Zlepšení výkonu vzduchových přechodových kanálů pomocí špičkových tepelně odolných slitin Česká republika

Přechodová sekce: klíčový můstek spojující spalovací komoru a turbínu

Tvar přechodového úseku je obvykle postupně se měnící potrubí. Jeho průřezová plocha se od kompresoru ke spalovací komoře postupně zvětšuje. Je to proto, že rychlost proudění vzduchu a tlak na výstupu z kompresoru jsou vysoké a je nutné snížit rychlost proudění vzduchu zvětšením plochy průřezu, aby se proud vzduchu mohl lépe promíchat s palivem a stabilně spalovat ve spalovací komoře. Jeho délka se liší podle celkové konstrukce a požadavků na výkon plynové turbíny. Obecně řečeno, jeho délkový návrh by měl zohledňovat rovnoměrný přechod proudění vzduchu a minimalizaci tlakových ztrát.

Protože přechodový úsek musí odolávat vysoké teplotě a tlaku, zejména přechodový úsek z výstupu spalovací komory do turbíny, musí čelit praní vysokoteplotních spalin. Proto obvykle používá slitinové materiály odolné vůči vysokým teplotám, jako jsou slitiny na bázi niklu. Z hlediska výrobního procesu může být zahrnuta technologie přesného lití, která zajistí hladký vnitřní povrch a sníží třecí odpor proudění vzduchu. Současně některé přechodové sekce také přijmou konstrukci vnitřních chladicích kanálů pro snížení teploty součástí zavedením chladicího vzduchu, aby byla zajištěna její strukturální integrita a stabilní výkon v prostředí s vysokou teplotou.

Při přechodu z kompresoru do spalovací komory je hlavní funkcí nastavení rychlosti a tlaku proudu vzduchu. Rychlost proudění vzduchu na výstupu z kompresoru je vysoká, zatímco spalovací komora vyžaduje proudění vzduchu relativně nízkou rychlostí, aby bylo zajištěno dostatečné promíchání a stabilní spalování paliva a vzduchu. Přechodová sekce snižuje rychlost proudění vzduchu a odpovídajícím způsobem se mění tlak tak, aby vyhovoval požadavkům vstupu do spalovací komory prostřednictvím její postupně se měnící plochy průřezu. Ze spalovací komory do turbíny musí přechodová část umožňovat, aby vysokoteplotní a vysokorychlostní plyn vstupoval do turbíny rovnoměrně, aby bylo zajištěno, že turbína může efektivně odebírat energii z plynu. 

Konstrukce přechodové části je zásadní pro zajištění rovnoměrného proudění vzduchu. U plynové turbíny vyžaduje jak míchání paliva a vzduchu ve spalovací komoře, tak pracovní proces plynu v turbíně rovnoměrné rozdělení proudu vzduchu. Nerovnoměrné proudění vzduchu může vést k problémům, jako je neúplné spalování, místní přehřátí nebo nerovnoměrná síla na lopatky turbíny. Přechodová část vede proud vzduchu tak, aby proudil rovnoměrně speciálními vnitřními strukturami, jako jsou vodicí lopatky a pozvolné tvary stěn, čímž se zlepšuje výkon a spolehlivost celého systému plynové turbíny.

Přechodový úsek mezi spalovací komorou a turbínou přímo ovlivňuje pracovní výkon turbíny. Pokud přechodová část nemůže rovnoměrně vést plyn o vysoké teplotě do turbíny, budou lopatky turbíny vystaveny nerovnoměrnému tepelnému a mechanickému namáhání. Tím se nejen sníží účinnost turbíny, ale může dojít i k poškození lopatek turbíny a zkrácení životnosti plynové turbíny. Kromě toho tlaková ztráta v přechodové části ovlivní také tlak plynu na vstupu do turbíny, a tím ovlivní pracovní kapacitu turbíny.