Od zraka do snage: Razumijevanje plinske turbine

Način rada plinske turbine

Kompresor, pogonjen turbine, neprestano uzuje zrak iz atmosfere i povećava njegov tlak. Stisnuti zrak ulazi u gorišnu komoru, miješa se s unesenim gorivom i gore. Nakon što postane visokotemperaturni goriivi plin, teče u turbinu da se proširi i obavi posao. Nakon obavljanja posla, tlak goriivog plina pada na atmosferski tlak i ispušta se u atmosferu.

Stoga su tri glavne dijelove plinske turbine: kompresor, gorišna komora i turbina.

Aksijalni kompresor ima mnogo lopatica, koje su oblika sličnog propelerima, ali su podijeljene u "pomicne lopate" i "statične lopate". Pomicne lopate rotate kao propeler, tijekom rotacije gađajući zračni tok unazad. Tada će se tlak zračnog toka povećati, a također i temperatura.

Funkcija stacionarnih lopatica je voditi rotirajući zrakoplov koji nastaje djelovanjem pomičnih lopatica natrag u aksijalni smjer i ulaziti u sljedeći skup rotorima pod pravim kutem. Obično se jedan skup pomičnih lopatica i jedan skup stacionarnih lopatica raspoređuju alternirano, a jedan skup pomičnih i jedan skup stacionarnih lopatica nazivaju se stupanjem.

Također postoji i radijalni kompresor. On koristi centrfugalu silu koju generira rotacija impelera kako bi gašio zrakoplov prema vanjskom smjeru, time stvarajući pritisnuči efekt. Jednostupnačni radijalni kompresor može imati kompresijski omjer nekoliko stupnjeva aksijskog kompresora, što je dobar izbor za manje plinske turbine.

Palilna komora pretvara kemijsku energiju goriva u toplinsku energiju, zagrijavajući visoko-tlakni zrak stisnut od strane kompresora do visoke temperature kako bi se mogao proširiti u turbine za obavljanje posla. Gorivo može biti tečno gorivo (poput benzina) ili plinasto gorivo (poput prirodnog plina).

Ispred omota palilne kamere nalazi se zračni ulaz koji vodi do kompresora, a iza je izlaz za vruću plinovitu smjesu koja vodi do turbine.

Funkcija turbine jest pretvoriti energiju u visoko-točnoj i visoko-tlaknoj plinovitoj smesi iz palilne komore u mehaničku energiju.

U trenutku se većina koristi osnosnim turbine, koje su karakterizirane s velikom snagom, velikim protokom i visokom učinkovitosti. Centrifugalna turbina je radialna turbina, koja se uglavnom koristi u nekim malosnaga plinska turbineska postrojenja.

Plinska turbine je unutarnji dvig s plinom koji koristi neprestano protjecući plin kao radnu tvar da bi pokrenuo impeler da se vrte u visokoj brzini, pretvaramći energiju goriva u korisnu radnu energiju. To je rotirajući toplinski motor s impelerom.

U glavnom procesu zraka i plina u plinskoj turbini postoji samo ciklus plinske turbine sastavljen od tri glavne komponente: kompresor, gornji prostor i plinska turbine, što se općenito zove jednostavan ciklus. Većina plinskih turbines koristi shemu jednostavnog ciklusa.

Kompresor uzima zrak iz vanjskog atmosferskog okruženja i gađa ga korak po koraku kroz osni tok kompresora kako bi povećao tlak, a temperatura zraka se također povećava u skladu; stisnuti zrak se pritiska u gorivaonica i miješa s unesenim gorivom kako bi sagoreo i stvorio visokotlačni i visokotemperaturni plin; zatim ulazi u turbine da se proširi i radi posao, što privodi turbinu da privodi kompresor i vanjski opterećeni rotor da se vrte brzo, što ostvaruje djelomičnu konverziju hemijske energije plina ili tekućeg goriva u mehanički posao, a isključuje električni posao. Otpadni plin koji se otpušta iz turbine se otpušta u atmosferu kako bi prirodno odbacio toplinu. Na taj način, plinska turbina pretvara hemijsku energiju goriva u toplinsku energiju, a zatim djelomično pretvara dijelove topline u mehaničku energiju. Obično u plinskoj turbinama, kompresor je privodjen ekspanzijskim radom plinske turbine, što je opterećenje turbine. U jednostavnoj ciklusi, oko 1/2 do 2/3 mehaničkog rada generiranog od strane turbine koristi se za privođenje kompresora, dok preostalih 1/3 mehaničkog rada koristi se za privođenje generatora. Kada se plinska turbina pokreće, potrebna je vanjska snaga. Općenito, privodnik privodi kompresor dok se mehanički rad generiran od strane turbine ne postane veći od mehaničkog rada potrošenog od strane kompresora. Vanjski privodnik se onemogućava i plinska turbina može raditi neovisno.