От въздуха до енергия: Разбиране на газовия турбинен двигател

Работен принцип на газовата турбина

Компресорът, приводен от турбината, постоянно извлича въздух от атмосферата и го comprимира, увеличавайки неговото налягане. Компрессираният въздух влиза в горивната камера, се смесва с инжектираното гориво и гори. След като стане високотемпературен горещ газ, той протича през турбината, разширява се и извършва работа. След извършването на работата, налягането на горещия газ пада до атмосферно и се изхвърля в атмосферата.

Така че, трите основни части на газовата турбина са компресора, горивната камера и турбината.

Аксилният компресор има много лопasti, които са подобни по форма на пропелерни лопasti, но са разделени на „вращащи се лопasti“ и „неподвижни лопasti“. Вращащите се лопasti се движеат като пропелер, бутайки потока на въздуха назад по време на въртенето. В този момент налягането на потока на въздуха ще се увеличи, както и температурата.

Функцията на неподвижните лопатки е да насочват въртящият се поток на въздуха, породен от движението на движещите се лопатки, назад към аксиалното посока и да влезе в следващата група ротори под правилния ъгъл. Обикновено една група движещи се лопатки и една група неподвижни лопатки са конфигурирани по чередувателен начин, а една група движещи се лопатки и една група неподвижни лопатки се наричат стадия.

Освен това съществува радиален компресор. Той използва центробежната сила, произведена от въртенето на импелера, за да тласка въздушния поток навън, което води до създаване на притиск. Единичен радиален компресор може да има степента на comprессия на няколко стъпеня на аксиални компресори, което е добър избор за по-малките газови турбини.

Камерата за горење преобразува химическата енергия на горивото в термична енергия, топляйки високотоносно въздух, сжат от компресора, до висока температура, така че да може да бъде разширен в турбина за извършване на работа. Горивото може да е течно гориво (например бензин) или газовидно гориво (например природен газ).

Пред камера за горење се намира въздушният вход, водещ към компресора, а зад нея е изходът за горещите газове, водещ към турбината.

Функцията на турбината е да преобразува енергията високотемпературния и високотоварен горящ газ в механична енергия.

В момента се използват главно осеви турбини, които се характеризират с висока мощност, голям поток и висока ефективност. Центробежната турбина е радиална турбина, която се използва предимно в някои маломощни газови турбини.

Газовата турбина е машина за вътрешно горене, която използва непрекъснато протичащ газ като работна течност, за да привлича импелера да върти с висока скорост, преобразувайки енергията на горивото в полезна работа. Това е въртящ импелерен топлинен двигател.

В основния процес на въздух и газ в газова турбина има само газов цикъл, състоящ се от три големи компонента: компресор, камера за горене и газова турбина, което обикновено се нарича прост цикъл. Повечето газови турбини използват схема на прост цикъл.

Компресорът вдъхва въздух от външната атмосферна среда и го comprимира постепенно чрез аксиален потоков компресор, за да увеличи налягането, при което температурата на въздуха се повишава съответно; comprimirаният въздух се притиска в камера за горене и се смесва с инжектираното гориво, което гори, за да произведе високотемпературни и високонатискани газове; след това те влизат в турбината, където се разширяват и извършват работа, привеждайки турбината да превръща компресора и външния носител на ротора да въртят на висока скорост, реализирайки частичното преобразуване на химическата енергия на газовото или течното гориво в механична работа и изходяща електрическа работа. Изхвърляните газове от турбината се изпращат обратно в атмосферата, за да отдадат топлина естествено. По този начин газовата турбина преобразува химическата енергия на горивото в термична енергия и после преобразува част от термичната енергия в механична енергия. Обикновено в газова турбина компресорът е приводен от разширващата се работа на газовата турбина, която е нейният носител. В прост цикъл около 1/2 до 2/3 от механичната работа, произведена от турбината, се използва за привличане на компресора, а останалите 1/3 от механичната работа се използват за привличане на генератора. Когато газовата турбина стартира, първоначално се изисква външна мощност. Обикновено стартерът привлича компресора, докато механичната работа, произведена от газовата турбина, стане по-голяма от механичната работа, използвана от компресора. След това външният стартер се отключва и газовата турбина може да работи самостоятелно.