No gaisa līdz spēkam: Gāzes turbīnas dzinēja sapratne

Gāzes turbīnas darbības princips

Kompresors, ko iedarbinājot turbīna, nepārtraukti piesūc gaisu no atmosfēras un to kompresē, palielinot tā spiedienu. Kompresešanas gaisa plūsma ienāk degvielas kamerā, tur tika sajaukta ar ievietoto degvielu un deg. Pēc tam, kad tas kļūst par augstas temperatūras degšanas gāzi, tas plūst uz turbīnu, lai paplašinātos un veiktu darbu. Kad darbs ir paveikts, degšanas gāžu spiediens krit ārējam spiedienam līdz un tiek izpludināts atmosfērā.

Tādējādi, gāzes turbīnas trīs galvenie sastāvdaļas ir kompresors, degvielas kamera un turbīna.

Aksiālā straumes kompresors satur daudz lamatas, kurām ir formas, kas atgādina propeleru lamatas, tomēr tās ir sadalītas "kustamās lamatas" un "stacionārās lamatas". Kustamās lamatas rotē kā propellers, spiežot gaisa plūsmu uz priekšu rotācijas laikā. Šajā brīdī gaisa plūsmas spiediens pieaug un arī tā temperatūra paaugst.

Stacionāro loksnes funkcija ir vadīt gaisa plūsmu, ko rod rotējošās loksnes, atpakaļ uz ass virzienu un ievadīt to nākamajā rotoru grupā pareizajā leņķī. Parasti viena kopa ar rotējošām loksnēm un viena kopa ar stacionārām loksnēm tiek konfigurēta alternerējoši, un viena kopa ar rotējošām loksnēm un viena kopa ar stacionārām loksnēm sauc par posmu.

Turklāt eksistē arī radiālais kompresors. Tas izmanto impelera rotācijas radīto centrifugālo spēku, lai tumsotu gaisa plūsmu ārā, tādējādi radot spiediena efektu. Viens posms radiālajam kompresoram var būt tikpat liels kompresijas attiecībā kā vairākiem posmiem ass kompresoram, kas ir labs risinājums mazākiem gāzes turbīnām.

Sagriešanas kambers pārvērš degvielas ķīmisko enerģiju par siltuma enerģiju, cildinot augstspieduma gaisu, ko nospiež kompresors, līdz augstai temperatūrai, lai to varētu paplašināt turbinē un veikt darbu. Kā degvielu var izmantot tīklu degvielu (piemēram, benzīnu) vai gaisiformu degvielu (piemēram, dabasgāzi).

Priekšā no sagriešanas kambara korpusa atrodas gaisa ieeja uz kompresoru, bet aizkārt - karstu gazu izvades spraugas, kas ved uz turbinu.

Turbinas uzdevums ir pārvērst augstas temperatūras un spieduma sagriešanas gazu energiju par mehānisku energiju.

Pašlaik visbiežāk tiek izmantotas ass tekašanas turbīnas, kuras pazīstamas ar lielu jaudu, lielu plūsmu un augstu efektivitāti. Centrifužas turbīna ir radiālās plūsmas turbīna, kuru galvenokārt izmanto dažās mazas jaudas gāzes turbīnās.

Gāzes turīnis ir iekšējā degvietošanas mašīna, kas izmanto nepārtraukti plūstošu gāzi darbības vielai, lai pārvērstu kurināmā materiāla energiju par noderīgu darbu, veicot impelera ātrus pagriezienus. Tas ir rotējošs siltuma dzinējs.

Galvenajā procesā gāzes un gāzes turīnī notiek tikai gāzes turīņa cikls, kas sastāv no trim galvenajiem komponentiem: kompresora, degšanas istabas un gāzes turīņa, ko parasti sauc par vienkāršu ciklu. Viena lielāka daļa gāzes turīņu izmanto vienkāršu cikla shēmu.

Sasprādzētājs ievāc gaisu no ārējās atmosfēras un soliņu pa soliņam to sasprīdina caur ass strāvas sasprādzētāju, lai palielinātu spiedienu, un arī gaisa temperatūra tiek atbilstoši palielināta; sasprīdinātais gaiss tiek piespiests kustības istabā un sajaukts ar ievirtu degvielu, lai sagrieztu augstas temperatūras un augstspiediena gāzi; pēc tam tā ienāk turbīnā, lai paplašinātos un veiktu darbu, pārvaldīdams turbīnu, kas savukārt pārvaldī ir sasprādzētāju un ārējo slogu rotoru, līdz ar ko notiek daļēja degvielas vai šķīduma degvielas ķīmisko enerģiju pārvēršana mehāniskā darbā un elektriskā darba izvade. No turbīnas izdalītie aizdegumu gāzes tiek izpludinātas atmosfērā, lai dabiski atdotos siltums. Tādējādi gāzes turbīna pārvērš degvielas ķīmisko enerģiju par siltuma enerģiju un pēc tam daļu no šīs siltuma enerģijas pārvērš par mehānisko enerģiju. Parasti gāzu turbīnā sasprādzētājs tiek pārvaldīts ar gāzu turbīnas paplašināšanās darbu, kas ir turbīnas slodze. Vienkāršā ciklā aptuveni 1/2 līdz 2/3 no turbīnas radītā mehāniskā darba tiek izmantots, lai pārvaldītu sasprādzētāju, un atlikušais 1/3 no mehāniskā darba tiek izmantots, lai pārvaldītu ģeneratoru. Kad tiek ieslēgta gāzu turbīna, vispirms nepieciešama ārējā enerģija. Parasti startera rotors pārvaldī sasprādzētāju līdz tam brīdim, kamēr gāzu turbīnas radītais mehāniskais darbs pārsniedz sasprādzētāja patēriņu. Pēc tam tiek atslēgts ārējais startera rotor un gāzu turbīna var darboties neatkarīgi.