Fra Luft til Kraft: Forståelse af Gas turbine motor

Arbejdsprincippet for gas turbine

Kompressoren, som drives af turbinen, trækker løbende luft fra atmosfæren ind og comprimerer og øger dens tryk. Den comprimerede luft går ind i forbændingskammeret, blander sig med den indsprøjtede brændstof og forbrenes. Efter at være blevet højtemperaturs forbændingsgas, flyder det ind i turbinen for at udvide sig og udføre arbejde. Efter at have udført arbejde, faldt trykket på forbændingsgassen til atmosfærisk tryk og afgives til atmosfæren.

Derfor er de tre hovedkomponenter i en gas turbine kompressoren, forbændingskammeret og turbinen.

En axialstrøm-kompressor har mange blade, der er formede ligesom propellerblade, men de er opdelt i "rørblad" og "stillestående blade". De rørblade drejer som en propeller og skubber luftstrømmen bagud under rotationen. På dette tidspunkt vil trykket på luftstrømmen stige, og temperaturen vil også stige.

Funktionen af de stationære blade er at guide den rotierende luftstrøm, der opstår af virkningen af de bevægelige blade, tilbage til den akselelige retning og ind i det næste sæt af rotorer på den korrekte vinkel. Normalt er et sæt af bevægelige blade og et sæt af stationære blade konfigureret skiftende, og et sæt af bevægelige blade og et sæt af stationære blade kalder vi en stage.

Derudover findes der en radial kompressor. Den bruger den centrifugalkraft, der opstår af pandens rotation, til at skubbe luftstrømmen udad, hvilket genererer en trykfrembringende effekt. En enkelt-stage radial kompressor kan have samme komprimeringsforhold som flere stages af aksele kompressorer, hvilket gør den til en god valgmulighed for mindre gas turbine.

Forbrændingskammeret omformer den kemiske energi i brænslet til varmeenergi, hvilket opvarmer den højtryksluft, der trygges ind af kompressoren, til en høj temperatur, så den kan udvides i turbinen for at udføre arbejde. Brænslet kan være væskemæssigt brænsle (som f.eks. benzin) eller gasfremt brænsle (som f.eks. naturgas).

Foran forbrændingskammerets hull er luftindgangen, der fører til kompressoren, og bagved er den varme gasudgang, der fører til turbinen.

Turbinens funktion er at omforme energien i det højtemperatur- og højtryksforbrændingsgas til mekanisk energi.

I øjeblikket bruges de fleste akseflowturbiner, som er karakteriseret ved høj effekt, stor strøm og høj effektivitet. Den centrifugalturbin er en radialflowturbin, der hovedsageligt bruges i nogle småeffekts gas-turbiner.

En gasturbine er en ekstern forbændingskraftmaskine, der bruger en kontinuerligt strømende gas som arbejdsfluid for at drive panderen til at rotere med høj hastighed, hvilket omformer brændselets energi til nyttig arbejde. Det er en rotativ pandervekslermotor.

I den primære proces for luft og gas i en gasturbine består der kun af en gasturbinklynge, der består af tre hovedkomponenter: en kompressor, en forbændelsesrum og en gasturbine, hvilket normalt kaldes en simpel klynge. De fleste gasturbiner bruger et simpelt klyngeanlæg.

Kompressoren suger luft fra det eksterne atmosfæriske miljø og komprimerer den trinvis gennem en akssstrømskompressor for at øge trykket, og lufttemperaturen stiger også tilsvarende; den komprimerede luft presser sig ind i forbreningskammeret og blander sig med den indsprøjtede brændstof for at forbrænde og generere højtemperatur- og højtryksgas; derefter går det ind i turbinen for at udvide og udføre arbejde, hvilket driver turbinen til at drive kompressoren og den eksterne last rotor på høj hastighed, hvilket gør det muligt at konvertere en del af brændstoffets kemiske energi til mekanisk arbejde og afgive elektrisk arbejde. Afledningsgaset, der frigives fra turbinen, udsendes til atmosfæren for naturlig varmeafgivning. På denne måde konverterer gas turbine brændstoffets kemiske energi til termisk energi og derefter en del af termisk energi til mekanisk energi. Normalt i en gas turbine drives kompressoren af gas turbinens udvidelsesarbejde, som er turbinens last. I en simpel cyklus bruges omkring 1/2 til 2/3 af det mekaniske arbejde, der genereres af turbinen, til at drive kompressoren, og de resterende 1/3 af det mekaniske arbejde bruges til at drive generator. Når gas turbinen startes, kræves først ekstern strøm. Generelt set driver starteren kompressoren indtil det mekaniske arbejde, der genereres af gas turbinen, overstiger det mekaniske arbejde, der forbruges af kompressoren. Den eksterne start enhed skilles fra, og gas turbinen kan arbejde uafhængigt.