Регулировка турбины дизельного двигателя: Регулировка и ремонт актуатора турбины своими руками

Содержание

Регулировка и ремонт актуатора турбины своими руками

Турбонаддув сегодня является одним из самых распространенных способов, который позволяет существенно увеличить мощность бензинового или дизельного двигателя без увеличения рабочего объема силового агрегата.  Установка турбокомпрессора также является более эффективным решением по сравнению с механическими нагнетателями.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что лучше, турбина или компрессор. Из этой статьи вы узнаете о преимуществах и недостатках указанных способов увеличения мощности силовой установки.

Основой турбонаддува является подача воздуха в цилиндры ДВС под давлением. Чем больше воздуха удается подать в мотор, тем большее количество топлива получается сжечь. Гражданские версии турбомоторов имеют не слишком большой наддув, которого достаточно для достижения необходимых показателей. Вполне очевидно, что для достижения максимальной производительности на двигатели устанавливаются турбины, которые способны обеспечить высокое давление.

В этой статье мы поговорим о том, для чего нужен актуатор на турбине, каков принцип работы актуатора турбины, а также как производится проверка актуатора турбины и настройка данного элемента.

Содержание статьи

Актуатор турбины: особенности работы

Актуатор, он же вестгейт или вакуумный регулятор — клапан для сброса избыточного давления воздуха на высоких оборотах двигателя. Задачей данного решения является своеобразная защита турбокомпрессора и двигателя. Указанный регулятор для защиты от избыточных нагрузок находится в выпускном коллекторе (фактически, на самой турбине), местом установки является область перед турбиной.

Работает вестгейт по следующему принципу: если обороты двигателя высокие, в результате чего растет давление отработавших газов и давление надувочного воздуха, тогда открывается клапан. Его открытие перенаправляет часть выхлопных газов в обход турбинного колеса.

Другими словами, отработавшие газы, вращающие крыльчатку турбинного колеса и вал, на котором параллельно установлена крыльчатка компрессорного колеса, перепускаются. В результате интенсивность работы турбины снижается, уменьшается подача воздуха в цилиндры ДВС.

Так происходит в том случае, когда турбинное колесо раскручивается выхлопными газами до слишком высоких оборотов, в результате чего актуатор инициирует срабатывание обходного клапана, то есть отработавшие газы проходят мимо турбинного колеса. Получается, вестгейт попросту не позволяет турбонагнетателю раскручиваться до максимума под действием слишком сильного потока выхлопа на высоких оборотах мотора.

Добавим, что турбомоторы с завода изначально точно настроены. Во время тюнинга ДВС или установки турбонаддува на атмосферный мотор актуатор необходимо настраивать отдельно. Настройка и регулировка актуатора турбины является важным моментом, так как от нормальной работы системы зависит исправность двигателя и турбокомпрессора. Вестгейт желательно настраивать при помощи спецоборудования, но также это можно сделать самостоятельно, о чем мы расскажем ниже.

Распространенные неисправности вестгейта

Теперь давайте поговорим о частых неисправностях, при которых неизбежна замена актуатора турбины или требуется ремонт данного элемента. Начнем с того, что причин для выхода из строя указанной детали несколько. Прежде всего, ломаются электронные компоненты, возможны неисправности электромотора, а также происходит поломка зубьев шестерней привода клапана.

В ряде случаев проблема устраняется после диагностики в специализированных сервисах по ремонту турбин. Специалисты проводят проверку работоспособности контроллера, выполняют целый ряд тестов. Частой неисправностью, которую помогает устранить ремонт актуатора турбины без замены, является вышедшая из строя манжета (мембрана актуатора турбины).

В полседнем случае к поломке приводит значительный пробег и естественный износ деталей, в результате часто указанная манжета повреждается. Для устранения необходимо снять актуатор турбины, после чего из корпуса вынимается старая мембрана. Далее поверхности следует обезжирить, после чего новая манжета приклеивается клеем к корпусу с двумя колпачками и дополнительно проходит процесс круговой завальцовки.  Затем производится настройка актуатора турбины.

Как отрегулировать актуатор турбины

О необходимости регулировки вестгейта говорит появление узнаваемого дребезга в месте установки турбокомпрессора в тот момент, когда двигатель глушат. Также вибрации и дребезжание появляется при пергазовках, в момент сброса газа. Такой дребезг появляется в результате того, что шток актуатора начинает болтаться, сам дребезжащий звук создает «калитка» регулятора. Еще на проблемы с актуатором укажет недостаточный наддув воздуха в том случае, если с герметичностью на впуске и другими элементами системы турбонаддува никаких неполадок не было обнаружено.

Итак, перейдем к регулировкам. В самом начале отметим, что ответственность за возможные последствия, к которым может привести регулировка актуатора турбины своими руками, целиком и полностью ложится на плечи владельца автомобиля. Другими словами, если вы не уверены в своих силах, тогда лучше доверить указанную процедуру опытным специалистам.

Еще хотелось бы добавить, что многие водители прибегают к манипуляциям с вестгейтом не только по причине неполадок, но и в целях увеличения производительности и повышения давления наддува, то есть реализуют своеобразный тюнинг системы.

  1. Для того чтобы увеличить давление, существует несколько доступных вариантов. Самым простым считается замена пружины регулятора. Чем большую упругость имеет пружина, тем большее давление будет выдавать турбина до момента срабатывания клапана.
  2. Еще одним вариантом выступает затяжка или послабление конца регулятора, что непосредственно влияет на открытие и закрытие заслонки. Если конец расслаблен, тогда тяга клапана удлиняется, затягивание приведет к укорачиванию. Чем короче тяга, тем плотнее будет закрываться заслонка. Соответственно, для открытия потребуется большее давление и временной промежуток. Это позволяет турбине выходить на высокие обороты, причем происходит это достаточно быстро.
  3. Третьим вариантом для увеличения наддува является буст-контроллер. Данный механизм представляет собой соленоид, который способен подменить реальные данные по давлению. Такое устройство ставится перед актуатором, главной задачей является снижение показателя давления, от которого зависит работа вестгейта. Буст-контроллер фактически частично перепускает воздух, что не позволяет актуатору оценивать реальное давление.

Для настройки и регулировки вестгейта необходимо добраться до регулировочной гайки. Сделать это можно после снятия турбины. Также на некоторых автомобилях доступ можно получить не снимая турбокомпрессор. Достаточно добраться до места установки байпаса. Подтягивание указанной гайки позволяет укоротить шток, в результате чего «калитка» будет закрыта сильнее. Чтобы выполнить данную работу, желательно заранее снять катализатор. Это позволит на глаз определить степень закрытия актуатора. Для настройки необходимо иметь ключ под регулировочную гайку (подходит ключ на 10) и плоскогубцы. Весь процесс представляет собой следующие действия:
  • в самом начале со штока снимается скоба, далее ключом ослабляется гайка;
  • затем плоскогубцами подтягивается регулировочный винт вестгейта. Делать это нужно против часовой стрелки;
  • подтяжка происходит до того момента, пока калитка не окажется полностью закрытой;

Чтобы ответить на вопрос, как проверить актуатор турбины самому, достаточно просто постучать по калитке. Дребезга и вибраций быть не должно. По окончании винт проворачивается еще на 2-3 или даже 4 витка по резьбе. Следует учитывать, что один такой оборот практически равен показателю чуть более 0.3 Бар на мембране.

Завершением процесса регулировки можно считать затяжку гайки ключом на 10, а также установку скобы на место. В результате после такой настройки актуатор должен иметь максимальную степень закрытия. После можно запустить двигатель и проверить работу устройства на разных режимах работы ДВС. Посторонних звуков от вестгейта  на перегазовках и при глушении мотора быть не должно, давление наддува также прогнозируемо достигает желаемых показателей.

Читайте также

Как отрегулировать актуатор турбины?

Очень часто такая важная часть турбины высокого давления, как актуатор выходит из строя и не подлежит дальнейшему ремонту. В таком случае единственным выходом является полная замена этой детали. Однако «родной» актуатор, то есть изначально установленный на турбине, отрегулирован на самом заводе. Поэтому при его переустановке необходимо выполнить данную процедуру заново. Естественно, лучше всего для этого воспользоваться услугами профессионалов из автосервиса, хотя при наличии достаточного опыта любой автовладелец может выполнить все настройки самостоятельно.

Первым и наиболее характерным признаком того, что актуатор нуждается в настройке является дребезжание в области турбины, проявляющееся во время глушения двигатели или перегазовки. Такое явление говорит о том, что ход движения штока стал слишком свободным, и требует срочной регулировки. Вторым важным симптомом, свидетельствующим о необходимости регулировки актуатора, является плохой наддув при полной исправности остальных деталей, ответственных за это свойство турбины.

Регулировка наддува

Для улучшения наддува необходимо повысить давление турбины. Для этих целей используют несколько методов.

1. Простейший способ изменения силы наддува — замена пружины в актуаторе. Здесь действует элементарное правило: чем жестче пружина (больше упругость), тем выше будет давление, и наоборот.

2. Затягивание или расслабление актуатора по резьбе. Это увеличивает либо уменьшает величину открывания заслонки. Расслабление приведет к удлинению, а затягивание к укорачиванию тяги клапана. Весь механизм регулировки актуатора этим способом сводится к тому, что более короткая тяга создаст максимально плотное закрывание заслонки, что по закону физики потребует большего усилия (давления) и продолжительности на ее открывание. В свою очередь это приведет к ускорению раскручивания крыльчатки турбины.

3. Установка буст-контролера или соленоида — устройства, которое изменяет реальный показатель давления. Механизм его действия сводится к тому, что, установленный перед актуатором, он выбрасывает часть воздушного потока, понижая таким образом давление. Управление самого буст-контролера происходит посредством компьютера. Регулировка штока

Для подтягивания регулирующей гайки штока актуатора рекомендуется предварительно снять турбокомпрессор, что позволит дополнительно (визуально) проконтролировать степень закрывания калитки. В обычном положении, то есть когда турбина отключена, актуатор должен быть полностью закрытым. Калитка также не должна вибрировать при легком постукивании по ней. По этой причине регулировочную гайку необходимо закручивать до предела, пока калитка актуатора не закроется полностью.

Регулировка турбины, настройка давления наддува

Стенд для регулировки изменяемой геометрии – TurboTechnics VTR 200

Многие автомобилисты, обращаясь за ремонтом турбины в небольшие сервисы, сталкиваются с проблемой некорректного наддува турбокомпрессора после его ремонта. Это проявляется в потере динамики автомобиля, либо переходе авто в аварийный режим на высоких оборотах. Данная проблема особенно актуальна для турбин с механизмом изменяемой геометрии. После проявления данных симптомов, человек разочаровывается в ремонтных мастерских и пытается решить проблему на другом сервисе либо самостоятельно. Специалисты ТурбоМикрон часто сталкиваются с регулировкой наддува турбины после некомпетентных горе мастеров или даже её полной переборкой. Поэтому рекомендуем обращаться в крупные сервисы по ремонту турбокомпрессоров, интересоваться наличием в сервисе оборудования для балансировки, а также регулировки наддува.

Производство ТурбоМикрон оснащено единственным в Беларуси проточным стендом для регулировки механизма изменяемой геометрии – Turbotechnics VTR 200 (Великобритания).

Turbotechnics VTR был разработан в 2013г. в Великобритании в рамках программы восстановления оригинальных турбокомпрессоров с изменяемой геометрией, специально для производителей транспортных средств.

Стенд предназначен для настройки и регулировки давления наддува турбокомпрессора оснащенного механизмом изменяемой геометрии по оригинальным спецификациям производителей автомобилей.

С помощью Turbotecnics VTR можно производить следующие операции:
— проверку и калибровку механизма изменяемой геометрии;
— регулировку актуаторов работающих на давление и на вакуум, пневматических, с электронным управлением, а также с потенциометром;
— визуальную проверку с отображением крайних точек хода привода.

Для оптимизации точности регулировок турбокомпрессора, стенд Turbotechnics VTR производит:
— автоматическую компенсацию атмосферного давления;
— автоматическую коррекцию влажности атмосферного воздуха и температуры;
— контроль давления в замкнутом контуре.

Данный стенд полностью имитирует работу механизма изменяемой геометрии турбокомпрессора на автомобиле, со снятием всех контрольных параметров по давлению наддува и возможностью их точной регулировки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Турбина двигателя с изменяемой геометрией (VNT)

Турбина с изменяемой геометрией

Содержание:

 

Турбокомпрессор используется для увеличения мощности двигателя, которая напрямую зависит от объема воздуха и топлива, подаваемого в цилиндр. Ведущими частями любого турбокомпрессора являются турбина и насос, которые соединены между собой жесткой осью. Турбина двигателя с изменяемой геометрией необходима для образования оптимальной мощности двигателя, имеет свойство изменять сечение турбинных колес в зависимости от общей нагрузки. Если двигатель работает на низких оборотах, то турбина может увеличить скорость отвода выхлопных газов. Это позволяет турбине вращаться быстрее, при этом количество топлива остается небольшим.

   

Как устроена турбина и как она работает

Турбина с измененной геометрией отличается от классических турбокомпрессоров тем, что имеет в своей конструкции кольцо и специальные лопасти с аэродинамической формой, которая способствует увеличению эффективности наддува. В автомобилях с двигателями небольшой мощности сечение регулируется посредством изменения ориентации этих лопастей. В двигателях большой мощности лопасти не вращаются, а покрываются специальным кожухом или перемещаются вдоль оси камеры.

Особенностью VNT турбины являются поворотные лопасти, механизм управления и вакуумный привод. Принцип работы основывается на регулировке потока отработавших газов, которые направляются на колесо турбины. Точная регулировка позволяет настроить проходное сечение для потока газов под режим работы двигателя. Если автомобиль двигается на небольшой скорости, то и турбина крутится медленнее, но при этом лепестки устанавливаются в такое положение, чтобы расстояние между ними было минимальным. Газу в малом объеме сложно преодолеть небольшое отверстие, поэтому он будет передвигаться с большей скоростью, за счет чего обороты турбины увеличиваются, увеличивая при этом давление наддува.

При помощи данных лопастей можно существенно увеличить скорость вращения турбины, не меняя объемы поступающих газов. На большой скорости компрессор раздвигает лопасти – это обеспечивает поддержание безопасного давления внутри системы и исключает перегревы. Принцип изменяемой геометрии позволяет не использовать перепускной клапан, так как весь объём выхлопных газов выходит через горячую часть крыльчатки. Изменение положения поворотных предотвращает избыточный наддув.


Преимущества турбины с изменяемой геометрией

  • Автомобили с такими турбинами развивают большую скорость с самых низких оборотов.
  • Существенно снижается объем необходимого топлива, а также количество вредных выбросов в атмосферу.
  • Улучшается прохождение газов через турбину из-за отсутствия клапана Wastegate и уменьшения количества разнонаправленных потоков газа.
  • Улучшается эластичность двигателя.

Возможные неисправности

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией представляет собой сложный механизм, поэтому он больше подвержен различным поломкам. Однако, такие турбины сталкиваются лишь с несколькими проблемами:

  • Подклинивание лопастей в движении. Такая ситуация может сложиться из-за сильного износа трущихся пар и образовании нагара. Масляные, а также углеродистые отложения мешают плавному движению регулировочного кольца.
  • Заклинивание лопаток в одном положении. Это может происходить по причине критического нагарообразования, когда силы вакуума не хватает для движения регулировочного кольца.
  • Поломки вакуумного привода поворотных лопастей или клапана управления давлением.

Симптомами поломок считаются подергивание при разгонах, потеря мощности двигателя, увеличение расхода топлива, а также срабатывание индикатора на приборной панели Check Engine.

Как настроить и отрегулировать турбину

Правильная регулировка турбины с изменяемой геометрией крайне важна для эффективной работы, и для того, чтобы предотвратить быстрый износ деталей и снизить потребление топлива. Если отрегулировать турбину неправильно, то в дальнейшем это повлияет на работу всего автомобиля и удобство его управления.

Любой современный автовладелец немного разбирается в устройстве своего автомобиля и даже может устранить определенные небольшие поломки. Однако, чтобы сделать серьезный ремонт автомобиля, необходим специальный инструмент и оборудование, которого у обычного потребителя может и не быть.

Поэтому, если вы хотите, чтобы работа турбины была эффективной и качественной – обращайтесь за помощью к специалистам, которые правильно настроят механизм и расскажут, как лучше всего за ним ухаживать. Также, не стоит забывать о своевременных диагностиках и профилактике.

Как почистить турбину своими руками

Устройство турбины постоянно сталкивается с непрерывной нагрузкой, подвергается воздействиям продуктов горения масла и топлива, поэтому нуждается в регулярной чистке для профилактики различных поломок, которые могут быть с этим связаны. Зачастую, достаточно обработать турбину специальным средством и прогнать его через механизм для качественной очистки. Однако, иногда придется приложить побольше усилий для того, чтобы удалить все загрязнения с устройства. Также стоит помнить о том, что турбина не требует частой чистки, поэтому если она сильно загрязняется за короткое время, значит есть неполадки в ее работе или настройке.

Причинами сильных загрязнений могут выступать:

  • Увеличение нормы давления газов.
  • Износ лопастей турбины.
  • Превышение необходимого срока эксплуатации поршневого отсека.
  • Засора сапуна.
  • Износ прокладок.

Именно поэтому каждый автовладелец должен понимать, что сделать качественную чистку самостоятельно возможно, но далеко не всегда результат таких действий положительно влияет на работу механизма, а в некоторых случаях может и вовсе ухудшать ситуацию.

Отсутствие надлежащего опыта, проверенных чистящих средств, специальных инструментов – все это может негативно сказаться на результате вашей чистки, поэтому лучше всего обращаться в специализированные центры, где такой работой занимаются профессионалы.

Как сделать ремонт турбины?

Ремонт турбин гораздо проще предупредить посредством регулярного обслуживания и диагностики, чем потом пытаться исправить ситуацию самостоятельно. Процесс осложняется еще и тем, что многие автовладельцы боятся высоких цен на профессиональные услуги, забывая о том, что самостоятельное проведение ремонта отнимает также немало денег и времени. К тому же, не все получается с первого раза, и затраты на самостоятельный ремонт могут быть достаточно внушительными.

Поэтому мы настоятельно рекомендуем автовладельцам без опыта, знаний, навыков, а, самое главное, необходимого оборудования, не пытаться ремонтировать сложное устройство турбины самостоятельно, поскольку это может привести к еще более серьезным поломкам, устранить которые не сможет даже опытный специалист. При первых признаках поломки обращайтесь в наш сервисный центр, где наши мастера помогут вам восстановить картридж турбокомпрессора, а также устранить другие неисправности быстро и качественно.


Принцип работы актуатора турбины — проверка, регулировка и ремонт

Актуатор турбины

Автомобиль – неизменных помощник практически половины населения страны. Не удивительно, что многие стараются получить максимальную пользу с машины, с минимальными вложениями. И сегодня, чтобы улучшить тяговые характеристики авто, не нужно что-то кардинально менять. Увеличить тяговые характеристики машины можно просто установив турбонаддув.

Суть улучшения – турбонаддув позволяет принудительно увеличить объемы воздуха, подающиеся в камеру сгорания, тем самым улучшить процесс сгорания топлива без необходимости физического изменения параметров самого двигателя.

Здесь важно учесть, что больший объем сожженного топлива увеличивает давление и объем выхлопных газов. Поэтому требуется усиленное, оперативное их отведение, чтобы освободить место для новой порции воздуха. Именно на этом и базируется принцип работы актуатора турбины, который мы сегодня рассмотрим.

Как работает актуатор турбины

Для начала определимся в терминологии. Актуатор может иметь множество разговорных названий – вестгейт, вакуумный регулятор, избыточный клапан. Все это одна деталь, базовая роль которой сводится к выполнению функции сброса повышенного давления воздуха (выхлопных газов), во время работы двигателя автомобиля. Этот элемент выступает промежуточным звеном между турбокомпрессором и двигателем, оберегая их от перегрузки.

Устанавливается практически на турбине.

  • Принцип работы актуатора сводится к тому, что при высоких оборотах двигателя, когда возрастает давление выхлопных газов с одной стороны и воздуха, направляемого через турбокомпрессор в двигатель с другой открывается клапан и стабилизирует ситуацию. Во время открытия клапана часть выхлопных газов попросту проходят мимо турбинного колеса, что приводит к снижению эффективности работы турбинного нагнетающего колеса и снижает давление воздуха.

Снижение давления выхлопных газов и направление их в обход турбинного колеса выполняется через калитку вестгейта, управляемую актуатором. Тем самым потребность в воздухе для горючей смеси четко соответствует моменту очищения камеры сгорания от выхлопных газов.

 

Иные типы актуаторов

В турбинах с изменяемой геометрией также есть актуаторы, которые бывают электрические и пневматические (вакуумные). Актуаторы в этом случае служат для поворота лопаток механизма изменяемой геометрии. Обычно в таких турбинах нет калитки вестгейта с управлением актуатором от повышенного давления.

Наиболее распространенные поломки актуаторов

  • повреждение электрических элементов;
  • износ зубьев шестеренок и червяка у электрического актуатора;
  • выходит из строя электромотор;
  • повреждение мембраны вакуумного актуатора.

В таких случаях, чтобы отремонтировать актуатор турбины, необходимо выполнить его диагностику с целью точно определить поломку. Для устранения неисправности целесообразно обратиться в специализированный сервисный центр. Устранить поломку самостоятельно будет достаточно сложно – для определения неисправности нужно специальное оборудование, которое в большинстве случаев отсутствует в домашних условиях. А если покупать отдельно – намного дешевле ремонт актуатора провести в сервисном центре.

 

 

Проверка актуатора

Изначально, в момент реализации, актуатор имеет заводские настройки и, фактически, готов к работе. Но после установки на транспортное средство целесообразно проверить актуатор и отрегулировать. Характерным сигналом выполнить такие действия будет дребезжание компрессора в момент глушения двигателя авто. Здесь не стоит паниковать, это не поломка актуатора. Просто шток клапана излишне болтается в процессе работы.

Кроме этого, часто, если правильно настроить актуатор, можно существенно увеличить производительность турбокомпрессора путем наращивания давления воздуха, подаваемого в двигатель.

Регулировка осуществляется несколькими путями

  1. Самый простой и распространенный способ – просто выполнить замену пружины на более мощную. То позволит увеличить и поддерживать высокое давление турбины до момента срабатывания выпускного клапана. Но это чревато превышением оборотов вала турбины.
  2. Следующий вариант, это выполнить подтяжку (можно затянуть, либо послабить) регулятора, влияющего на процесс открытия и последующее закрытия заслонки. При расслаблении тяга удлиняется. Если немного подтянуть – укорачивается. От длины тяги напрямую зависит плотность закрытия заслонки. Чем она меньше, тем плотнее будет примыкать заслонка. Следовательно, чтобы ее открыть нужно больше давления и времени. Тем самым турбина получает возможность обеспечить высокие обороты за короткий промежуток времени.
  3. Еще один вариант – установка буст-контроллера. Устройство устанавливают перед вестгейтом и обеспечивает снижение давления, при котором срабатывает мембрана актуатора. Фактически такое устройство берет на себя часть функции регулирования давления, вследствие чего клапан не получает информации о реальном давлении газов и продолжает работать в штатном режиме.

Настройка актуатора

Конечно, ремонт турбин следует выполнять в условиях профессиональных сервисных центров, имеющих все необходимое диагностическое оборудование и запасные детали в случае необходимости что-либо менять. Вместе с этим обычная настройка может быть выполнена в домашних условиях.

Для этого потребуется пассатижи и ключ на 10. Последовательность действий будет такой:

  1. Снять турбокомпрессор (некоторые модели машин дают возможность добраться до клапана без необходимости выполнения этой процедуры).
  2. Снять скобу со штока, ослабить гайку, подтянуть винт регулировки (необходимо крутить влево).
  3. Выполнить легкое постукивание по заслонке. Подтягивать до момента, пока не пропадет небольшое дребезжание. Учитывайте, чем туже затягиваете, тем сильнее будет возрастать давление на мембране.
  4. Затяните гайку, верните скобу в исходное положение.

Чтобы проверить правильность ваших действий при настройках – запустите мотор и опробуйте его на разных режимах работы. Если все действия были верными – посторонних звуков не будет, в том числе и в момент глушения двигателя.

Эксплуатация и принцип работы турбины на дизельном двигателе

Гениальная идея использования выхлопных газов для разгона ротора позволила создать турбированный дизельный двигатель внутреннего сгорания и увеличить его мощность на 40–50%. Это притом, что во время работы в обычном режиме выброс газов сопровождается снижением коэффициента полезного действия в пределах 30 — 40%.

Принцип работы турбины дизельного двигателя основан на увеличении количества воздуха, смешиваемого с топливом и поступающего в камеру сгорания. За один и тот же период времени и при равных объемах цилиндров, двигатель с турбонаддувом может сжечь большее количество топлива, чем движок, не оснащенный таким устройством. А значит, его мощность и КПД в единицу времени значительно возрастет.

Рассмотрим устройство турбины дизельного двигателя, как работает, и каким образом достигаются такие показатели.

Конструктивные элементы системы

Для осуществления возложенных функций, система турбонаддува состоит из двух основных частей:

  1. Компрессор;
  2. Турбина.

Компрессор служит для нагнетания атмосферного воздуха в систему подачи топлива. Он состоит из корпуса и расположенной в нем крыльчатки, которая, вращаясь, всасывает воздух. Чем выше ее скорость вращения, тем больше объем принятого воздуха. Увеличению скорости способствует работа турбины.

Она также состоит из корпуса с крыльчаткой (ротором), которая приводится в движение выхлопными газами. В корпусе газы проходят через специальный канал, имеющий форму улитки, что позволяет им увеличить скорость.

Как работает турбонаддув дизельного двигателя

Ротор турбины и крыльчатка компрессора жестко закреплены на одном валу. Таким образом, скорость вращения ротора передается крыльчатке. Круг замыкается:

  • Через компрессор воздух из атмосферы, смешиваясь с топливом, подается в цилиндры двигателя;
  • Смесь сгорает, приводя в движение поршни, и образовавшиеся в результате газы поступают в выпускной коллектор;
  • Здесь они принимаются в корпус турбины, разгоняются в канале и на выходе взаимодействуют с ротором, заставляя его вращаться;
  • Ротор через вал передает вращение крыльчатке компрессора, которая всасывает в корпус атмосферный воздух.

Получается взаимосвязанная схема работы, когда количество всасываемого воздуха зависит от скорости вращения крыльчатки и, наоборот, крыльчатка вращается быстрее при большем количестве забираемого воздуха.

Принцип работы турбонаддува имеет два момента, называемые турбоямой и турбоподхватом.

Первый момент характеризуется задержкой в работе турбины после увеличения подачи топлива нажатием на педаль газа, так как для разгона ротора выхлопными газами требуется время.

Вслед за турбоямой наступает момент турбоподхвата, когда разогнавшийся ротор резко увеличивает подачу воздуха в цилиндры, повышая мощность двигателя.

Регулировка давления наддува

Турбонаддув дизельного двигателя повышает его мощность за счет возрастания давления выхлопных газов, являющихся результатом увеличения числа оборотов и интенсивности работы мотора. Этот же процесс повышает давление наддува. Если его не регулировать, то на самых высоких оборотах оно может достичь опасных значений, приводящих к поломкам и механическим повреждениям.

Регулировка давления производится с помощью выпускного предохранительного клапана, а контроль максимально допустимого значения — с помощью мембраны и пружины определенной жесткости.

Суть работы: при достижении предельного значения давления, мембрана, установленная в корпусе компрессора, преодолевает воздействие пружины и открывает регулировочный клапан.

Давление регулируют как на стороне компрессора, так и на стороне турбины:

  1. Работающий турбокомпрессор сбрасывает в атмосферу через выпускной клапан излишки забранного воздуха, тем самым снижая давление.
  2. В турбине клапан выпускает отработанные газы под воздействием мембраны компрессора, когда давление всасываемого воздуха достигает максимального уровня. Благодаря этому, ротор вращается с установленной скоростью, а компрессор не забирает лишний воздух и не увеличивает давление.

Второй вариант расположения клапана позволяет изготавливать системы меньших габаритов. Кроме того, турбонагнетатель с клапаном в компрессоре подвержен чрезмерному нагреву из-за повышенной температуры выпускаемого воздуха, что негативно сказывается на эффективности его работы.

Поэтому турбонаддув дизельного двигателя чаще оснащают регулировочным клапаном в турбине, а регулировку в компрессоре используют в качестве дополнения.

Система смазки

Смазка вала турбонагнетателя осуществляется смазочной системой двигателя.

На вал устанавливают уплотнительные кольца, предотвращающие проникновение масла в полости корпусов компрессора и турбины. Они же предохраняют корпуса от перегрева. Но герметичность обеспечивается не столько уплотнениями, сколько разностью величины давления в различных частях агрегата. Эту разницу давлений создает турбинная ось (вал), имеющая неравномерный диаметр.

Особая форма литья корпуса, в котором расположен вал, также способствует удержанию масла.

Если мотор не развивает требуемую мощность, это может быть симптомом неисправности турбонаддува. Наиболее часто встречающиеся проблемы — загрязнение воздушного фильтра или потеря герметичности впускного коллектора. Кроме потери мощности, их можно диагностировать по несвойственному для исправной машины цвету и количеству дыма, выходящего из выхлопной трубы.

Недостатки турбокомпрессоров

Принцип работы турбины на дизельном двигателе создает и негативные факторы:

  • Повышенный расход горючего. Возможность сжечь большее количество солярки за счет увеличенного объема подачи воздуха, вместе с мощностью повышает и «прожорливость» машины. Уменьшить аппетит до разумных пределов позволяет правильная регулировка системы.
  • Положительные стороны наддува приводят к многократному повышению температуры во время такта сжатия, что может вызвать детонацию в двигателе. Решается эта проблема установкой охладителей, регуляторов и прочих элементов.

Правила эксплуатации

Чтобы в полной мере использовать ресурс турбины дизельного мотора и продлить ее срок службы, необходимо выполнять ряд условий:

  • Регулярно менять масло в системе, чтобы не допустить попадания абразива в маслопровод и его засорения.
  • Применять только качественное масло, имеющее сертификат, той марки, которая соответствует указанной в паспортных данных двигателя.
  • Прогревать мотор перед началом движения и не давать холодному двигателю высоких нагрузок.
  • Никогда резко не отключать движок, а после остановки автомобиля давать ему возможность поработать несколько секунд на холостых оборотах.

Turbocharger Air Flow Rigs — Changing Repair Industry

В последние десять лет технологии автомобилестроения непрерывно совершенствовались с целью снижения эмиссии отработавших газов в соответствии с нормами токсичности Евро 4, 5 и 6. Вследствие этих изменений технологии двигателе- и турбиностроения стали гораздо сложнее, появились турбокомпрессоры с регулируемым проходным сечением корпуса турбины, и правильное регулирование проходного сечения стало более значительным в надлежащей эксплуатации турбокомпрессора. Это ставит новые задачи перед предприятиями, занимающимися ремонтом турбокомпрессоров, так как точная регулировка турбокомпрессоров, установленных в последних моделях
автомобилей, требует дополнительного специализированного оборудования, в том чесле и для регулировки воздушного потока.

Что же это такое “сопло с переменным сечением”?

Когда турбокомпрессор настраивают под двигатель, конструкторы должны сбалансировать тягу на низкой скорости с эффективностью на высоких скоростях. Сопло с переменным сечением (иначе — с переменной геометрией) предназначено для изменения сечения поступающего отработавшего газа в зависимости от скорости двигателя, чтобы точно соответствовать требованиям двигателя по наддуву. При тяге на низких скоростях сопловая лопатка перемещается к положению «лопатка закрыта» для уменьшения сечения сопла, увеличивая этим скорость газа, проходящего через турбину, и улучшая тягу на низких скоростях двигателя — как если бы вы зажимали конец шланга, чтобы усилить напор воды. По мере увеличения скорости двигателя, привод перемещает сопловые лопатки в полностью открытое положение, максимизируя поток отработавшего газа.

Точность регулировки лопаток

В ходе производства нового турбокомпрессора с переменным сечением корпуса турбины, положение лопаток настраивается при помощи высокоточного оборудования для регулировки воздушного потока, что обеспечивает прохождение определенного количества воздуха через лопатки при их минимальном открытии. Если лопатки расположены слишком
близко друг к другу, это может привести к заглушению двигателя и перегрузке турбины. Если они расположены слишком далеко друг от друга, турбина будет запаздывать и реагировать недостаточно быстро.

При использовании традиционных методов регулировки лопаток во время ремонта турбины возможны существенные погрешности в расчете потока воздуха. Измерение рычага исполнительного механизма часто выполняется от литой поверхности центрального корпуса, положение которого во время производства недостаточно строго контролируется. Так как допустимый уровень потока воздуха для более старых двигателей был достаточно высоким, то отремонтированный турбокомпрессор работал относительно хорошо по сравнению с неисправным, поэтому владелец автомобиля был доволен результатами. При ремонте турбокомпрессоров ранних моделей требовалась более точная регулировка проходного сечения корпуса турбины,
чтобы предотвратить недопустимое изменение эксплуатационных характеристик или регистрацию кода неисправности в электронном блоке управления. С точки зрения оригинальных производителей это недопустимо, поэтому они не поддерживают ремонт турбокомпрессоров.

Современные турбины

В последние годы, усовершенствование двигателей в соответствии с нормами токсичности ОГ Евро привело к существенному улучшению управления всей воздушно-топливной системой. Многие автомобили премиум-класса
оснащены электронными исполнительными механизмами, что обеспечивает улучшенную обратную связь с электронным блоком управления. Некоторые передовые
ЭБУ турбины теперь подключены к шине CAN и обмениваются данными непосредственно с системой впрыска и расходомерами воздуха, что обеспечивает быструю реакцию на
запросы двигателя. В этом случае параметры регулировки турбины принимаются электронным блоком управления, если они верны; если же они ошибочны, то загорается контрольная лампочка неисправности и включается аварийный режим или запуск двигателя не санкционируется.

По мере появления на рынке все большего количества автомобилей, которые соответствуют норме токсичности Евро 5, будет появляться все больше проблем, так что для некоторых моделей турбокомпрессоров продувка и регулирование воздушного потока станет абсолютно необходимой мерой,
обеспечить которую смогут только мастерские с соответствующим оборудованием. Это значит, что старые турбокомпрессоры будут чаще ремонтироваться при помощи оборудования для регулировки воздушного потока, что обеспечит дальнейшие улучшения в отрасли, занимающейся
ремонтом турбокомпрессоров.

Наличие оборудования для регулировки воздушного потока на рынке

Спрос привел к появлению на рынке нескольких станков для скоростной балансировки VSR, то же самое произошло и со стендами для регулировки воздушного потока. За последние 10 лет опытные специалисты по ремонту турбокомпрессоров подтвердили необходимость точной регулировки воздушного потока турбокомпрессора и недопустимость приблизительной регулировки положения лопаток. В связи с отсутствием такого оборудования на рынке многие предприятия, занимающиеся ремонтом турбокомпрессоров, разработали собственное оборудование для регулировки воздушного потока для точной настройки турбин. Это обеспечило конкурентоспособность и существенное сокращение количества гарантийных претензий, т.е. способствовало созданию хорошей репутации специалистов. В последние годы на массовом рынке появился ряд различных устройств для регулировки воздушного потока. Это хорошая новость для отрасли, занимающейся ремонтом турбокомпрессоров, и для клиентов, которым необходим качественный ремонт турбин, так как требуемый уровень качества снова повысился.

Турбокомпаунд

Турбокомпаунд

Ханну Яаскеляйнен, В. Адди Маевски

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

Abstract : Турбокомпаундирование — это использование силовой турбины для извлечения дополнительной энергии из выхлопных газов. Механический турбокомпаунд уже многие десятилетия коммерчески используется в дизельных двигателях различного назначения.В двигателях большой мощности наиболее важной конфигурацией является последовательное турбокомпаундирование, когда силовая турбина соединена последовательно с турбиной турбонагнетателя. Эта технология может обеспечить повышение эффективности на несколько процентов, но на эти преимущества может отрицательно повлиять система рециркуляции отработавших газов, которая отводит поток газа от силовой турбины. Параллельное турбокомпаундирование подходит, когда имеется энергия выхлопных газов, превышающая необходимую для турбонагнетателя, и в противном случае ее необходимо было бы обойти вокруг турбонагнетателя.

Введение

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

  • Если выходной вал силовой турбины соединен с коленчатым валом двигателя посредством механической связи, обычно зубчатой ​​передачи, эта технология обычно называется механическим турбокомпаундированием .
  • Если силовая турбина соединена с генератором, технология называется электрическим турбокомпаундированием .

Механический турбокомпаунд уже многие десятилетия коммерчески используется в дизельных двигателях различного назначения.В Северной Америке 10 % новых тяжелых дорожных двигателей, проданных в 2011 и 2012 гг., имели турбокомпаунд, но к 2015 г. эта цифра снизилась до 2 % после того, как Daimler (Detroit Diesel) постепенно отказался от него в пользу асимметричного турбонаддува для своего двигателя DD15 в 2013 [3788] . По оценкам Агентства по охране окружающей среды США, проникновение снова достигнет 10% к 2027 году [3789] . Механический турбокомпаунд применялся к авиационным двигателям в 1950-х годах и наземным транспортным средствам, начиная с 1960-х годов. Более подробные исторические сведения о работе до 1990-х годов можно найти в литературе [3791] .

Электрический турбокомпаунд разрабатывался для дизельных двигателей большой мощности. Однако для того, чтобы оказать существенное влияние на КПД, потребуется относительно высокая электрическая нагрузка в диапазоне 50 кВт. Для дорожных транспортных средств такая нагрузка может быть реализована только с гибридной трансмиссией и, следовательно, должна сопровождаться другими важными технологическими изменениями. В энергетике и некоторых морских применениях, где легко доступна достаточно высокая электрическая нагрузка, электрическое турбокомпаундирование является коммерческой технологией. [3821] [3822] .

Механический турбокомпаунд

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

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

В двигателях большой мощности наиболее важной конфигурацией является последовательное турбокомпаундирование, схематично изображенное на рис. 1.

Рисунок 1 . Схематическое изображение механического серийного турбокомпаундирования

На рис. 2 более подробно показаны турбокомпаундные системы двух разных серий. В системе Volvo используется силовая турбина с осевым потоком, в то время как в более старой системе Scania используется силовая турбина с радиальным потоком.

Рисунок 2 . Системы турбокомпаундирования серии, используемые в некоторых двигателях Euro III и Euro IV: Volvo D12 и Scania DT12.

(Источник: Volvo и Scania)

Для применений с расходом выхлопных газов, превышающим необходимый для удовлетворения потребностей турбонагнетателя, силовая турбина может быть установлена ​​параллельно с турбиной турбокомпрессора.На рис. 3 показана такая система, которая была внедрена в двигатели Sulzer RTA в начале 1980-х годов; Система Sulzer Efficiency Booster System (η-Booster) включала другой турбонагнетатель в дополнение к силовой турбине, подключенной параллельно [3816] [2586] [3792] . В то время на рынок появлялись новые турбокомпрессоры с повышенной эффективностью; более высокая эффективность турбонагнетателя означала, что при некоторых режимах работы двигателя была доступна дополнительная энергия выхлопных газов, которую можно было использовать для других целей.Силовая турбина, установленная параллельно с турбиной турбонагнетателя, стала обычным явлением в больших четырехтактных среднеоборотных и двухтактных тихоходных двигателях. На рисунке 3 верхняя кривая показывает снижение BSFC двигателя Sulzer RTA, представленного в 1983 году, по сравнению с предыдущей версией. Нижняя кривая показывает дополнительное снижение BSFC, доступное в двигателе RTA 1983 года с системой повышения эффективности, состоящей из обновленного турбонагнетателя и силовой турбины. При включении силовой турбины выше примерно 40-50% мощности показано дополнительное снижение BSFC до 5 г/кВтч.При отключении силовой турбины при низкой нагрузке снижение BSFC все еще возможно из-за меньшей общей площади сопла турбины. Параллельное турбокомпаундирование также изучалось для использования в двигателях малой грузоподъемности [3793] [3794] [3795] [3796] [3797] .

Рисунок 3 . Параллельный турбокомпаунд в двигателях Sulzer RTA

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

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

###

Как работает турбокомпрессор | Камминс

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

Работа турбокомпрессора заключается в сжатии большего количества воздуха, поступающего в цилиндр двигателя. Когда воздух сжимается, молекулы кислорода сближаются. Это увеличение количества воздуха означает, что для безнаддувного двигателя того же размера можно добавить больше топлива. Затем это приводит к увеличению механической мощности и общему повышению эффективности процесса сгорания. Таким образом, размер двигателя может быть уменьшен для двигателя с турбонаддувом, что приведет к лучшей компоновке, снижению веса и общему повышению экономии топлива.

Как работает турбокомпрессор?

Турбокомпрессор состоит из двух основных частей: турбины и компрессора. Турбина состоит из турбинного колеса (1) и корпуса турбины (2) . Задачей корпуса турбины является направление выхлопных газов (3) в турбинное колесо. Энергия отработавших газов вращает колесо турбины, после чего газ выходит из корпуса турбины через выпускное отверстие (4) .

Компрессор также состоит из двух частей: колеса компрессора (5) и корпуса компрессора (6) .Принцип работы компрессора противоположен турбине. Колесо компрессора прикреплено к турбине валом из кованой стали (7) , и когда турбина вращает колесо компрессора, высокоскоростное вращение втягивает воздух и сжимает его. Затем корпус компрессора преобразует высокоскоростной воздушный поток низкого давления в низкоскоростной воздушный поток высокого давления посредством процесса, называемого диффузией. Сжатый воздух (8) подается в двигатель, позволяя двигателю сжигать больше топлива для увеличения мощности.

 

  1. Турбинное колесо
  2. Корпус турбины
  3. Выхлопной газ
  4. Область выпускного отверстия
  5. Колесо компрессора
  6. Корпус компрессора
  7. Вал из кованой стали
  8. Сжатый воздух

 

Узнайте, как работает Turbo

Двигатель внутреннего сгорания в сравнении с газовой турбиной — гибкость топлива

Что такое гибкость топлива?

Топливная гибкость — это возможность сжигать различные виды топлива и немедленно переключаться на другие виды топлива во время работы без снижения нагрузки или снижения эксплуатационной готовности силовой установки.Жидкие виды топлива и альтернативные виды газообразного топлива, которые можно использовать для производства электроэнергии, включают сжиженный нефтяной газ (СНГ), сырую нефть, мазут (RFO) и дистиллятное топливо, включая легкое жидкое топливо (LFO), нафту и дизельное топливо. Однако не все электростанции рассчитаны на длительную работу на жидком топливе. Когда из-за нехватки природного газа газовые турбины сжигают мазут в качестве резерва, требуются дополнительные проверки и техническое обслуживание, что приводит к более частым отключениям. Двигатели внутреннего сгорания Wärtsilä предназначены для сжигания различных видов газообразного и жидкого топлива, не требуя дополнительных затрат на техническое обслуживание или снижения эксплуатационной готовности, обеспечивая эффективное и надежное энергоснабжение 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, 365 дней в неделю.

Несмотря на то, что газовые турбины часто рекламируются как универсальные по топливу, около 90 процентов газовых турбин во всем мире работают на природном газе или сжиженном природном газе (СПГ) из-за его чистоты и легкости сгорания. Только около 400 газовых турбин GE во всем мире работают на сырой нефти, нафте или мазуте. Парк электростанций Wärtsilä, работающих на жидком топливе, включает более 4000 электростанций с 8900 двигателями в 165 странах, как показано на рис. 1. Ряд электростанций Wärtsilä был спроектирован для работы на жидком топливе, в то время как инфраструктура природного газа была построена или расширена с использованием нескольких — топливная способность для удовлетворения как краткосрочных, так и долгосрочных потребностей в энергии.

Рисунок 1: Обширный глобальный парк электростанций Wärtsilä, работающих на жидком топливе

Помимо жидкого топлива, Wärtsilä предлагает многотопливные решения, в которых в качестве топлива используется сжиженный нефтяной газ, а также жидкое топливо
или природный газ в качестве альтернативного топлива. СНГ становится все более привлекательным топливом для производства электроэнергии
, особенно на островах и в небольших энергосистемах, благодаря его широкой доступности и низким затратам на инфраструктуру.

 

Вопросы технического обслуживания газовых турбин, работающих на жидком топливе

Жидкое топливо создает много проблем для газовых турбин, поскольку оно может содержать водорастворимые соли, высокие концентрации тяжелых металлов и других примесей.Сырая и остаточная нефть более вязкая и содержит более высокие концентрации микроэлементов, чем дистилляты. Металлы и соли являются абразивными для лопаток турбины и могут создавать отложения золы, которые приводят к загрязнению и коррозии компонентов тракта горячего газа. Поскольку сгорание в газовых турбинах происходит постоянно, установка должна быть отключена для осмотра и технического обслуживания. Для газовых турбин, работающих на мазуте, требуется сочетание подготовки топлива (очистка, смешивание, нагрев и повышение давления) и более частые циклы технического обслуживания.Катализаторы могут быть добавлены для улучшения сгорания, а в некоторых случаях тяжелое жидкое топливо (HFO) или сырая нефть могут быть смешаны с жидким топливом более высокой чистоты для достижения допустимого содержания серы, золы и металлов. Топлива, содержащие ванадий или свинец, которые растворимы в масле и не могут быть удалены промывкой или центрифугированием, требуют ингибиторов коррозии для использования в газовых турбинах. Обычно дистиллятное топливо считается относительно свободным от загрязняющих веществ, но загрязнение во время транспортировки и доставки топлива привело к возникновению коррозии в газовых турбинах.

Капитальный ремонт газовой турбины, предназначенной для сжигания жидкого топлива на природном газе, является дорогостоящим и требует регулировки контроля температуры горения, пересмотра процедур запуска и остановки, а также автономных циклов очистки для удаления зольных отложений. В результате эксплуатационная готовность газотурбинной электростанции снижается. Поскольку некоторые нефтяные топлива содержат летучие компоненты с низкой температурой воспламенения (например, лигроин), для газовых турбин также часто требуется взрывозащита. Таким образом, способность большинства газовых турбин работать на жидком топливе очень ограничена с точки зрения характеристик топливных масел, которые можно использовать, и количества времени, в течение которого турбина может работать на таком топливе.

Варианты жидкого топлива для газовых турбин различаются в зависимости от производителя и модели, при этом некоторые газовые турбины могут использовать только дистиллят № 2. Несколько систем подачи топлива и камеры сгорания используются для работы с различными видами топлива. GE предлагает пакет HFO для своих газовых турбин 7E и 9E; газовая турбина Siemens SGT-500 может сжигать сырую нефть, тяжелое дизельное топливо и биотопливо; и Alstom предлагает возможность использования жидкого топлива на своих моделях GT24 и GT26.

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

В то время как использование золообразующих видов топлива (например, тяжелого дизельного топлива) снижает мощность газовой турбины на 4–5 процентов по сравнению с работой на природном газе, многотопливные двигатели Wärtsilä сохраняют одинаковую мощность и высокий КПД независимо от того, работают ли они на природном газе, жидком топливе или тяжелом топливе. .Если подача природного газа прерывается, многотопливная электростанция Wärtsilä мгновенно переключается на резервный мазут и поддерживает нагрузку без каких-либо штрафов за техническое обслуживание. Когда требуется плановое техническое обслуживание, модульная архитектура электростанций Wärtsilä позволяет отключать двигатель, сохраняя при этом основную часть мощности установки.

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

В то время как газовым турбинам требуется около 10 минут для переключения с газа базовой нагрузки на мазут, многотопливные двигатели Wärtsilä могут мгновенно переключаться с природного газа на мазут. Переход обратно на газ с жидкого топлива занимает примерно 90 секунд без снижения нагрузки. Как показано в таблице 1 ниже, многотопливные двигатели Wärtsilä предлагают многочисленные преимущества по сравнению с газовыми турбинами для гибких топливных решений, включая способность работать на широком диапазоне видов топлива без ущерба для эксплуатационной готовности силовой установки или дополнительных затрат на техническое обслуживание.Такая гибкость в отношении топлива обеспечивает экономию средств, поскольку электростанция Wärtsilä может обеспечить надежное энергоснабжение, поскольку запасы топлива со временем меняются.

 

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

 

Характеристики гибкости топлива Двигатели Wärtsilä DF Газовые турбины
Возможность работы на природном газе, сырой нефти, HFO и LFO
Мгновенное переключение с газа на мазут
Замена топлива при сохранении полной нагрузки
Нечувствителен к металлам и солям в жидком топливе
Нет повышенных требований к техническому обслуживанию при работе на жидком топливе

 

Двигатель внутреннего сгорания в сравнении с газовой турбиной — скорость изменения скорости

Гибкость электростанции признана жизненно важным инструментом для управления изменчивостью электрических нагрузок и предоставления услуг по поддержке сети.Одним из показателей этой гибкости является скорость линейного изменения — скорость, с которой электростанция может увеличивать или уменьшать мощность. Двигатели Wärtsilä могут развивать скорость более 100 % в минуту, что намного быстрее, чем газовые турбины, обеспечивая сверхбыструю мощность, необходимую для интеграции возобновляемых источников энергии.

Гибкие генераторные установки помогают обеспечить стабильность электросети, увеличивая или уменьшая мощность при изменении спроса и нагрузки системы. Поскольку генерация солнечной и ветровой энергии может измениться в течение нескольких минут, операторы электросетей полагаются на электростанции, которые могут обеспечить дополнительную нагрузку (или снизить нагрузку) в том же временном масштабе, что и изменения в мощности возобновляемых источников.Увеличение или уменьшение производительности в минуту в режиме вращения называется скоростью изменения скорости и обычно выражается либо в % в минуту, либо в МВт в минуту.

Скорость изменения скорости вращения большинства моделей газовых турбин с промышленной рамой составляет около 20 % в минуту и ​​около 50 % в минуту для авиационных газовых турбин. Для газовых турбин с комбинированным циклом типичная скорость линейного изменения составляет около 10 % в минуту. В качестве альтернативы скорость линейного изменения иногда выражается в МВт/минуту. Скорость линейного изменения зависит от мощности энергоблока, условий эксплуатации (будь то блок только запускается или работает в точке удержания минимальной нагрузки) и дополнительных технологий для сокращения времени запуска и увеличения скорости линейного изменения.Скорость нарастания мощности электростанции также зависит от количества агрегатов и конфигурации. Например, скорость изменения скорости 110 МВт/мин основана на проектах многотурбинных установок с большой единичной мощностью, таких как парогазовая установка с комбинированным циклом 2×1 (ПГУ) (полезная выходная мощность 880 МВт), где каждая газовая турбина рассчитан на рампу со скоростью 55 МВт/мин. Хотя скорость нарастания в МВт/минуту является ценным показателем, важно понимать рабочие условия, при которых могут быть достигнуты заявленные скорости нарастания.

Нагрузочная способность при запуске в зависимости от скорости линейного изменения

Пусковая нагрузочная способность часто сильно отличается от рекламируемой скорости разгона для газовых турбин.Скорости рампы газовой турбины обычно достижимы только после того, как установка достигла самоподдерживающейся скорости. Двигатели внутреннего сгорания Wärtsilä обладают по-настоящему быстрым запуском, достигая полной нагрузки в течение 2 минут после команды запуска.

Пусковая мощность электростанций Wärtsilä и типичных газовых турбин сравнивается на рис. 1. Быстрое время запуска двигателей Wärtsilä обеспечивает значительное эксплуатационное преимущество по сравнению с газовыми турбинами. Поскольку газовые турбины только вырабатывают мощность, обе электростанции Wärtsilä уже вышли на полную мощность.

Электростанции мира

Впервые для GE

Проект комбинированного цикла мощностью 1440 МВт компании Southern Power Generation 4A

Малайзия поставила перед собой цель сократить выбросы CO2 на 45% к 2030 году. Страна с населением 33 миллиона человек состоит из нескольких больших холмистых островов и полуострова, где мало открытых земель, подходящих для строительства крупных ветряных или солнечных электростанций. Недавний экономический рост в стране привел к неуклонному увеличению энергетических мощностей, отвечая на растущую потребность в большем количестве электроэнергии, однако необходимо достичь правильного баланса между затратами и воздействием на окружающую среду.

Большая часть электроэнергии, вырабатываемой на полуострове Малайзия, производится на угольных электростанциях, поскольку это самое дешевое решение по цене $/кВтч. Сегодня угольные электростанции производят около 65% электроэнергии, вырабатываемой на полуострове Малайзия. Тем не менее, в соответствии с чаяниями правительства, участники отрасли твердо привержены сокращению или почти нулевому уровню выбросов углерода для своей деятельности.

Благодаря последнему плану развития страны, направленному на добавление большего количества возобновляемой энергии при одновременном снижении зависимости от угля, газовая энергия остается критически важной для процветания страны.

В феврале 2021 года газовая электростанция Track 4A компании Southern Power Generation была запущена в эксплуатацию мощностью 1440 МВт.

Дебют гигантской газовой турбины GE 9HA.02

В феврале 2021 года газовая электростанция Track 4A компании Southern Power Generation была запущена в эксплуатацию мощностью 1440 МВт. Завод расположен в Пасир Гуданге, промышленном городе на южной оконечности полуострова Малайзия, всего в нескольких милях от Сингапура. Она будет обеспечивать электричеством около 3 миллионов домов.

Станция состоит из двух энергоблоков, каждый из которых оснащен 9ГА.02 и паровая турбина STF-D650, приводящая в действие генератор W88, и, впервые установленный на заводе H-класса, прямоточный (OT) парогенератор-утилизатор GE (HRSG). Технология OT HRSG от GE является ключевым фактором в усовершенствованных пароводяных циклах, обеспечивая более высокую эффективность комбинированного цикла.

Электростанция

Track 4A оснащена первыми в мире газовыми турбинами GE 9HA.02, находящимися в коммерческой эксплуатации. Турбины относятся к новому поколению машин GE, которые уже установили мировой рекорд эффективности электростанций.Модель 9HA.02 сочетает в себе достижения в области аддитивного производства и прорывы в области сжигания топлива, присутствующие также в моделях 7HA.01 и 7HA.02. Модель 9HA.02 оснащена камерой сгорания DLN 2.6e с аксиальной подачей топлива (AFS), которая обеспечивает более низкие выбросы оксидов азота (NOx) с улучшенным динамическим диапазоном. Кроме того, он включает в себя эволюционное усовершенствование топливных форсунок с предварительным смешиванием, технологию, разработанную GE в сотрудничестве с Министерством энергетики США для улучшения производительности, выбросов и топливной гибкости.

Система сгорания DLN 2.6e позволяет турбине сжигать до 50% водорода по объему в смеси с природным газом. В будущем систему можно будет настроить для работы на 100% h3. Эта возможность обеспечивается системой сгорания DLN2.6e, которая входит в стандартную комплектацию современных газовых турбин HA. Водород — не единственный способ обезуглероживания газовых турбин. Установки GE с комбинированным циклом H-класса также могут быть сконфигурированы с системой улавливания до сжигания для снижения выбросов CO2 до 95%.

Расширенная аналитика на предприятии

Завод управляется интегрированной системой управления предприятием GE Mark VIe. Оснащенный единым интерфейсом оператора и общими инструментами устранения неполадок, персонал предприятия может более эффективно эксплуатировать предприятие и, при возникновении проблем, быстро устранять проблемы, чтобы повысить общую доступность предприятия. Обладая превосходной реакцией и гибкостью, он позволяет операторам электростанций быстро передавать электроэнергию в сеть.

В течение 21 года общая производительность предприятия будет контролироваться и улучшаться с помощью программного обеспечения Predix Asset Performance Management от GE Digital, которое поможет улучшить видимость, надежность и доступность активов при одновременном снижении эксплуатационных расходов и затрат на техническое обслуживание.Кроме того, данные, собранные с датчиков по всему объекту, будут отслеживаться и анализироваться круглосуточно и без выходных в Центре мониторинга и диагностики (M&D) GE в Куала-Лумпуре.

Безопасность во время пандемии

Этот завод был безопасно построен совместно с тайваньским партнером по строительству и строительству, компанией CTCI. Несмотря на пандемию COVID-19, CTCI и GE сотрудничали без ущерба для здоровья и безопасности.

Турбины прибыли в модульных контейнерах, что позволило инженерам относительно быстро установить их.Машины GE H-класса спроектированы с более модульной архитектурой, что позволяет быстрее осуществлять осмотр и техническое обслуживание, что повышает надежность. Кроме того, GE самостоятельно разрабатывает и производит все основное оборудование комбинированного цикла для комплексного подхода. Полносистемный подход GE обеспечивает высокую выходную мощность и эффективность, а также улучшенную работоспособность установки.

CTCI и GE отработали более 10 миллионов безопасных человеко-часов в рамках этого проекта, что свидетельствует о надежности команды.Совместный успех двух компаний также проложил путь к еще одному недавнему партнерству в конце 2020 года, которое помогло GE выиграть многомиллиардный EPC-контракт на пять газовых электростанций с комбинированным циклом на Тайване. Вместе с опытом и поддержкой GE на месте это обеспечит долгосрочную работу и устойчивую передачу электроэнергии в сеть.

«Первая в мире коммерческая эксплуатация нашей флагманской турбины знаменует собой огромную веху для нашего парка HA, — сказал Рамеш Сингарам, президент и главный исполнительный директор GE Gas Power в Азии. — Мы с нетерпением ждем возможности помочь компании Southern Power Generation воспользоваться преимуществами нашей новейшей технологии. а также комбинированные услуги и цифровые решения, помогающие обеспечить более надежную и гибкую генерацию электроэнергии в стране.

Сила во время кризиса

Электростанция MWM обеспечивает бесперебойную работу вентилятора

Dräger — ведущий международный производитель медицинской техники и техники безопасности, включая аппараты ИВЛ. В условиях нынешней пандемии неудивительно, что немецкая компания из Любека пользуется большим спросом на свою продукцию, особенно на производимые ею аппараты ИВЛ. Штаб-квартира компании на Moislinger Allee в ганзейском городе Любек управляет производственными предприятиями и торговыми компаниями по всему миру.Чтобы все всегда работало бесперебойно, а не только во время кризиса, специальная когенерационная электростанция MWM поставляет около 30% тепла и электроэнергии. Значительное количество энергии требуется для рабочей силы из 3000 человек на площадке Moislinger Allee.

Dräger, ведущий международный производитель продуктов для медицины и безопасности, решил обновить ядро ​​своей когенерационной электростанции в 2020 году газовым генератором MWM TCG 2020 V12 с повышенной эффективностью.

Надежное снабжение

При первой установке когенерационной электростанции в 2007 году компания Dräger выбрала надежный и эффективный двигатель MWM в виде двигателя TCG 2020 V12.После 13 лет бесперебойной работы ядро ​​когенерационной электростанции было заменено в 2020 году газовой электростанцией MWM TCG 2020 V12 с повышенным КПД.

«Заменив двигатель когенерационной электростанции Dräger, мы хотим добиться еще большей экономии углерода и повысить рентабельность», — сказал Сёрен Зивертсен, руководитель проекта Stadtwerke Lübeck. Раньше когенерационная электростанция эксплуатировалась непосредственно компанией Dräger; теперь этим будет заниматься Stadtwerke Lübeck по договору подряда.

Когенерационная электростанция с регулируемым тепловыделением поставляет тепловую энергию и электроэнергию для Dräger, а также тепловую энергию для различных поставщиков услуг на территории предприятия. Все вырабатываемое тепло используется для обогрева рабочих мест в заводских цехах и офисах, а почти весь 1 МВт электроэнергии, которая в дальнейшем будет производиться, будет использоваться локально и не будет подаваться в местную электросеть. «Таким образом, мы можем сократить затраты Dräger на электроэнергию, так как энергия, вырабатываемая собственными силами, не облагается дополнительными сборами», — объясняет Бьорн Ферволд, менеджер по работе с клиентами в Stadtwerke Lübeck.Тепловая мощность составляет 1272 кВт, тепловой КПД составляет 53%, электрический КПД составляет 41,7%, что приводит к общему КПД 94,7%.

Современный двигатель повышенной производительности

Многолетнее сотрудничество в области надежного электроснабжения и теплоснабжения благодаря MWM продолжится и с Stadtwerke Lübeck. В июне 2020 года новый газовый двигатель MWM, который может похвастаться лучшим в своем классе электрическим и тепловым КПД, был запущен в эксплуатацию и продолжает обеспечивать бесперебойную подачу электроэнергии и тепла в Dräger.

Экологический апгрейд

Производитель тарного картона выбирает солнечные турбины

New-Indy Containerboard управляет четырьмя заводами, производящими 750 000 тонн переработанного тарного картона в год. Заводы New-Indy ежедневно получают более 100 грузовиков старого гофрированного картона (OCC). Этот материал очищают, превращают в суспензию, а затем перерабатывают для создания нового тарного картона. Затем переработанная бумага отправляется на заводы по производству коробок на местных рынках. Каждое из их предприятий в Калифорнии, США, имеет комбинированные теплоэлектростанции (ТЭЦ), которые обеспечивают всю электроэнергию завода, а также снабжают электроэнергией тысячи домов в Южной Калифорнии благодаря партнерству с Southern California Edison.

Две генераторные установки Titan 130 обеспечивают предприятие в Онтарио, штат Калифорния, США, на 100 % электроэнергией, а также паром для сушки бумаги во время производства.

Компания New-Indy ранее владела и управляла ТЭЦ, которая обеспечивала паром и электроэнергией существующую бумажную фабрику и новую коробочную фабрику, примыкающую к основному заводу. Существующая ТЭЦ была на исходе срока службы. Из-за увеличения затрат на техническое обслуживание, экологических сборов и изменений в экологических нормах New-Indy решила модернизировать свою существующую ТЭЦ с помощью новой, эффективной и экологически чистой системы.Новая модернизированная ТЭЦ использует природный газ для всех операций по производству электроэнергии и пара. Компания заявила, что две новые газовые турбины Titan 130 от Solar оснащены системами выбросов SoLONOx и будут намного чище и эффективнее, чем замененная установка.

Эти две генераторные установки Titan 130 полностью обеспечивают производственное предприятие в Онтарио электроэнергией, паром для сушки бумаги во время производства и подачей электроэнергии в сеть. New-Indy заявила, что гордится своими экологически безопасными производственными процессами, которые позволяют ей поддерживать сильное присутствие на рынке, который она обслуживает.

Кроме того, New-Indy приобрела соглашение о полном обслуживании с Solar Turbines для двух генераторных установок Titan 130. Это обеспечивает решение для долгосрочного обслуживания, которое предназначено для продления срока службы их оборудования за счет фиксированной стоимости обслуживания в течение длительного времени и значительного снижения финансовых рисков, связанных с потребностью в оборудовании. Это комплексное сервисное предложение включает в себя несколько сервисных возможностей, которые в сочетании будут успешно поддерживать работоспособность оборудования и уменьшать незапланированные простои оборудования, продлевая при этом его жизненный цикл.

Гибкая мощность, в любую погоду

Электростанция мощностью 22,7 МВт в Миссисипи использует газовые двигатели Wärtsilä

Эффективность и надежность Wärtsilä 31SG делают его предпочтительным двигателем для коммунальных предприятий, переходящих на возобновляемые источники энергии. Одним из таких примеров является компания Cooperative Energy в Миссисипи, позволяющая гибко генерировать энергию для поддержки солнечной энергии, а также обеспечивать устойчивость в случае ураганов.

Гибкая газовая электростанция мощностью 22,7 МВт с двумя высокоэффективными газовыми двигателями Wärtsilä 20V31SG в качестве первичных двигателей начала коммерческую эксплуатацию в Бенндейле, штат Миссисипи, США, в апреле 2020 года.Станция принадлежит Cooperative Energy, некоммерческому электроэнергетическому кооперативу, принадлежащему членам, и охватывает 432 000 домов и предприятий в Миссисипи. Wärtsilä поставила завод по полному контракту на проектирование, закупки и строительство (EPC), что снизило финансовые и временные риски при строительстве.

Миссия

Cooperative Energy состоит в том, чтобы обеспечить своих членов надежной и экономичной электроэнергией. По данным Cooperative Energy, двигатели Wärtsilä обеспечивают эффективность, которая намного выше, чем у любой из установок простого цикла компании, а также повышают гибкость генерирующего парка компании.В 2005 году уголь производил более половины их энергии, но сегодня более чистый природный газ составляет около двух третей смеси. Cooperative Energy также имеет десять солнечных площадок, что свидетельствует о растущей важности солнечного света Миссисипи для обеспечения электроэнергией.

Силовая установка с критической ролью

Станция обеспечивает ценную поддержку сети для интеграции возобновляемых источников энергии в систему Cooperative Energy сегодня и в будущем, а также надежность во время возможных отключений передачи, вызванных ураганами или другими суровыми погодными условиями.Лето в Миссисипи характеризуется жарким солнечным светом, а сезон ураганов создает свои хорошо известные проблемы. Погода играет жизненно важную роль в энергетической системе Миссисипи и была в центре внимания, когда компания Cooperative Energy начала переговоры с Wärtsilä о модернизации их электростанции в Бенндейле. Станция расположена в южной части энергосистемы и играет важную роль в восстановлении критических нагрузок в этом районе.

Компания

Cooperative Energy нуждалась не только в надежности, быстром пуске, эффективности и хорошей эксплуатационной гибкости, но и в возможности запуска из обесточенного состояния.Станция в Бенндейле может выполнять первоначальную подачу питания на участки сети, чтобы она могла обеспечить электроэнергией критически важную местную инфраструктуру, такую ​​как больницы, средства связи и другие более крупные объекты в системе, чтобы способствовать полному восстановлению сети. Решение Wärtsilä отвечает всем потребностям клиентов, что важно как для кооперативной энергетики, так и для общества.

Рекордная техника

Дизельная версия двигателя Wärtsilä 31 занесена в Книгу рекордов Гиннеса как самый эффективный 4-тактный дизельный двигатель в мире.Генераторная установка может обеспечить электрический КПД открытого цикла до 49%. Он имеет очень широкий диапазон нагрузки от 10% до 100%. Пока установка не работает, она потребляет очень мало электроэнергии в режиме ожидания. Важно также, что эффективность установки существенно не меняется в более жарких, холодных или влажных условиях, и она очень устойчива к снижению выходных характеристик в зависимости от качества газа или условий окружающей среды.

Гибкая газовая электростанция мощностью 22,7 МВт с двумя высокоэффективными газовыми двигателями Wärtsilä 20V31SG в качестве первичных двигателей начала коммерческую эксплуатацию в Бенндейле, штат Миссисипи, США, в апреле 2020 года.

Гибкость является, пожалуй, самым важным требованием к управляемому оборудованию для производства электроэнергии. Wärtsilä 20V31SG обеспечивает полную мощность всего за 2 минуты после команды запуска и синхронизируется с сетью менее чем за 30 секунд. Двигатель имеет непрерывный предел минимальной нагрузки на уровне 10%. В горячем состоянии он может загружаться со скоростью 2% в секунду. У него нет минимального времени безотказной работы или простоя. Генераторная установка имеет очень высокий КПД при частичной нагрузке, что делает ее очень удобным выбором для работы с постоянно меняющимися режимами нагрузки.Всякий раз, когда в системе происходит насыщение возобновляемой энергии, генераторные установки могут быть остановлены по отдельности или все одновременно. Ограничений по пуску и остановке нет, и они не влияют на график капитального ремонта двигателей.

Первый год работы завода в Бенндейле продемонстрировал гибкость и эффективность технологии двигателей Wärtsilä 20V31SG. Недавние результаты эксплуатации показывают, что тепловая мощность ТБТ при полной нагрузке станции достигает 6989 БТЕ/кВтч.

Использование энергии зеленого водорода

Коммунальное предприятие Германии работает с INNIO над переходом на экологические стандарты

По данным Международного энергетического агентства (МЭА), энергетический сектор производит 40% мировых выбросов CO2.Интенсивное производство парниковых газов заставляет энергетическую отрасль вести острую конкуренцию за предоставление экономичных, безопасных и чистых альтернативных источников энергии по мере того, как мир переходит от ископаемого топлива к более чистым технологиям, которые уменьшат его углеродный след. Водород вновь стал жизнеспособной технологией для крупномасштабной промышленной электрификации. INNIO меняет электроэнергетическую отрасль, доказывая, что экологически чистые водородные электростанции являются не только теоретическим решением для крупномасштабной промышленной электрификации, но и реальным, работоспособным решением.В 2020 году INNIO тесно сотрудничала с немецкой коммунальной службой HanseWerk Natur для создания пилотной «зеленой коммунальной установки», которая может вырабатывать электроэнергию и тепло с помощью газового двигателя INNIO, работающего на 100-процентном водороде, смеси водорода и природного газа или природного газа в Гамбурге, Германия. .

INNIO работала с немецкой коммунальной компанией HanseWerk Natur над разработкой комбинированной теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) на водородном топливе мощностью 1 МВт в центре Гамбурга. Завод начал полевые испытания в ноябре 2020 года.

Водородная ТЭЦ

INNIO работала с немецкой коммунальной компанией HanseWerk Natur над созданием комбинированной теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) на водородном топливе мощностью 1 МВт в центре Гамбурга.В ноябре 2020 года завод начал полевые испытания. Этот флагманский пилотный проект привел к крупномасштабному внедрению водородной технологии на ТЭЦ. «Проводя полевые испытания этой ТЭЦ INNIO со 100-процентным водородом, мы демонстрируем, что более экологичное, надежное, гибкое и ориентированное на будущее энергоснабжение Гамбурга технически осуществимо», — пояснил Томас Бааде, технический директор HanseWerk Natur. ГмбХ. Переоборудованная ТЭЦ является частью тепловой сети в Бахренфельде, в которой HanseWerk Natur обеспечивает 30 жилых домов, спортивный центр, детский сад и развлекательный комплекс Othmarschen Park надежным локальным отоплением мощностью 13 000 МВт/ ч каждый год.Вырабатываемая электроэнергия подается на точки зарядки электромобилей в многоуровневом гараже Othmarschen, а также в местную электросеть.

«Вместе с HanseWerk Natur мы прокладываем путь к более экологичному, безопасному, гибкому и децентрализованному энергоснабжению Гамбурга», — сказал Карлос Ланге, президент и главный исполнительный директор INNIO. Продукция будет подаваться в местную отопительную сеть HanseWerk Natur, обслуживающую около 1,3 миллиона клиентов. Использование водородных двигателей в качестве источника более безопасной и чистой энергии прокладывает путь к децентрализованным приложениям для сообществ по всему миру.Например, 16-цилиндровый газовый двигатель от INNIO Jenbacher, который когда-то работал на природном газе, теперь может работать на 100-процентном водороде или любой смеси водорода и природного газа или природного газа. При использовании водорода в качестве источника топлива выбросы CO2 отсутствуют, поскольку водород сгорает без выбросов CO2.

Объект Green Utility, расположенный на Юрген-Тёпфер-Штрассе в центре Гамбурга, имеет электрическую мощность 999 кВт в режиме природного газа и работает на различных смесях водорода/природного газа, а также на 100% зеленом водороде.Установка, оптимизированная для работы на природном газе, отличается превосходным общим КПД 93%. При работе с чистым водородом или водородными смесями мощность будет регулироваться соответствующим образом. Вырабатываемое тепло подается в местную отопительную сеть HanseWerk Natur, а электроэнергия подается в сеть и при необходимости используется для подзарядки электромобилей на месте. Интегрированная энергетическая система, объединяющая электрические, отопительные и газовые сети, является ключом к более экологичному энергетическому будущему.Используя технологию Power-to-Gas (P2G), зеленый водород преобразуется из избыточной возобновляемой энергии, производимой в основном солнцем и ветром. В отличие от электричества, его можно хранить длительное время в резервуарах или в больших количествах в подземных пещерах — как природный газ — в течение месяцев или сезонов.

Возможности зеленого водорода

Первоначально зеленый водород, произведенный по технологии P2G, будет дорогим, а объем производства будет ограничен. На этом переходном этапе, когда продолжаются исследования технологий зеленого водорода, голубой водород, полученный из природного газа с использованием и хранением углерода (CCUS), может сыграть свою роль и обеспечить переход.Небольшое количество водорода можно подавать в существующую сеть природного газа, а большее количество водорода транспортировать по отдельной инфраструктуре. Водород в качестве топлива может использоваться локально во всех секторах, включая промышленность, транспорт и производство ТЭЦ. Институт Земли Колумбийского университета сообщает, что многие эксперты считают зеленый водород необходимым для достижения целей Парижского соглашения, учитывая, что определенные части экономики производят выбросы, которые трудно устранить.В США три основных источника выбросов, вызывающих потепление климата, связаны с транспортом, производством электроэнергии и промышленностью.

Зеленый водород открывает перед Северной Германией значительные возможности, учитывая ее обширные ветровые ресурсы и растущее значение в качестве носителя энергии. Поскольку энергетическая отрасль продолжает стремиться к преобразованию электроэнергии, вырабатываемой ветром, в зеленый водород, она также видит, как ее можно использовать в энергетике, тепле, транспорте и промышленности.В январе 2020 года правительство Германии отреагировало на усилия таких энергетических компаний, как INNIO, одобрив общенациональный отказ от использования угля в Германии к 2038 году.

По определению экологически чистые источники энергии, такие как электростанции INNIO и HanseWerk Natur, полностью работающие на водороде, работают как источники энергии с нулевым уровнем выбросов. По сути, экологически чистые источники энергии не производят дополнительного углекислого газа или других парниковых газов в процессе производства электроэнергии. Этот флагманский пилотный проект не только будет способствовать широкомасштабному использованию водородной технологии на ТЭЦ, но и город Гамбург поставил перед собой цель обеспечить, чтобы все заинтересованные потребители в энергетическом, теплом и транспортном секторах могли снабжаться почти полностью с зеленым водородом к 2035 году.

Зеленый водород может быть преобразован гибкими электростанциями с газовыми двигателями в управляемую возобновляемую энергию. Подобно природному газу, он идеально подходит для применения в ТЭЦ и может обеспечивать нагрев и охлаждение, достигая коэффициента использования топлива 90% и более. Газовые двигатели, работающие на водороде, представляют собой зрелую технологию, не требуют высокой чистоты водорода, доступны с очень конкурентоспособными капитальными и эксплуатационными затратами и обеспечивают необходимую эксплуатационную гибкость при очень низком уровне выбросов. Кроме того, электростанции с двигателями, работающими на водороде, нейтральны по отношению к выбросам CO2 и позволяют снизить выбросы NOx более чем на 80 % по сравнению с природным газом.Это решение поставит мир на путь к более экологичному будущему.

(PDF) Стратегии турбины с изменяемой геометрией (VGT) для улучшения отклика дизельного двигателя в автомобиле: имитационное исследование

326 Z. Filipi, Y. Wang and D. Assanis

Hashimoto, T., Okada, K. and Oikawa , T. (1986) «Новый дизельный двигатель ISUZU объемом 9,8 л с турбонагнетателем с изменяемой геометрией

», документ SAE 860460, Уоррендейл, Пенсильвания.

Хоули, Дж. Г., Уоллес Ф. Дж., Кокс, А., Хоррокс, Р.В. и Бёрд, Г.Л. (1999) «Турбокомпрессор с изменяемой геометрией

для снижения выбросов и улучшения характеристик крутящего момента», Труды

IMechE — Journal of Automotive Engineering, London, Vol. 213, часть D.

Howard Demuth and Mark Beale (1998) Руководство пользователя (версия 3.0) Neural Network Toolbox для

Использование с MATLAB®.

Джейкобс Т., Филиппины. Z. и Assanis, D. (2003) «Влияние рециркуляции выхлопных газов на производительность и выбросы

дизельного двигателя большой мощности», документ SAE 2003-01-1068, Warrendale,

PA.

Кессель, Дж. А., Шафнит, Дж. и Шмидт, М. (1998) «Моделирование и имитация в реальном времени турбокомпрессора

с изменяемой геометрией турбины (VTG)», документ SAE 980770, Уоррендейл, Пенсильвания.

Лука Л.С., Штейн Дж.Л. и Халберт Г.М. (1998) «Метрика сокращения физической модели с

приложением к динамике транспортного средства», 4-й симпозиум IFAC по проектированию нелинейных систем управления

(NOLCOS 98), Энсхеде, Нидерланды.

Лука, Л.С., Штейн, Дж.Л. и Райдаут, Д.Г. (2001) «Создание надлежащих интегрированных динамических моделей

для мобильности транспортных средств с использованием формулировки графа связей», Материалы Международной конференции

2001 г. по моделированию графов связей, Общество компьютерного моделирования, Феникс, Аризона, 2001.

McCutcheon, A.R.S. и Браун, М.В.Г. (1986) «Оценка турбокомпрессора с изменяемой геометрией

на коммерческом дизельном двигателе», Конференция IMechE по турбонаддуву и турбокомпрессорам,

C104/86, Лондон.

Мораал, П. и Колмановский, И. (1999) «Моделирование турбокомпрессора для автомобильного управления

приложений», документ SAE 1999-01-0908, Уоррендейл, Пенсильвания.

Мюллер, М., Хендрикс Э. и Соренсен, С. (1998) «Моделирование среднего значения двигателей с искровым зажиганием

с турбонаддувом», Документ SAE 980784, Уоррендейл, Пенсильвания.

Нельсон С., Филипи З.С. и Ассанис, Д. Н. (2003) «Использование нейронных сетей для согласования компрессоров с фиксированной или

переменной геометрией с дизельными двигателями», ASME Journal of Engineering for Gas

Turbines and Power, New York, April, Vol.125, № 2, стр. 572-579.

Пилли, А.Д., Ноубл, А.Д., Бомонт, А.Дж., Нидхэм, Дж.Р. и Портер, Б.К. (1989) «Оптимизация

переходных выбросов дизельных двигателей большой мощности путем расширенного управления турбонагнетателем с изменяемой геометрией

», документ SAE 8

, Уоррендейл, Пенсильвания.

Ван Ньюштадт, М.Дж., Колмановский, И.В., Мораал, П.Е., Стефанопулу, А.Г. и Янкович, М.

(2000) «Схемы управления EGR-VGT: Экспериментальное сравнение для высокоскоростного дизельного двигателя»,

Система управления Журнал, июнь, Vol.20, № 3, стр. 63-79.

Уоллес Ф.Дж., Ховард Д., Робертс Э.В. и Андерсон У. (1986) «Изменяемая геометрия

турбонаддува дизельного двигателя большого грузовика», документ SAE 860452, Уоррендейл, Пенсильвания.

Уотсон, Н. и Банисолейман, К. (1986) «Характеристики высококлассного дизельного двигателя с турбокомпрессором с изменяемой геометрией

», Конференция IMechE по турбонаддуву и турбокомпрессорам,

C121/86, Лондон.

Уотсон, Н. и Банисолейман, К. (1988) «Система управления турбокомпрессором с изменяемой геометрией для дизельных двигателей высокой мощности

», документ SAE 880118, Уоррендейл, Пенсильвания.

Уотсон, Н. и Джанота, М.С. (1982) Турбонаддув двигателя внутреннего сгорания, John Wiley

& Sons, Лондон.

Уотсон, Н., Пилли, А.Д. и Марзук, М. (1980) «Корреляция сгорания для моделирования дизельного двигателя

», SAE Paper 800029, Warrendale, PA.

Преобразование частоты генератора: 60 ​​Гц и 50 Гц Используемая мощность генератора

Скорость и частота генератора пропорциональны Выходная частота генератора является одним из важных параметров, определяющих мощность генератора.Выходная электрическая мощность генератора должна поддерживаться на фиксированной частоте 50 Гц или 60 Гц, чтобы соответствовать выходной мощности стандартной электрической сети или номинальной частоте ваших приборов.

Частота обычно составляет 60 Гц в США и 50 Гц в Европе. Вы также можете столкнуться с различными изолированными участками одной и той же сети, работающими на разных частотах. Затем становится необходимым изменить выходную частоту генератора, чтобы она соответствовала частоте питаемых приборов или сети, к которой подключен ваш генератор.

Изменение частоты вращения двигателя для изменения выходной частоты Современные генераторы состоят из двигателя, напрямую подключенного к генератору переменного тока для производства электроэнергии. Одним из наиболее распространенных способов изменения выходной частоты генератора является изменение скорости вращения двигателя.

Два коэффициента связаны по следующей формуле – Частота генератора (f) = число оборотов двигателя в минуту (Н) * количество магнитных полюсов (P) / 120 И наоборот, P = 120*f/N

Согласно приведенной выше формуле, двухполюсный генератор с выходной частотой 60 Гц имеет частоту вращения двигателя 3600 об/мин.Чтобы изменить выходную частоту на 50 Гц для той же конфигурации генератора, скорость двигателя необходимо уменьшить до 3000 об/мин. Точно так же для 4-полюсного генератора частота вращения двигателя 1800 об/мин дает выходную мощность 60 Гц. Снижение частоты вращения двигателя до 1500 об/мин дает выходную мощность 50 Гц.

В случае небольших или бытовых генераторов вы можете изменить настройки оборотов двигателя, внеся несколько изменений на панели управления вашего устройства. Следуйте приведенным ниже инструкциям, чтобы изменить частоту генератора с 60 Гц на 50 Гц:

  1. Запустите двигатель генератора и настройте частотомер на панели управления на частоту 50 Гц
  2. Проверьте вольтметр или потенциометр переменного тока, в зависимости от обстоятельств, и считайте выходное напряжение генератора.Выходное напряжение уменьшается по мере уменьшения частоты и может быть ниже желаемого значения
  3. Отрегулируйте вольтметр переменного тока или потенциометр на панели управления, пока не получите желаемое выходное напряжение при 50 Гц
  4. Выполнив аналогичные изменения на панели управления, вы можете увеличить частоту с 50 Гц до 60 Гц
  5.  Если на панели управления не отображается частота, необходимо сначала подключить устройство, которое будет измерять частоту при работающем генераторе, а затем изменять обороты двигателя.
    Контроллеры генераторов осуществляют мониторинг и управление вашей установкой в ​​режиме реального времени. Встроенные защитные функции автоматически отключают генератор в случае превышения оборотов двигателя или очень низкой выходной частоты. Для получения дополнительной информации о функциональности генератора, пожалуйста, прочитайте следующую статью, Как работают генераторы..

Преобразователи частоты

Если вы используете генератор с фиксированной скоростью, вы можете подключить к своему устройству преобразователь частоты.Преобразователь частоты представляет собой комбинацию выпрямителя и инвертора. Выпрямитель использует выход переменного тока (AC) генератора для получения постоянного тока (DC). Затем инвертор преобразует это для получения выходного переменного тока желаемой частоты. Любое сопровождающее изменение напряжения не зависит от назначения блока, а также зависит от области применения, для которой используется преобразователь частоты.


Традиционно преобразователи частоты, такие как роторные преобразователи и мотор-генераторные установки, изготавливались из электромеханических компонентов.С появлением твердотельной электроники они стали полностью электронными.

Помимо изменения выходной частоты, эти устройства также используются для управления крутящим моментом и скоростью двигателей переменного тока. Преобразователи частоты также находят применение в аэрокосмической промышленности для преобразования частоты 50 или 60 Гц в выходную частоту 400 Гц, которая используется в наземных силовых установках самолетов. Эти системы также используются для управления скоростью вращения вентиляторов и насосов, а также других нагрузок с переменным крутящим моментом, работающих на переменной скорости.

Генераторные установки с электронным регулированием скорости Существует особый класс генераторов, известных как генераторы с электронной переменной скоростью, в которых изменение скорости двигателя изменяет скорость генератора переменного тока, чтобы автоматически производить выходную мощность с переменной частотой. Затем преобразователь частоты используется для выпрямления меняющейся выходной мощности генератора, чтобы соответствовать требуемой выходной частоте 50 Гц или 60 Гц.

Использование этого устройства устраняет необходимость в частотно-регулируемом приводе и трансформаторе.Недостатком этой технологии является то, что электронный компонент, кроме дороговизны, не подходит для использования в суровых условиях, в которых обычно работает генератор.

Важно отметить, что они отличаются от генераторов с переменной скоростью, которые имеют бесступенчатую трансмиссию (CVT), которая позволяет изменять скорость вращения двигателя, но поддерживает постоянную скорость генератора переменного тока. Это не изменяет выходную частоту, но позволяет генератору изменять выходную мощность генератора в соответствии с требованиями переменной нагрузки.

>>Вернуться к статьям и информации<< .