Od vzduchu k energii: Porozumění plynové turbíně

Princip fungování plynového turbíny

Kompresor, poháněný turbínou, neustále nasává vzduch z atmosféry a komprimuje jej a zvyšuje jeho tlak. Komprimovaný vzduch vstupuje do spalovací komory, míchá se s potrubím paliva a hoří. Poté, co se stane vysokoteplým spalovacím plynem, proudí do turbíny, aby se rozšířil a vykonával práci. Po provedení práce klesne tlak spalovacího plynu na atmosférický tlak a uvolní se do atmosféry.

Tedy tři hlavní části plynové turbíny jsou kompresor, spalovací komora a turbína.

Axální kompresor má mnoho listů, které mají podobu tvaru vrtulí, ale jsou rozděleny na "pohyblivé listy" a "nehybné listy". Pohyblivé listy se točí jako vrtule a během rotace odstrkují vzduch dopředu. V tomto okamžiku se zvýší tlak vzduchu a také teplota.

Úlohou stálých vánoc je vést rotující proudový tok vzduchu, vyvolaný působením pohyblivých vánoc, zpět do axiálního směru a vstupovat do další sady rotorů pod správným úhlem. Obvykle je jedna sada pohyblivých vánoc a jedna sada stálých vánoc umístěna střídavě, a jedna sada pohyblivých vánoc a jedna sada stálých vánoc se nazývá stupeň.

Navíc existuje radiální kompresor. Používá odstředivou sílu vyvolanou otáčením vrtule k tlačení vzdušného proudu ven, čímž vzniká tlakový efekt. Jednostupňový radiální kompresor může mít stupnice komprese několika stupňů axiálních kompresorů, což je dobrá volba pro menší plynové turbíny.

Spalovací komora převádí chemickou energii paliva na tepelnou energii, zahřívá vysoko tlakovaný vzduch dodaný sušinou na vysokou teplotu tak, aby mohl být rozšířen v turbíně k vykonání práce. Palivo může být kapalné palivo (jako benzin) nebo plynné palivo (jako přírodní plyn).

Před obalem spalovací komory je vzduchový vstup vedoucí ke kompresoru a za ním je výstup horkého plynu vedoucí k turbíně.

Úlohou turbíny je převést energii vysokooteplného a vysokotlakého spalovacího plynu na mechanickou energii.

V současnosti se používají převážně osy turbinové sítě, které jsou charakterizovány vysokou výkonovostí, velkým průtokem a vysokou účinností. Centrifugální turbína je radiální toková turbína, která se používá hlavně v některých malovýkonových plynových turbínách.

Plynová turbína je vnitřní spalovací stroj, který používá nepřetržitě tekoucí plyn jako pracovní tekutinu k otáčení vrtule na vysoké rychlosti, převádě tak energii paliva na užitečnou práci. Je to rotující tepelný motor s vrtulí.

V hlavním procesu vzduchu a plynu v plynové turbíně existuje pouze cyklus plynové turbíny skládající se z tří hlavních součástí: kompresoru, spalovací komory a plynové turbíny, což se obvykle nazývá jednoduchý cyklus. Většina plynových turbín používá schéma jednoduchého cyklu.

Kompresor vdechuje vzduch z vnějšího atmosférického prostředí a postupně ho komprimuje pomocí osyového proudového kompresoru, aby zvýšil tlak; teplota vzduchu roste přitom také. Komprimovaný vzduch je pak vtlačen do spalovací komory, kde se smíchá s napájeným palivem a spálí, aby vytvořil vysokoteplý a vysokotlakový plyn. Poté vstupuje do turbíny, kde se rozšiřuje a vykonává práci, čímž pohání turbínu, která otáčí kompresor a vnější zátěžní rotor na vysoké rychlosti. Tím se částečně převede chemická energie plynného nebo kapalného paliva na mechanickou práci a odebere se elektrická práce. Výfukové plyny odpařené z turbíny jsou uvolněny do atmosféry, kde se teplo uvolní přirozeně. Tímto způsobem převádí gazodúr chemickou energii paliva na tepelnou energii a část této tepelné energie na mechanickou práci. Obvykle v gazodúru je kompresor poháněn prací rozšiřující se plynů v turbíně, což je zátěž pro turbínu. V jednoduchém cyklu je asi 1/2 až 2/3 mechanické práce vygenerované turbínou použita na pohon kompresoru a zbývajících 1/3 mechanické práce je použita na pohon generátoru. Při spuštění gazodúru je potřeba nejprve externí síla. Obvykle startér pohání kompresor, dokud není mechanická práce vygenerovaná gazodúrem větší než mechanická práce spotřebovaná kompresorem. Poté je startér odpojen a gazodúr může pracovat nezávisle.