводах и электростанциях, работающих на природном газе. Они также широко используются в цементной, сахарной, сталелитейной, бумажной, химической и других отраслях промышленности.

    Генераторы с приводом от паровой турбины, как правило, представляют собой высокоскоростные машины. Большая часть электроэнергии в мире вырабатывается электростанциями с паровыми турбинами. Только в Соединенных Штатах около 85,0% электроэнергии производится с помощью паротурбинных генераторов.

    Генераторы с приводом от паровой турбины могут иметь самые разные размеры. Они редко превышают около 1500 мегаватт (2 миллиона лошадиных сил) на верхнем уровне и также используются в небольших масштабах, примерно до 500 кВт (670 лошадиных сил) на нижнем уровне.

    Принцип работы генератора с паровым приводом

    В генераторе с паровой турбиной тепло вырабатывается из источника. Есть котел, который содержит воду, и тепло используется для преобразования ее в пар высокой температуры и высокого давления. Производство пара зависит от скорости потока, площади поверхности теплопередачи и используемой теплоты сгорания. Этот пар из котла через форсунки выталкивается в турбину, которая вращает лопасти, закрепленные на валу. Паровая турбина состоит из корпуса, к которому внутри прикреплены неподвижные лопатки, а ротор имеет подвижные лопатки по периферии.

    Существует два основных типа паровых турбин — импульсные турбины и реактивные турбины; чьи лопасти предназначены для управления скоростью, направлением и давлением пара при его прохождении через турбину. Генератор прикреплен к турбине, и когда лопасти турбины вращаются, он заставляет генератор работать по принципу магнитной индукции и вырабатывает электричество. Способ извлечения электроэнергии зависит от того, как она будет использоваться. Обычно пар конденсируется в конденсаторе. Таким образом, котел, паровая турбина, генератор и конденсатор являются основными компонентами парогенераторной установки. Паровые турбины также могут работать без конденсатора, но они обеспечивают значительно меньшую мощность для турбины того же размера.

    • Импульсные турбины: Здесь ротор вращается за счет большой силы или прямого давления пара на лопасти.
    • Реактивные турбины: Здесь ротор вращается за счет силы реакции, а не силы удара или импульса.

    Реактивная сила возникает из-за изменения энергии давления пара, когда пар выходит из лопаток. Этот метод обычно работает с более высокой эффективностью, чем импульсные турбины.

    Работа большой паровой турбины может быть сложной и трудной для понимания, поскольку в ней используется набор лопастей на роторе. Каждый набор лопастей называется ступенью, которая работает либо по импульсу, либо по реакции. Сочетание импульсной и реактивной ступени усложняет его работу, поскольку все эти лопасти установлены на одной оси ротора и одновременно вращают генератор.

    Паровые турбины регулируют свою скорость с помощью автоматических клапанов и управляющего регулятора, поэтому они генерируют оптимальную мощность по мере необходимости в любой конкретный момент времени.

    Турбины также различаются по процессу охлаждения пара. Конденсационные турбины, обычно используемые на крупных электростанциях для выработки электроэнергии, преобразуют пар в воду с помощью конденсаторов, что позволяет пару расширяться больше и облегчает турбине извлечение из него максимальной энергии. Это делает процесс выработки электроэнергии более эффективным. Неконденсационные турбины не имеют этой функции и поэтому используются редко, за исключением небольших вспомогательных систем, где требуется только небольшая мощность.

    В больших паровых турбинах на электростанциях, работающих на ископаемом топливе, давление пара может достигать 20–30 МПа (3000–4000 фунтов на квадратный дюйм или примерно в 200–270 раз выше атмосферного давления), но обычно оно работает при давлении менее 1000 фунтов на квадратный дюйм. Типичная паровая турбина электростанции вращается со скоростью 1800–3600 об/мин

    КПД парового генератора

    КПД парового генератора зависит от многих факторов, таких как тип паровой турбины, ее размер, давление пара на входе и температура, давление и температура выхлопного пара и расход пара.

    Паровые турбины подходят для крупных тепловых электростанций. Они производятся различных размеров, вплоть до турбин мощностью до 1,5 ГВт (2 000 000 л. с.), которые используются для выработки электроэнергии. Однако угольные электростанции и сжигание ископаемого топлива или атомной энергии, используемые для выработки электроэнергии от паротурбинного генератора, оказывают неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Они выделяют углекислый газ и другие загрязняющие вещества в воздух и воду. У них более медленный запуск, чем у газовых турбин.

    Факторы, влияющие на парогенератор

    Помимо основных процедур безопасности, которые необходимо соблюдать при эксплуатации генератора с паровой турбиной, следующие ключевые факторы необходимо учитывать при эксплуатации для обеспечения оптимальной эффективности и долговременной надежности:

    • Регулярное техническое обслуживание системы напряжение и частота
    • Оптимизация пределов рабочего давления, температуры и скорости компонентов установки
    • Обеспечение смазки компонентов
    • Следование процессу подачи топлива в камеру сгорания
    • Поддержание качества конденсатора и охлаждающей жидкости в генераторе,
    • Тип используемого генератора. Трансформаторы и коммутация высокого напряжения
    • Предупреждение о защите от перегрузки, аварийном отключении и сбросе нагрузки

    Парогенераторы, работающие с постоянной нагрузкой, часто приводят к отложениям пара на неподвижных и подвижных лопастях. Эти отложения приводят к низкой эффективности и низкой производительности. Низкая эффективность передачи энергии из-за этого в конечном итоге ограничивает поток пара. Это редкое явление для генераторов, где нагрузка меняется из-за эффекта омывания лопастей.

    Заключение

    Паровые генераторы обычно используются в электроэнергетике, возобновляемых источниках энергии, нефтегазовой и обрабатывающей промышленности и производятся ведущими брендами, такими как Worthington , Hitachi, General Electric , Siemens , Elliot и Westinghouse

    Существует большой рынок и огромный спрос на генераторы такого типа, поскольку они наиболее широко используются для производства электроэнергии в мире. Но при покупке парового генератора необходимо учитывать другие важные факторы, такие как цена, качество, характеристики, послепродажное обслуживание, замена деталей и т. д.

    Мы будем рады помочь вам в случае любого запроса или информации. Пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам по телефону .

    Power Zone занимается бывшим в употреблении, восстановленным и новым оборудованием для выработки избыточной электроэнергии и может помочь с поставкой оборудования, а также предоставить необходимые услуги и опыт.

    Паровые турбины / Демпферные турбины | Товары и услуги

    Паровые турбины Howden обеспечивают выходную мощность до 40 МВт


    Наши паровые турбины имеют богатую историю. Эти «Dampfturbin» были первоначально разработаны и изготовлены компанией Kuhnle, Kopp & Kausch AG, основанной в 1899 году, и впоследствии производились под названием Siemens Turbomachinery Equipment.

    Уникальной особенностью этих паровых турбин является то, что они спроектированы как модульные, так что их можно соединять в самых разных комбинациях. Это делает их невероятно гибкими и, следовательно, способными удовлетворить широкий спектр требований клиентов.

    В 2021 году Howden приобрела Peter Brotherhood, расширив линейку наших паровых турбин с 24 МВт до 40 МВт.

    Паровые турбины предназначены для преобразования энергии жидкости в ротор, и наши продукты считаются самыми экономичными и универсальными турбинами, которые вы можете приобрести. Паровые турбины можно использовать в качестве привода генератора для выработки электроэнергии или в качестве механического привода для вашего вращающегося оборудования, такого как компрессоры и насосы.

    Мы можем предложить решения для всех требований клиентов, от простого CORE для пэкиджеров до специально разработанных систем мощностью до 40 МВт.

    От нашего самого маленького турбогенератора до нашей одноступенчатой ​​турбины и вплоть до нашей многоступенчатой ​​паровой турбины — у нас есть идеальное промышленное решение для ваших нужд в области турбонаддува.

     

    Загрузить брошюру

    Свяжитесь с нами

    Готовы узнать больше?

    Модульные решения в соответствии с вашими требованиями
    Выходная мощность до 40 МВт
    Более 100 лет опыта в области турбин
    Ознакомьтесь с нашими вариантами обучения работе с паровыми турбинами

     

    Если вы хотите отправить запрос, пожалуйста, свяжитесь с нами.

    Сделать запрос

    Почему выбирают паровые турбины Howden?

    Стандартный, предварительно спроектированный, спроектированный

    Наш широкий ассортимент означает, что мы можем предложить вам готовые решения или мы можем разработать для вас совершенно новое решение.

    Полный ассортимент

    Ассортимент паровых турбин Howden доступен мощностью до 40 мегаватт и подходит для всех промышленных применений.

    Вспомогательное оборудование

    Наши приборы и средства управления дополняют наши паровые турбины, чтобы вы могли максимально эффективно использовать турбомашины.

    Глобальное покрытие

    Наши региональные центры продаж и обслуживания, расположенные по всему миру, гарантируют, что у наших клиентов есть местный специалист Howden, способный удовлетворить конкретные потребности клиентов.

    Проверенная надежность

    Ассортимент паровых турбин Howden обеспечивает проверенную надежность, разработанную за последние 100 лет.

    Стандарты качества

    Все наши паровые турбины разработаны в соответствии с нашими самыми высокими стандартами качества и соответствуют стандартам ISO 9001 и ISO 14001. , имеет выходную мощность до 1000 кВт.

    Области применения: Турбогенератор напр. в рекуперации отработанного тепла, малых ТЭЦ и децентрализованных солнечных установках. BASE в качестве механического привода обслуживает широкий спектр отраслей промышленности.

    Узнать больше

    CORE

    Паровые турбины CORE, ранее известные как SST-060, идеально подходят для тех, кто хочет укомплектовать установку для клиентов и использовать в качестве механического привода для производства электроэнергии.

    Области применения: Химия, Нефтехимия, Нефтеперерабатывающие заводы, Сахар / Пальмовое масло, Древесина / Бумага, Поставщик электроэнергии, Коммунальные предприятия, Металлургические заводы / Сталелитейные заводы, IPP / Подрядные работы / Машиностроение, Пищевая промышленность, Энергетика. Установки из отходов, ​Утилизация отработанного тепла, ​Судно / Оффшор.

    Подробнее

    MONO

    Паровая турбина MONO имеет выходную мощность до 6000 кВт и возможность установки специального многоступенчатого конденсационного модуля.

    Области применения: Химия, Нефтехимия, Нефтеперерабатывающие заводы, Сахар / Пальмовое масло, Древесина / Бумага, Поставщик электроэнергии, Коммунальные предприятия, Металлургические заводы / Сталелитейные заводы, IPP / Подрядные работы / Машиностроение, Пищевая промышленность, Энергетика. Установки из отходов, ​Утилизация отработанного тепла, ​Судно / Оффшор.

    Узнать больше

    TWIN

    Паровая турбина TWIN, ранее известная как SST-110, представляет собой турбину с двойным корпусом, которая может работать на разных линиях потока с одним редуктором. Кроме того, конструкция с двойным корпусом обеспечивает контролируемое извлечение.

    Области применения: Химия, Нефтехимия, Нефтеперерабатывающие заводы, Сахар / Пальмовое масло, Древесина / Бумага, Поставщик электроэнергии, Коммунальные предприятия, Металлургические заводы / Сталелитейные заводы, IPP / Подрядные работы / Машиностроение, Пищевая промышленность, Энергетика. Заводы по переработке отходов, ​Утилизация отходящего тепла, ​Судно/оффшорное, Сжигание шлама.

    Подробнее

    TRI

    TRI позволяет соединить три турбины со встроенным редуктором. Подобно TWIN, это позволяет TRI работать на разных линиях потока или обеспечивает до двух контролируемых экстракций.

    Области применения: Химия, Нефтехимия, Нефтеперерабатывающие заводы, Сахар / Пальмовое масло, Древесина / Бумага, Поставщик электроэнергии, Коммунальные предприятия, Металлургические заводы / Сталелитейные заводы, IPP / Подрядные работы / Машиностроение, Пищевая промышленность, Энергетика. Заводы по переработке отходов, ​Утилизация отходящего тепла, ​Судно/оффшорное, Сжигание шлама.

    Узнать больше

    Специализированные решения

    Все типы турбин также доступны в виде специальных инженерных и индивидуальных решений, например, для Нефть и газ, специальные цели, ATEX и т. д. без ограничений по сложности и в соответствии с требованиями заказчика.

    Например, линии COMBI с несколькими отборами или EXP (детандеры) для расширения газа.

    Если вы хотите отправить запрос, пожалуйста, свяжитесь с нами.

    Сделать запрос

    Вебинары


    Howden Turbo — След

    Узнайте о преимуществах запроса посадочного места для турбомашин.


    Howden Turbo GmbH FrankenthalПослепродажный портфель

    Узнайте о портфолио продуктов, поддерживаемых на нашем сайте во Франкентале, Германия.


    Паровые турбины

    Обзор нашего ассортимента паровых турбин.


    Паровые турбины Howden KK&K — послепродажные решения для нефтегазовой и нефтехимической промышленности

    Присоединяйтесь к нашим экспертам, чтобы обсудить, как наши решения по модернизации помогают повысить надежность и эксплуатационную готовность вашей паровой турбины на примерах из практики.


    Паровые турбины: глубокое погружение

    Подробный обзор нашего ассортимента продукции для паровых турбин.


    Машины | Бесплатный полнотекстовый | Управляемые данными модели для онлайн-диагностики газовых турбин

    1. Введение

    Надежная информация о состоянии газовой турбины необходима для успешного проведения технического обслуживания по состоянию [1] Методы диагностики газовых трактов предоставляют такую ​​информацию путем анализа производительности двигателя и раннего выявления потенциальные неисправности до того, как они перерастут в серьезные аварии [2]. Многие действия по техническому обслуживанию основаны на этих диагностических суждениях, что приводит к максимальной прибыльности, надежности и доступности активов, а также к минимальным затратам в течение жизненного цикла [3]. Для получения информации о работе двигателя и возможных неисправностях алгоритмы диагностики используют записанные данные и различные модели. В соответствии с использованием данных и моделей диагностику газового тракта можно разделить на два основных подхода.

    Первый подход, называемый анализом газового тракта (GPA), основан на нелинейной физической модели двигателя. Такая модель, также известная как термодинамическая модель, включает термодинамические и другие физические взаимосвязи для расчета переменных газового тракта для заданных условий работы двигателя и параметров работоспособности. Компоненты двигателя (компрессор, турбина, горелка и т. д.) представлены в модели экспериментальными картами характеристик компонентов, изначально соответствующих новому двигателю. Как и в случае реальных сбоев, которые изменяют производительность компонентов, параметры работоспособности могут немного смещать карты производительности компонентов для имитации различных механизмов деградации. Как правило, корректируются пропускная способность и КПД каждого компонента [4]. GPA также может использовать линейную модель, однако для расчета необходимой матрицы коэффициентов влияния разломов по-прежнему используется термодинамическая модель.

    Известные программы термодинамического моделирования включают, помимо прочего, Программу моделирования газовых турбин (GSP), Численное моделирование двигательных установок (NPSS), Программное обеспечение для объектно-ориентированного моделирования двигателей (PROOSIS) и GasTurb [3,5]. Последнее программное обеспечение было разработано Kurzke [6] и предлагает нелинейное моделирование для многих конфигураций различных газотурбинных двигателей [3]. Нелинейная термодинамическая модель позволяет создавать различные упрощенные модели. Наиболее известной из них является линейная модель, которая связывает небольшие изменения параметров здоровья с соответствующими изменениями переменных мониторинга через так называемую матрицу коэффициентов влияния.

    Описанные нелинейная и линейная модели представляют прямую математическую задачу, в которой рабочие условия и параметры здоровья являются независимыми величинами, а контролируемые переменные представляют собой зависимые величины. Рассматриваемый диагностический подход направлен на решение обратной задачи [7], позволяющей оценивать неизмеряемые параметры через измеряемые переменные и знания о физических процессах системы, делать выводы из данных [8]. Трудностью обратных задач в многомерном пространстве является неустойчивость их решений, иными словами, небольшие ошибки в измерениях могут привести к большим ошибкам в оцениваемых параметрах. Существует множество методов решения обратных задач, среди них регуляризация, усеченная сингулярная декомпозиция (TSVD), интерактивные методы, дискретизация, метод максимальной энтропии, метод алгебраической реконструкции (ART) и метод Бэкуса-Гилберта [7].

    В случае ГПД обратная задача состоит в оценке состояния компонентов двигателя путем оценки параметров работоспособности с использованием измеряемых условий эксплуатации и контролируемых переменных [9]. Таким образом, общая модель среднего парка адаптируется к конкретному реальному двигателю, и эта проблема адаптации относится к области системной идентификации. При использовании в диагностических алгоритмах линейной модели диагностические матрицы [9] рассчитываются, например, методом наименьших квадратов [9,10]. Исследование [11] показывает, что линеаризация значительно увеличивает ошибки оцениваемых параметров. Если диагностика двигателя основана на нелинейной термодинамической модели, для оценки параметров работоспособности применяются различные итерационные процедуры идентификации модели. Например, авторы статьи [12] предлагают и используют подход, называемый адаптивным моделированием, в статье [13] выполняется идентификация нелинейной модели с использованием генетического алгоритма, в статье [14] предлагается многокритериальная идентификация, а в статье [15] представлена ​​стратегия для автоматическая адаптация схемы идентификации в случае неисправности датчиков.

    Второй основной диагностический подход, называемый управляемым данными, опирается на доступные реальные данные и методы распознавания образов. Этот подход состоит из трех этапов: сбор данных, предварительная обработка данных или выделение признаков и собственно диагностический процесс. Данные могут быть получены тремя способами: запись полевых данных, сбор данных экспериментального испытательного стенда и генерация данных с помощью модели двигателя. Полевые записи страдают от данных с проявлениями неисправностей двигателей, а встраивание физических неисправностей в реальные двигатели на стендах слишком затратно [16]. Таким образом, моделирование данных двигателя, затронутых неисправностями, является эффективным и широко используемым вариантом.

    Этап выделения признаков определяет признаки, чувствительные к ошибкам двигателя. Как правило, рассчитываются отклонения измеренных значений контролируемых переменных от базовых значений, соответствующих исправному двигателю. Учитывая, что переменные двигателя зависят от рабочей точки, базовая модель определяется путем аппроксимации доступных данных исправного двигателя в разных рабочих точках. Такую модель можно назвать управляемой данными или «черным ящиком». Он не требует подробных знаний о работе двигателя и может быть легко создан операторами газовых турбин с использованием, например, полиномиальной регрессии [1] или многослойного персептрона [17] в качестве аппроксимационных функций.

    Отклонения отслеживаемых переменных формируют вектор признаков, который представляет собой распознаваемый образец. Из таких паттернов создается классификация, в которой каждый класс представлен многочисленными паттернами, соответствующими определенной неисправности. Данные классификации позволяют изучить технику распознавания, чаще всего одну из искусственных нейронных сетей.

    В настоящей статье предлагается и доказывается новая методология моделирования для GPA, которая изначально представляет собой подход, основанный на физике. Нелинейная термодинамическая модель точна, но сложна и критична для компьютерных ресурсов. С другой стороны, линейная модель работает быстро, но неточно из-за ошибок линеаризации, которые значительно усиливаются в обратной процедуре оценки параметров здоровья. Предлагается объединить преимущества этих моделей путем создания новой нелинейной модели, управляемой данными, которая вычисляет параметры здоровья, используя в качестве входных данных измеренные рабочие условия и контролируемые переменные. Из-за своей нелинейной природы такая обратная диагностическая модель может сохранить точность базовой термодинамической модели. С другой стороны, это будет быстро из-за задействования простых функций, управляемых данными, и отсутствия необходимости в обратных процедурах для диагностики двигателя. Кроме того, новая модель будет намного более стабильной и надежной, так как при итеративном расчете термодинамической модели рабочая точка двигателя может выйти за пределы карт характеристик компонентов, что приведет к потере сходимости и даже аварийному завершению программы. Предлагаемая обратная нелинейная модель, управляемая данными, и соответствующий режим диагностики газовых турбин представляют собой гибридный подход, поскольку исходный GPA теперь основан на модели, управляемой данными. Такой подход к моделированию и диагностике двигателей не упоминается в обширных обзорах по диагностике газовых турбин [2,3] и, насколько нам известно, является новым.

    Для реализации и доказательства предложенного подхода в данной работе используются два авиационных двигателя разных типов, а именно турбовальный и турбовентиляторный. Для каждого двигателя были созданы полиномиальные и многослойные персептронные варианты обратной модели. Необходимые данные для построения и тестирования моделей были получены с помощью программного обеспечения GasTurb, которое предлагает нелинейное термодинамическое моделирование основных типов газовых турбин. Использование этого известного и коммерчески доступного программного обеспечения в настоящем исследовании позволяет каждому исследователю повторить исследование и проверить его результаты. Для такой проверки в статье приведены все необходимые детали выполненных расчетов.

    2. Методы моделирования газовых турбин

    2.
    1. Термодинамическая модель

    Как следует из предыдущего раздела, данные, необходимые для создания обратных нелинейных моделей, генерируются в GasTurb термодинамическими моделями газотурбинных двигателей соответствующих тестовых двигателей. Каждый компонент газовой турбины представлен в термодинамической модели картой характеристик компонента. Используя известные термодинамические соотношения и законы механики, эта модель связывает переменные газового тракта с характеристиками компонентов и установившимися рабочими точками двигателя. Процесс расчета параметров газового тракта организован как решение системы нелинейных алгебраических уравнений, отражающих баланс массы, тепла и энергии в этих компонентах в установившихся режимах. Система обычно решается методом Ньютона-Рафсона, также известным как метод Ньютона. Вычисление сложное и включает в себя несколько итерационных циклов. Программное обеспечение модели достаточно сложное и состоит из десятков подпрограмм. В результате расчета модель определяет параметры газового тракта, включая [m × 1]-вектор Y→ контролируемых переменных как функцию [n × 1]-вектора U→ условий эксплуатации (установленная мощность и переменные окружающей среды ) и [r × 1]-вектор Θ→ специальных параметров здоровья. Таким образом, термодинамическая модель может быть представлена ​​следующим математическим выражением [18]:

    Параметры здоровья могут быть представлены выражением Θ→=Θ→0+δΘ→. Вектор Θ→0 соответствует исправному двигателю и номинальным характеристикам компонентов, а вектор δΘ→ параметров неисправности позволяет смещать карты характеристик для моделирования различных сценариев износа двигателя с разной серьезностью.

    2.2. Многослойный персептрон

    Многослойный персептрон (MLP) известен как искусственная нейронная сеть, способная решать как задачи классификации, так и задачи аппроксимации. В качестве метода аппроксимации он используется в диагностике газовой турбины для построения базовой модели газовой турбины [17], которая вычисляет контролируемые переменные в зависимости от условий эксплуатации. Рисунок 1 иллюстрирует структуру и работу MLP [19].,20] предложил разработать диагностические модели для настоящего исследования. MLP включает в себя три типа слоев. Входной слой представлен рабочими условиями и отслеживаемыми переменными, за ним следуют два скрытых слоя и выходной слой параметров работоспособности.

    Персептрон представляет собой сеть прямой связи, в которой все сигналы идут от входа к выходу. В этой сети соединены все узлы соседних слоев. Каждое соединение имеет весовой коэффициент. Коэффициент одного слоя составляет соответствующая матрица W 1 , W 2 или W 3 . Все сигналы одного слоя умножаются на его весовые коэффициенты и суммируются для формирования входных данных для каждого узла последующего слоя. Передаточная функция f 1 , f 2 или f 3 преобразует этот вход в выход узла. Выходы всех узлов слоя составляют вектор a→1, a→2 или a→3. Затем эти операции повторяются для следующего слоя и так далее. Наконец, выходные сигналы вычисляются. Описанная процедура может быть записана следующими выражениями: a→1=f1(W1p→), a→2=f2(W2a→1) и δΘ→=a→3=f3(W3a→2), где p→ входной вектор сети, состоящий из рабочих условий U и контролируемых переменных Y.

    Чтобы найти неизвестные весовые коэффициенты, перцептрон подвергается нескольким итерациям (эпохам) алгоритма обучения с обратным распространением, который минимизирует общую ошибку вывода сети. В каждую эпоху коэффициенты корректируются в направлении, уменьшающем ошибку вывода. Эпохи повторяются, пока алгоритм не найдет минимум ошибки. Перед оценкой коэффициентов ожидания необходимо определить гиперпараметры сети, а именно количество скрытых слоев, количество нейронов на каждом скрытом слое, тип функций активации и количество эпох. Это процесс оптимизации [21], обычно проводимый вручную методом проб и ошибок [22].

    2.3. Полиномы

    Исследование, проведенное Loboda et al. [23] успешно применяет полиномы второго порядка для создания базовой модели газовой турбины. Следовательно, этот тип полиномов был выбран в качестве метода-кандидата в настоящем исследовании.

    Как описано в разделе 1, предлагаемая обратная диагностическая модель имеет структуру Θ→(Y,→U→). Модель создавалась на данных, соответствующих стандартным условиям окружающей среды. Поэтому внутри вектора U→ модель использует только один элемент — переменную степенного множества. Чтобы использовать модель для других условий окружающей среды, входные переменные Y→ и U должны быть скорректированы до стандартных условий с использованием известных поправочных соотношений [24]. Учитывая приведенное выше объяснение, полиномиальная модель второго порядка для одного параметра неисправности δΘ принимает вид:

    Это уравнение можно переписать в векторной форме как δΘ=VT→A→. Где A→ представляет собой вектор k × 1 коэффициентов, а V→ представляет собой вектор k × 1 произведений Y и U, умноженных на соответствующие коэффициенты в уравнении (2).

    Полиномы для всех параметров разлома δΘ→ представлены в обобщенном виде следующим выражением:

    где матрица A k × r включает неизвестные коэффициенты ai для всех r параметров здоровья. Учитывая, что одной рабочей точки недостаточно для расчета всех коэффициентов, данные, используемые для оценки коэффициентов, включают t рабочих точек с различными условиями эксплуатации и состояния здоровья. Пусть совокупность значений параметров здоровья представляет собой t × r-матрицу δΘ, а множество всех значений произведений Y и U представляет собой t × k-матрицу V. Тогда линейная система уравнений для параметров δΘ примет вид δΘ = VA.

    Для высокой точности оценок δΘ задействован большой объем исходных данных, и широко распространено решение

    рисуется методом наименьших квадратов.

    Входные данные были сгенерированы программой GasTurb для турбовальных и турбовентиляторных двигателей. Турбовал установлен в качестве основного двигателя для испытаний и имеет большой объем генерируемых данных, на которых изучается множество влияющих факторов. Турбовентилятор представляет собой вторичный тестовый двигатель с меньшим объемом данных для проверки общей жизнеспособности предложенных диагностических моделей.

    3. Модели для диагностики турбовала

    3.1. Входные данные

    Для турбовала GasTurb имитирует следующие переменные, которые обычно измеряются в реальных двигателях и могут использоваться для мониторинга двигателя: температура и давление на выходе из каждого компрессора и турбины и расход топлива. Среди рабочих условий моделируются скорость вращения золотника компрессора, температура окружающей среды и давление окружающей среды. В настоящем исследовании в качестве входной переменной модели используется скорость вращения золотника, тогда как температура и давление окружающей среды имеют постоянные стандартные значения. Доступные и выбранные параметры неисправности корректируют производительность и КПД компрессора и турбин. В таблице 1 указаны все эти величины.

    Многомерное пространство выбранных параметров разлома вызывает потребность в большом количестве смоделированных данных, чтобы полностью покрыть это пространство. Таким образом, каждый из шести параметров неисправности ΔCC, ΔCE, ΔHPTC, ΔHPTE, ΔPTC и ΔPTE имел одинаковые 6 уровней значений: 0 %, 1 %, 2 %, 3 %, 4 % и 5 %. Эти фиксированные уровни были введены, чтобы лучше увидеть влияние серьезности деградации на ошибки моделирования. Пять режимов работы задавались разными значениями скорости шпули. Для каждого режима смоделированные данные включают необходимые переменные Y и U в 1458 рабочих точках с различными сочетаниями параметров неисправности и их уровней. Всего для всех режимов работы данные охватывают 7290 рабочих точек. Они разделены на набор для обучения, охватывающий 85% данных по каждому режиму, и набор для проверки с остальными данными.

    Для дополнительной проверки модели также был создан тестовый набор. На каждом режиме работы он имеет 150 точек со случайным распределением параметров неисправности в интервале (0%, -5%), что в сумме дает 750 точек для 5 режимов. Такое равномерное распределение случайных параметров позволяет полностью покрыть область моделирования и, следовательно, способствует точной аппроксимации данных. Выбранный интервал параметров соответствует рекомендациям обширного исследования, проведенного Fentaye et al. [2] о различных механизмах деградации и вызываемых ими потерях характеристик двигателя.

    3.2. Конфигурация персептрона

    Персептрон с архитектурой одного скрытого слоя достаточен для решения любой задачи классификации, и это подтверждают несколько исследований [25]. Однако для задачи аппроксимации непрерывной функции один скрытый слой оказался не лучше полинома второй степени [23]. Основываясь на этом соображении и исследованиях по фильтрации шума [26,27], которые рекомендуют персептрон с двумя скрытыми слоями, для предлагаемых диагностических моделей были выбраны конфигурации с одним и двумя слоями. В этих моделях контролируемые переменные Y→ и рабочее состояние U являются входами, а параметры отказа δΘ→ являются выходами. Теорема Колмогорова является примечательной ссылкой на начальную конфигурацию персептрона, предполагающую, что количество нейронов в скрытом слое ИНС не должно превышать 2n+1 [28], где n обозначает количество входов. Персептрон изучается с использованием вариаций алгоритма обратного распространения [29]. ] доступны в Matlab.

    3.3. Модель диагностики одного режима

    Чтобы лучше понять влияние аргументов на точность модели, сначала создается упрощенная модель δΘ→(Y→) для диагностики одного фиксированного режима. Сеть MLP, используемая для этой модели, имеет контролируемые переменные Y→ в качестве входов и параметры отказа δΘ→ в качестве выходов. Были протестированы различные конфигурации одного и двух скрытых слоев с использованием всех 18 методов обучения, доступных в Matlab. Для каждого метода обучение проводилось с разным количеством эпох обучения, чтобы выбрать оптимальное количество для метода. Критерием сравнения для анализируемых методов была среднеквадратическая ошибка (RMSE) между истинными значениями, используемыми в GasTurb, и значениями, смоделированными сетью. В таблице 2 показаны результаты наилучших конечных конфигураций сети с одним скрытым слоем (ИНС 1) и сети с двумя скрытыми слоями (ИНС 2). Режим работы здесь задается относительной скоростью золотника 1,0, что соответствует максимальной мощности 100%. Можно видеть, что по средней точности, показанной в последней строке, ИНС 2, обученная функцией trainbr Matlab (Байесовское регулирование), является наилучшей конфигурацией.

    После демонстрации высокой точности двух скрытых слоев MLP были проведены тесты для определения количества нейронов во втором скрытом слое. Были протестированы разные числа при неизменном режиме (100%), восемь нейронов в первом скрытом слое, метод (Байесовская регуляция) и периоды обучения (500). В таблице 3 представлены результаты, которые позволяют отметить, что увеличение числа нейронов в целом повышает точность, а наилучшая конфигурация сети имеет 28 скрытых нейронов.

    После того, как количество нейронов во втором скрытом слое было определено, MLP также был протестирован в других 4 режимах работы, заданных относительными значениями скорости катушки 0,9 (90%), 0,8, 0,7 и 0,6. Результаты для всех 5 режимов, представленные в таблице 4, показывают, что уровень точности остается высоким для всех режимов.

    Рисунок 2 подтверждает высокую степень точности аппроксимации, достигаемую сетью MLP. На рис. 2а показаны три параметра неисправности, используемые в GasTurb, в сравнении с теми же параметрами, смоделированными в MLP. Обе кривые практически совпадают на рисунке по всем параметрам во всех точках. График второго параметра в увеличенном масштабе на рис. 2b показывает, что максимальная разница между исходными значениями и значениями MLP составляет около 0,005%. Это в 200 раз меньше 1%, который обычно считают минимальной величиной изменений, вызванных неисправностями двигателя. Таким образом, можно констатировать, что модель параметров неисправности на основе МЛП является достаточно точной и полезной для диагностики двигателей.

    3.4. Расширенная диагностическая модель

    Модель, рассмотренная в предыдущем подразделе, предназначена для диагностики в фиксированном режиме. Чтобы сделать модель более универсальной и полезной, ее расширяют, добавляя к входным данным модели переменную скорости шпули. Такая модель будет иметь структуру δΘ→(Y,→U). В отличие от предыдущего подраздела, где каждая модель определялась с помощью отдельного набора данных, сгенерированного в одном из 5 режимов, новая модель будет изучаться со всеми наборами данных, доступными для разных режимов. Так как изменение модели небольшое, с 9до 10 входов с одинаковыми выходами были проверены одинаковые конфигурации MLP. MLP с одним и двумя скрытыми слоями снова были протестированы с большим количеством нейронов, эпох и методов обучения. В таблице 5 показаны результаты тестирования для двух конфигураций сети и двух функций обучения. Как и прежде, две сети со скрытыми слоями, обученные байесовским методом обучения, демонстрируют наилучшую точность.

    Продемонстрировав большую точность МЛП с двумя скрытыми слоями, были проведены тесты для определения количества нейронов во втором слое при неизменном методе обучения и количестве эпох. Основываясь на предыдущем опыте использования модели с одним режимом, 19до 31 нейрона были прозондированы во втором скрытом слое. В таблице 6 показаны результаты набора тестов, а именно RMSE параметров работоспособности для каждого номера узла. Как видно, конфигурация с 27 нейронами во втором скрытом слое является наиболее точной.

    По сравнению с однорежимными моделями, которые имеют очень низкие ошибки аппроксимации, ошибки расширенной модели значительно больше. Согласно табл. 4 и табл. 6 ошибки увеличились в 5–10 раз. Даже с этой потерей точности предложенная сеть кажется способной диагностировать. На фоне значений параметров неисправности, которые варьируются от 1 % до 5 %, средняя ошибка составит всего 0,0534 %, т. е. в 20 раз меньше наименьшего значения параметра.

    3.5. Сравнение аппроксимационных функций для расширенной модели

    Loboda et al. [23] сравнили возможности аппроксимации полиномов второй степени и типичного MLP с одним скрытым слоем в приложении с базовой моделью. MLP показал лучшую аппроксимацию данных на обучающих выборках, однако на тестовых выборках потерял точность, хотя авторы ожидали превосходства сети. Они указали на очень похожие характеристики обоих инструментов с небольшим преобладанием полиномов и отказались от идеи превосходства MLP.

    Вышеупомянутая работа вдохновила нас на разработку полиномиальной расширенной модели Θ→(Y,→U) и сравнение ее с сетевой моделью для выбора наилучшей. Обе модели турбовала были обучены на обучающем наборе и применены к наборам для проверки и тестирования, описанным в подразделе «Входные данные».

    На рис. 3 представлены параметры неисправности ΔHPTE, ΔPTC и ΔPTE, использованные в GasTurb и смоделированные полиномами второй степени. Все данные, представленные на рисунке, взяты из проверочного набора. На рис. 4 показаны те же параметры, но моделирование проводилось методом MLP с двумя скрытыми слоями. Сравнивая эти цифры отдельно для каждого параметра неисправности, моделирование MLP намного ближе к истинным значениям, чем полиномиальное моделирование для всех представленных параметров.

    На рисунках 5 и 6 показано поведение тех же параметров, что и на рисунках 3 и 4, но теперь параметры вычисляются для тестового набора. Сравнение этих цифр подтверждает предыдущий вывод о более высокой точности модели, основанной на МЛП.

    В дополнение к качественному анализу рис. 3, рис. 4, рис. 5 и рис. 6 таблица 7 помогает нам провести количественное сравнение полиномиальной модели и модели на основе MLP. Таблица включает средние ошибки параметра ошибки обоих методов на данных наборов для обучения, проверки и тестирования. Каждый набор данных показывает, что модель на основе MLP намного точнее для каждого параметра и в целом.

    Для подтверждения результатов, полученных для турбовала, в качестве второго двигателя был выбран турбовентилятор в связи с его широким использованием в качестве силовой установки для пассажирских и грузовых самолетов.

    4. Диагностические модели турбовентилятора

    4.1. Входные данные

    Как и в случае с турбовалом, для разработки диагностических моделей турбовентилятора GasTurb генерировала данные с различными неисправностями и условиями работы. Были смоделированы и записаны следующие переменные. Режим работы двигателя задается в GasTurb переменной скорости золотника HPC. Среди смоделированных параметров газового тракта были выбраны семь переменных, обычно используемых для мониторинга. Что касается параметров неисправности, то их количество увеличено с шести до восьми, поскольку турбовентилятор имеет большую сложность и большее количество компонентов, требующих оценки их исправности. В таблице 8 указаны все эти количества.

    Учитывая, что турбовентилятор представляет собой вторичный тестовый пример, предназначенный для подтверждения общей жизнеспособности предложенной диагностической модели, и что работа с GasTurb в основном выполняется вручную, общий объем генерируемых данных меньше. Для каждого из 5 режимов данные включают 700 рабочих точек с различными параметрами неисправности, случайно распределенными в диапазоне от 0% до ±5%. Таким образом, общие данные включают 3500 рабочих точек. Обучающий набор, который используется для определения моделей диагностики турбовентилятора, охватывает 85% данных для каждого режима. Остальные данные образуют проверочный набор, предназначенный для проверки модели. Все показатели точности моделей, показанные в следующих подразделах, были получены на данных валидации.

    4.2. Расширенная модель диагностики турбовентилятора на основе MLP

    Поскольку однорежимные модели турбовала были промежуточными и не предназначались для диагностического применения, эти модели не были созданы для турбовентилятора. Расширенные модели были только сформированы, а методология, используемая для построения и проверки моделей турбовала, была сохранена. В качестве первого шага были протестированы все доступные методы обучения МЛП, в результате чего был выбран метод байесовской регуляризации как наиболее точный. Затем были протестированы различные конфигурации сети с различным количеством нейронов. RMSE для этих конфигураций приведены в таблице 9.. Сравнивая ее с таблицей 6, можно наблюдать увеличение общей ошибки. Это более значимо для первых двух параметров здоровья. Этот факт будет дополнительно проанализирован. Что касается влияния количества нейронов, то оно сейчас не сильное: среднее значение RSME изменяется от 0,4024 до 0,4122, а наименьшая ошибка соответствует 19 нейронам.

    4.3. Сравнение моделей на основе MLP и полиномов

    Чтобы найти лучшую модель и выяснить, связана ли описанная выше потеря точности с используемой сетью или является общей проблемой, была также разработана диагностическая модель турбовентилятора на основе полиномов. В таблице 10 показаны среднеквадратичные ошибки обеих моделей. Полиномы имеют ту же проблему точности. При этом их погрешности больше по всем параметрам разломов и в среднем почти в два раза по сравнению с МЛП.

    Чтобы лучше понять поведение параметров неисправности и ошибки, в приведенном ниже анализе используется графический режим. Поскольку первые два параметра неисправности, соответствующие вентилятору, дают большие ошибки, на рис. 7 они представлены отдельно, а на рис. 8 показаны параметры других компонентов, а именно HPC, HPT и LPT. На этих рисунках показаны три величины для каждого параметра: исходные значения, полученные с помощью Gas Turb, моделирования MLP и моделирования полиномов.

    На рис. 7 видны видимые различия (ошибки) между истинными и смоделированными значениями для обоих параметров и обеих моделей. Первый параметр Delta LPC Capacity имеет большие ошибки для обеих моделей, тогда как второй параметр MLP является более точным. Кроме того, на графиках видно, что моделирование первого параметра обеими моделями ухудшается после точки 100, где происходит смена режима работы.

    Рисунок 8 помогает проанализировать поведение остальных параметров неисправности. Общее впечатление от представленных здесь графиков состоит в том, что смоделированные значения удовлетворительно соответствуют исходным. Все ошибки значительно ниже, чем у параметров вентилятора. Единственным исключением является неточно смоделированный полиномами первый параметр «Delta HPC Capacity». При этом для каждого из представленных параметров полиномы уступают MLP.

    Сравнение двух моделей двигателей показывает, что точность модели турбовентилятора в основном приемлема, но ухудшилась как для моделей на основе MLP, так и для полиномиальных моделей по сравнению с моделями турбовальных двигателей. Это ухудшение в первую очередь связано с большими ошибками моделирования параметров неисправности вентилятора. Поскольку эти ошибки имеют место для обоих методов аппроксимации, они не являются конкретной проблемой метода, а скорее представляют собой общую проблему оценки. Вероятными объяснениями являются слабое влияние этих параметров на контролируемые переменные и увеличение общего количества оцениваемых параметров (с 6 для турбовала до 8). Дополнительными отрицательными факторами являются уменьшение количества контролируемых переменных с 8 до 7 и значительное сокращение обучающих данных примерно с 6200 до 3000 рабочих точек.

    Чтобы решить эту проблему с ошибками, естественно исключить параметры неисправности LPC из расчетных величин, поскольку LPC — это вентилятор, открытый для визуального осмотра. Еще один способ – многоточечный вариант диагностики. В рамках этой опции диагностическая модель будет получать измерения из разных рабочих точек для оценки вектора параметров одного отказа. Такое увеличение входной информации приведет к значительному повышению точности оценки.

    5. Выводы

    Модели инверсных газовых турбин были разработаны и испытаны в настоящей работе. Эти диагностические модели вычисляют неизвестные параметры неисправности каждого компонента двигателя и, таким образом, предоставляют полезную информацию о состоянии компонентов. Поскольку цель диагностического подхода GPA достигнута, разработанные модели представляют собой законченный метод диагностики газовых турбин.

    Для получения более общих и надежных результатов были выбраны и применены два альтернативных метода аппроксимации, искусственные нейронные сети (а именно, MLP) и полиномы для создания моделей двух разных двигателей, турбовала и турбовентилятора. В целом для всех рассмотренных случаев было установлено, что точность параметров неисправности достаточна для успешной диагностики двигателя. Хотя модели турбовентиляторов имеют большие ошибки аппроксимации, эти ошибки остаются значительно меньшими, чем истинные значения параметров неисправности. Это позволяет правильно оценить состояние компонентов двигателя. Что касается методов аппроксимации, MLP с двумя скрытыми слоями признан лучшим и рекомендуется для дальнейшего использования.

    В отличие от исходного нелинейного GPA, в котором используется нелинейная модель, основанная на физике, и итеративная процедура адаптации для оценки параметров разлома, новые модели, управляемые данными, выполняют ту же работу, но намного быстрее и надежнее. Поскольку разработанные модели представляют собой простые, быстрые и надежные алгоритмы диагностики и обладают высокой точностью, они могут получить широкое применение в реальных онлайн-системах диагностики.

    Вклад авторов

    Концептуализация, I.G.C. и И.Л.; методология, I.G.C. и И.Л.; программное обеспечение, IGC; валидация и J.L.P.R.; формальный анализ, I.G.C.; расследование, IGC; ресурсы, I. G.C. и И.Л.; курирование данных, J.L.P.R.; написание — подготовка первоначального проекта, I.G.C.; написание-обзор и редактирование, И.Л.; визуализация, IGC; надзор, И.Л.; администрирование проекта, И.Л. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

    Финансирование

    Это исследование не получило внешнего финансирования.

    Заявление об информированном согласии

    Неприменимо.

    Заявление о доступности данных

    Неприменимо.

    Благодарности

    Авторы получили поддержку Национального политехнического института (Мексика) и UNAM-DGAPA в рамках программы постдокторских стипендий.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

    Каталожные номера

    1. Борге, С.; Леонар, О .; Деваллеф, П. Регрессионное моделирование парка газотурбинных двигателей для определения тенденций производительности. В материалах ASME Turbo Expo 2015: Техническая конференция и выставка турбин GT-2015, Монреаль, Квебек, Канада, 15–19 июня 2015 г. [Google Scholar]
    2. Fentaye, AD; Бахета, А.Т.; Гилани, С.И.; Киприанидис, К.Г. Обзор диагностики газовых трактов газовых турбин: современные методы, проблемы и возможности. Aerospace 2019 , 6, 83. [Google Scholar] [CrossRef][Green Version]
    3. Тахан, М.; Цуцанис, Э.; Мухаммед, М .; Абдул Карима, З.А. Мониторинг работоспособности на основе производительности, диагностика и прогнозирование технического обслуживания газовых турбин на основе состояния: обзор. заявл. Энергетика 2017 , 198, 122–144. [Google Scholar] [CrossRef][Green Version]
    4. Ogaji, S.; Сампат, С .; Сингх, Р.; Проберт, С.Д. Подбор параметров для диагностики ухудшения работы ГТУ. заявл. Энергия 2002 , 73, 25–46. [Академия Google] [CrossRef]
    5. Силеманн, М.; Торейд, М.; Классон, Дж.; Нгуен, А .; Чжао, X .; Саху, С.; Киприанидис, К. Modelica и интерфейс функционального макета: открытые стандарты для моделирования газовых турбин. В материалах ASME Turbo Expo 2019: Turbine Technical Conference and Exposit, Ченнаи, Индия, 17–21 июня 2019 г. [Google Scholar]
    6. GasTurb GmbH. ГазТурб. 2020. [На линии]. Доступно в Интернете: http://www.gasturb.de/ (по состоянию на 16 декабря 2021 г.).
    7. Groetsch, CW Обратные задачи в математических науках; Vieweg: Берлин, Алемания, 1993. [Google Scholar]
    8. Мозегаард, К.; Тарантола, А. Выборка Монте-Карло решений обратных задач. Дж. Геофиз. Рез. Твердая Земля 1995 , 100, 12431–12447. [Google Scholar] [CrossRef]
    9. Volponi, A.J. Мониторинг состояния газовых турбин и диагностика неисправностей I. В газовых турбинах; Институт гидродинамики фон Кармана: Синт-Генезиус-Роде, Бельгия, 2003 г.; (Серия лекций 2003-01). [Google Scholar]
    10. Доэл, Д.Л. Интерпретация результатов анализа газового тракта методом наименьших квадратов. Дж. Инж. Газовые турбины Power Julio 2003 , 125, 624–633. [Google Scholar] [CrossRef]
    11. Камбукос, П.; Матиудакис, К. Сравнение линейной и нелинейной диагностики производительности газовой турбины. Дж. Инж. Газовые турбины Power 2005 , 127, 49–56. [Google Scholar] [CrossRef]
    12. Стаматис, А.; Матиудакис, К.; Смит, М.; Папайли, К. Идентификация неисправностей компонентов газовой турбины с помощью адаптивного моделирования характеристик. Конгресс и выставка газотурбинных и авиационных двигателей; Цифровая коллекция ASME: Брюссель, Бельгия, 19 лет.90. [Google Scholar]
    13. Gatto, E.L.; Ли, Ю .; Пилидис, П. Адаптация запроектных характеристик газовой турбины с использованием генетического алгоритма. На выставке IGTI/ASME Turbo Expo 2006; Цифровая коллекция ASME: Барселона, Испания, 2006 г. [Google Scholar]
    14. Хусточка О.; Епифанов С.; Зеленский Р.; Пшисова, Р. Оценка рабочих параметров компонентов газотурбинного двигателя с использованием экспериментальных данных в условиях параметрической неопределенности. Aerospace 2020 , 7, 6. [Google Scholar] [CrossRef][Green Version]
    15. Стенфельт, М.; Заккария, В.; Киприанидис, К. Адаптация схемы автоматического согласования газовых турбин для надежной диагностики ГПД. В материалах выставки ASME Turbo Expo 2019, Феникс, Аризона, США, 17–21 июня 2019 г. [Google Scholar]
    16. Misté, G.A.; Бенини, Э. Настройка характеристик турбореактивного двигателя с помощью новой концепции адаптации карты. Дж. Инж. Газовые турбины Power 2014 , 136, 071202. [Google Scholar] [CrossRef]
    17. Fast, M.; Ассади, М.; Де, С. Техническое обслуживание газовых турбин на основе состояния с использованием данных моделирования и искусственной нейронной сети: демонстрация осуществимости. В материалах выставки IGTI/ASME Turbo Expo 2008, Берлин, Германия, 9– 13 июня 2008 г. [Google Scholar]
    18. Saravanamuttoo, H.I.H.; МакИсаак, Б.Д. Термодинамические модели для диагностики трубопроводных газовых турбин. ASME Дж. Инж. Мощность 1983 , 105, 875–884. [Google Scholar] [CrossRef]
    19. Дуда Р.О. Классификация шаблонов; Wiley-Interscience: New York, NY, USA, 2001. [Google Scholar]
    20. Haykin, S. Neural Networks; Macmillan College Publishing Company: New York, NY, USA, 1994. [Google Scholar]
    21. Thomas, A.J.; Петридис, М.; Уолтерс, С.Д. О прогнозировании оптимального количества скрытых узлов. В материалах Международной конференции по вычислительной науке и вычислительному интеллекту, Лас-Вегас, Невада, США, 7–9.Декабрь 2015 г. [Google Scholar]
    22. Ойха, В.; Снасел, В.; Абрахам, А. Метаэвристический дизайн нейронных сетей с прямой связью: обзор двух десятилетий исследований. англ. заявл. Артиф. Интел. 2017 , 60, 97–116. [Google Scholar] [CrossRef][Green Version]
    23. Лобода И.; Фельдштейн Ю. Полиномы и нейронные сети для мониторинга газовых турбин: сравнительное исследование. Междунар. J. Турбореактивные двигатели 2011 , 28, 227–236. [Google Scholar] [CrossRef]
    24. Volponi, A.J. Коррекция параметров газовой турбины. На Международном конгрессе и выставке газовых турбин и авиационных двигателей; Цифровая коллекция ASME: Стокгольм, Швеция, 19 лет.98. [Google Scholar]
    25. Эсваран К.; Сингх, В. Некоторые теоремы для нейронных сетей с прямой связью. Междунар. Дж. Вычисл. заявл. 2015 , 130, 1–17. [Google Scholar] [CrossRef]
    26. Castillo, IG; Лобода, И.; Диас, Дж.Г. Perceptrón Multicapa para Filtración de Datos de Entrada en el Diagnóstico de Turbinas de Gas. In Memorias del Congreso Internacional de Ingeniería Electromecánica y de Sistemas CIIES 2014; Издание на компакт-диске: Сьюдад-де-Мехико, Мексика, 2014 г. [Google Scholar]
    27. Lu, P.; Чжан, М .; Хсу, ТК; Чжан, Дж. Оценка диагностики неисправностей двигателя с использованием искусственных нейронных сетей. Дж. Инж. Газовые турбины Power 2001 , 123, 340–346. [Google Scholar] [CrossRef]
    28. Хехт-Нильсен, Теорема существования картографической нейронной сети Р. Колмогорова. В материалах Международной конференции по нейронным сетям, Сан-Диего, Калифорния, США, 21–24 июня 1987 г. [Google Scholar]
    29. Demuth, H.; Beale, M. Neural Network Toolbox для использования с Matlab, Руководство пользователя; The MathWorks: Natick, MA, USA, 2002. [Google Scholar]

    Рисунок 1. Два скрытых слоя Компания MLP предложила разработать диагностические модели GasTurb.

    Рисунок 1. Два скрытых слоя Компания MLP предложила разработать диагностические модели GasTurb.

    Рисунок 2. Исходные параметры неисправности и параметры, смоделированные однорежимной диагностической моделью на основе ИНС (( a ) 3 параметра, нормальный масштаб; ( b ) параметр эффективности компрессора, увеличенный масштаб).

    Рисунок 2. Исходные параметры неисправности и параметры, смоделированные однорежимной диагностической моделью на основе ИНС (( a ) 3 параметра, нормальный масштаб; ( b ) параметр КПД компрессора, увеличенная шкала).

    Рисунок 3. Параметры неисправности ΔHPTE, ΔPTC и ΔPTE, истинные и смоделированные полиномами (проверочный набор).

    Рисунок 3. Параметры неисправности ΔHPTE, ΔPTC и ΔPTE, истинные и смоделированные полиномами (проверочный набор).

    Рисунок 4. Параметры неисправности ΔHPTE, ΔPTC и ΔPTE, истинные и смоделированные с помощью MLP (набор для проверки).

    Рисунок 4. Параметры неисправности ΔHPTE, ΔPTC и ΔPTE, истинные и смоделированные с помощью MLP (набор для проверки).

    Рисунок 5. Параметры неисправности ΔHPTE, ΔPTC и ΔPTE, истинные и смоделированные полиномами (испытательная установка).

    Рисунок 5. Параметры неисправности ΔHPTE, ΔPTC и ΔPTE, истинные и смоделированные полиномами (испытательная установка).

    Рисунок 6. Параметры неисправности ΔHPTE, ΔPTC и ΔPTE, истинные и смоделированные с помощью MLP (тестовая установка).

    Рисунок 6. Параметры неисправности ΔHPTE, ΔPTC и ΔPTE, истинные и смоделированные с помощью MLP (тестовая установка).

    Рисунок 7. Параметры неисправности вентилятора, сгенерированные GasTurb и аппроксимированные полиномами и MLP.

    Рисунок 7. Параметры неисправности вентилятора, сгенерированные GasTurb и аппроксимированные полиномами и MLP.

    Рисунок 8. Параметры отказа HPC, HPT и LPT, сгенерированные GasTurb и аппроксимированные полиномами и MLP: ( a ) параметры компрессора высокого давления, ( b ) параметры турбины высокого давления, ( c ) параметры силовой турбины).

    Рис. 8. Параметры отказа HPC, HPT и LPT, сгенерированные GasTurb и аппроксимированные полиномами и MLP: ( a ) параметры компрессора высокого давления, ( b ) параметры турбины высокого давления, ( c ) параметры силовой турбины).

    Таблица 1. Моделируемые величины турбовала.

    Таблица 1. Моделируемые величины турбовала.

    . 1246 HP Turbine Exit Pressure
    # Название Сокращение
    OPERATING CONDITION (U)
    1 Compressor Spool Speed ​​ ZXN
    FAULT PARAMETERS (Θ)
    1 Compressor Capacity Delta [%] ΔCC
    2 Compressor Efficiency Delta [%] ΔCE
    3 HPT Capacity Delta [%] ΔHPTC
    4 HPT Efficiency Delta [%] ΔHPTE
    5 PT Capacity Delta [%] ΔPTC
    6 PT Efficiency Delta [%] ΔPTE
    MONITORED VARIABLES (Y)
    1 Поставленная мощность вала SPD
    2 Топливный поток P44
    5 PT Turbine Exit Pressure P5
    6 Compressor Exit Temperature T3
    7 HP Turbine Exit Temperature T44
    8 Температура на выходе турбины PT T5

    Таблица 2. СКО для конфигураций MLP однорежимной диагностической модели (турбовал, относительная скорость золотника 1,0).

    Таблица 2. СКО для конфигураций MLP однорежимной диагностической модели (турбовал, относительная скорость золотника 1,0).

    1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111115719тели.0571
    Ошибка
    Параметры
    ANN 1
    Метод обучения: TrainRP
    Эпохи: 8000
    ANN 2
    Анна. 2
    Метод обучения: Trainbr
    Эпохи: 500
    Обучение Validation Learning Validation Learning Validation Learning Validation
    ΔCC 0.1910 0.1992 0.0380 0. 0400 0.0109 0.0116 0.0073 0,0081
    ΔCE 0,1037 0,1092 0,0163 0,17 6

    1
    1246 0.0082 0.0073 0.0079
    ΔHPTC 0.2043 0.2062 0.1797 0.1811 0.0205 0.0228 0. 0089 0.0091
    ΔHPTE 0.1974 0.2019 0,0387 0,0415 0,0151 0,0159 0,0085 0,0087
    δ 0.1783 0.1843 0.0246 0.0274 0.0076 0.0078
    ΔPTE 0. 1971 0.2016 0.0592 0.0614 0.0286 0.0304 0.0078 0.0088
    Average 0.1831 0.1884 0.0850 0.0878 0.0179 0.0194 0.0079 0.0084

    Таблица 3. Подбор оптимального количества нейронов (турбовал, относительная скорость шпули 1,0).

    Таблица 3. Подбор оптимального количества нейронов (турбовал, относительная скорость шпули 1,0).

    Fault Parameter Neurons in the 2nd Hidden Layer
    9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
    ΔCC 0.1809 0.0290 0.0339 0.0301 0. 0319 0.0174 0.0198 0.0124 0.0100 0.0166 0.0099
    ΔCE 0.0367 0.1811 0.0252 0.0172 0.0221 0.0157 0.0169 0.0153 0.0162 0.0073 0.0156
    ΔHPTC 0. 1767 0.0478 0.1754 0.1500 0.1789 0.0190 0.0177 0.0125 0.0197 0.0117 0.0122
    ΔHPTE 0,0346 0,0398 0,0391 0,0241 0,0388 0,0165 0,01174

    0,011741111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111h246 0,0165. 0.0115 0.0071
    ΔPTC 0.0445 0.1828 0.0392 0.1519 0.0426 0.0200 0.0186 0.0231 0.0164 0.0187 0.0114
    ΔPTE 0,0336 0,1836 0,1813 0,0464 0,0288 0,0160 0,0257 0,02571460 0,0160 0,0257 0,0160 0,0257 0,0160. 0571 0.0128 0.0203
    Average 0.0845 0.1107 0.0824 0.0700 0.0572 0.0174 0.0193 0.0162 0.0148 0.0131 0.0128
    Fault Параметры Нейроны 2-го скрытого слоя
    20 21 291 23 24 25 26 27 28 29 30
    ΔCC 0. 0084 0.0081 0.0090 0.0081 0.0070 0.0082 0.0101 0.0073 0.0055 0.0066 0.0089
    ΔCE 0.0069 0.0057 0.0067 0.0079 0.0050 0.0052 0.0055 0.0066 0. 0044 0.0055 0.0063
    ΔHPTC 0.0086 0.0083 0.0109 0.0091 0.0082 0.0086 0.0087 0.0084 0.0059 0.0068 0.0090
    ΔHPTE 0.0084 0.0088 0.0126 0.0087 0. 0075 0.0082 0.0083 0.0106 0.0065 0.0073 0.0064
    ΔPTC 0.0098 0.0099 0,0112 0,0078 0,0085 0,0100 0,0114 0,0087 0,0068 0,0087911111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111119а 0,0068. 0572
    ΔPTE 0.0098 0.0084 0.0135 0.0088 0.0096 0.0093 0.0107 0.0097 0.0064 0.0086 0.0088
    Average 0.0087 0.0082 0,0107 0,0084 0,0076 0,0082 0,0091 0,0085 0,0059 0,0081 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111119н0572

    Таблица 4. СКО для 5 режимов работы.

    Таблица 4. СКО для 5 режимов работы.

    Fault Parameter/Relative Compressor Spool Speed ​​ 1 0.9 0.8 0.7 0.6
    ΔCC 0.0055 0.0095 0.0066 0.0105 0.0075
    ΔCE 0,0044 0.0064 0.0050 0. 0083 0.0054
    ΔHPTC 0.0059 0.0086 0.0084 0.0084 0.0090
    ΔHPTE 0.0065 0.0114 0.0075 0.0077 0,0044
    Δptc 0,0068 0,0114 0,0084 0,0098 0,0087 0,0098 0,0087 0,0098 0,0087 0,0098 0,008 0,0098 0,008 0,0098. 0571 0.0064 0.0123 0.0125 0.0160 0.0166
    Average 0.0059 0.0099 0.0081 0.0101 0.0090

    Table 5. RMSE для лучших конфигураций MLP расширенной диагностической модели.

    Таблица 5. RMSE для лучших конфигураций MLP расширенной диагностической модели.

    Неисправность Параметр ANN 1 Trainrp ANN 2 Trainrp ANN 1
    Trainbr
    ANN 2
    Trainbr
    LEARN VALID LEARN VALID LEARN VALID LEARN VALID
    ΔCC 0. 1086 0.103 0.0995 0.101 0.0146 0.0151 0.0499 0.0502
    ΔCE 0.2582 0.257 0.2515 0.2447 0.1171 0.117 0.0446 0.0465
    ΔHPTC 0.203 0.2064 0. 2171 0.2185 0.0545 0.0602 0.0416 0.0451
    ΔHPTE 0.2401 0.2394 0.2469 0.2476 0.0857 0.0856 0.0476 0.0478
    ΔPTC 0.2143 0.2084 0.225 0.2142 0. 043 0.0457 0.0663 0.0721
    ΔPTE 0.2783 0.2846 0,2636 0,2713 0,1779 0,1798 0,18 0,1822
    в среднем
    .0571 0.2173 0.2162 0.0821 0.0839 0. 0717 0.0740

    Table 6. Подбор оптимального количества нейронов (турбовал, расширенная модель).

    Таблица 6. Подбор оптимального количества нейронов (турбовал, расширенная модель).

    11471114711111471477777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777779н.
    Параметры разлома Нейроны 2-го скрытого слоя (RMSE)
    19 21 22 23 24 25
    ΔCC 0.1787 0.1796 0.0549 0. 0502 0.0438 0.0595
    ΔCE 0.0512 0.0577 0.0427 0.0465 0.0496 0.0451
    ΔHPTC 0.1805 0.1771 0.0548 0.0451 0.0396 0.0529
    ΔHPTE 0.0453 0.0521 0. 0471 0.0478 0.0454 0.0538
    ΔPTC 0.1822 0.0720 0.1813 0.0721 0.0704 0.0715
    Δpte 0,1799 0,1825 0,1824 0,1822 0,18352 0,1835112467.1112467. 0,18357 0,1822.1246 Average 0.1363 0.1202 0.0939 0.0740 0.0721 0.0592
    Fault Parameters Neurons in the 2nd Hidden Layer (RMSE)
    26 27 28 29 30 31 31 31 0.0523 0.0464 0.0671 0.0431 0.0455
    ΔCE 0.0373 0.0481 0.0374 0.0445 0.0364 0.0369
    ΔHPTC 0.0392 0.0488 0.0406 0.0478 0.0382 0.0399
    ΔHPTE 0. 0399 0.0491 0.0473 0.0405 0.0424 0.0424
    ΔPTC 0.0494 0.0617 0.0863 0.0712 0.0522 0.0591
    ΔPTE 0.1802 0.0601 0.1827 0.0689 0,1808 0,1824
    Среднее 0,0652 0,0534 0,0734 0,0579111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111546 0,0734 0,0567 0,0734 0,0567 0,0734 0,057 0,0734. 0571

    Таблица 7. Параметр ошибки RMSE полиномов и MLP.

    Таблица 7. Параметр ошибки RMSE полиномов и MLP.

    Fault Parameter Two Hidden Layers MLP Polynomials
    LEARN VALID TEST LEARN VALID TEST
    ΔCC 0.0518 0.0523 0.0689 0.1888 0. 1849 0.1448
    ΔCE 0.0462 0.0481 0.0570 0.0940 0.0901 0.0693
    ΔHPTC 0.0476 0.0488 0.0531 0,0735 0,0715 0,0546
    ΔHPTE 0,0505 0,0491 0,05771777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777тели 0,0491 0,0505 0,0491 0,0505 0,0491 0,0505 0,0491. 1246 0.0662 0.0558
    ΔPTC 0.0593 0.0617 0.0616 0.2287 0.2279 0.1633
    ΔPTE 0.0593 0.0601 0.0583 0.3946 0.3876 0.3226
    AVERAGE 0.0525 0.0534 0.0595 0. 1743 0.1714 0.1350

    Таблица 8. Смоделированные количества турбовентилятора.

    Таблица 8. Смоделированные количества турбовентилятора.

    # Name Abbreviation Name Abbreviation
    FAULT PARAMETERS (Θ) MONITORED VARIABLES (Y)
    1 LPC Capacity Delta [%] ΔLPCC Чистая тяга NT
    2 LPC Efficiency Delta [%] ΔLPCE Fuel Flow FF
    3 HPC Capacity Delta [%] ΔHPCC HPC Exit Pressure P3
    4 ГПК Дельта эффективности [%] ΔHPCE Давление выхода HPT P44
    5 HPT емкости Delta [%]

    6 5

    HPT [%] 4. MPT.1246 P5
    6 HPT Efficiency Delta [%] ΔHPTE HPC Exit Temperature T3
    7 LPT Capacity Delta [%] ΔLPTC LPT Exit Temperature T5
    8 LPT Efficiency Delta [%] ΔLPTE OPERATING CONDITION (U)
    HPC Spool Speed ​​ ZXNH

    Таблица 9. Подбор оптимального количества нейронов (турбовентилятор, расширенная модель).

    Таблица 9. Подбор оптимального количества нейронов (турбовентилятор, расширенная модель).

    914111111111111111111111146111111111111111111469146

    1246 1

    9
    Fault Parameter Neurons Number in the 2nd Hidden Layer
    14 15 16 17 18 19 20 21
    ΔLPCC 1,2903 1.2797 1.2820 1. 2674 1.2270 1.2857 1.2719 1.2752
    ΔLPCE 0.5195 0.5141 0.5153 0.5161 0.5536 0.5196 0.5286 0.5093
    ΔHPCC 0.1842 0.1994 0.1884 0.1976 0.2129 0. 1798 0.1928 0.1863
    ΔHPCE 0.2311 0.2453 0.2385 0.2359 0.2469 0.2301 0.2263 0.2356
    ΔHPTC 0.1431 0.1500 0.1527 0.1623 0.1418 0.1498 0.1571 0. 1524
    ΔHPTE 0.1787 0.1891 0.1810 0.1818 0.1865 0.1715 0.1798 0.1802
    ΔLPTC 0.3961 0.3930 0.3945 0.3858 0.4114 0.3890 0.3920 0.3872
    ΔLPTE 0,2981 0,2964 0,2963 0,2953 0,2885 0,2941 0,3149
    0,3149 0,2941 0,3149 0,2941. 1246 Average 0.4051 0.4084 0.4061 0.4053 0.4086 0.4024 0.4079 0.4029
    Fault Parameter Neurons Number in the 2nd Hidden Layer
    22 23 24 25 26 27 28 29
    ΔLPCC 1. 2641 1.2656 1.2728 1.2309 1.2807 1.2801 1.2988 1.2191
    ΔLPCE 0.5364 0.5296 0.5524 0.5251 0.5338 0.5454 0.5469 0.5530
    ΔHPCC 0.1806 0.1866 0. 1862 0.2084 0.2093 0.2033 0.1945 0.2092
    ΔHPCE 0.2405 0.2464 0.2405 0.2378 0.2531 0.2370 0.2338 0.2434
    ΔHPTC 0,1494 0,1492 0,1499 0,1562 0,1559 0,1447
    0,14479 0,14479 0,1447 0,1559. 0571
    ΔHPTE 0.1761 0.1849 0.1841 0.1964 0.1738 0.1886 0.1745 0.1890
    ΔLPTC 0.3949 0.3958 0.3933 0.3797 0.3870 0.3933 0.3842 0.3816
    ΔLPTE 0. 2984 0.2891 0.2946 0.2970 0.3043 0.2898 0.2981 0.2887
    Average 0.4050 0.4059 0.4092 0.4039 0.4122 0.4103 0.4100 0.4051

    Table 10. СКО параметра неисправности MLP и полиномов (турбовентилятор).

    Таблица 10. СКО параметра неисправности MLP и полиномов (турбовентилятор).

    Fault Parameter MLP Polynomials
    ΔLPCC 1.2857 1.3230
    ΔLPCE 0.5196 1.1355
    ΔHPCC 0.1798 0.6951
    ΔHPCE 0.2301 0.6106
    ΔHPTC 0.1498 0.

    Leave a Comment

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *