Dari Udara ke Kuasa: Memahami Enjin Turbin Gas

Prinsip Kerja Turbin Gas

Pemampat, yang dipacu oleh turbin, secara berterusan menghisap udara dari atmosfera dan memampatkan serta meningkatkan tekanannya. Udara terpampat masuk ke dalam kamar pembakaran, bercampur dengan bahan api yang disuntikkan dan membakar. Selepas menjadi gas pembakaran suhu tinggi, ia mengalir ke dalam turbin untuk meluas dan melakukan kerja. Selepas melakukan kerja, tekanan gas pembakaran turun kepada tekanan atmosfera dan dikeluarkan ke atmosfera.

Oleh itu, tiga bahagian utama bagi sebuah turbin gas adalah pemampat, kamar pembakaran dan turbin.

Sebuah pemampat aliran aksial mempunyai banyak bilah, yang bentuknya serupa dengan bilah propela, tetapi dibahagikan kepada "bilah bergerak" dan "bilah statik". Bilah bergerak berputar seperti propela, mendorong aliran udara ke belakang semasa putaran. Pada masa ini, tekanan aliran udara akan meningkat dan suhunya juga akan naik.

Fungsi bilah statik adalah untuk membimbing aliran udara yang berputar yang dihasilkan oleh tindakan bilah gerak kembali ke arah aksial dan memasuki set berikutnya rotor pada sudut yang betul. Biasanya satu set bilah gerak dan satu set bilah statik dikonfigurasikan secara bergantian, dan satu set bilah gerak serta satu set bilah statik dipanggil satu peringkat.

Selain itu, terdapat juga pengompres radial. Ia menggunakan daya sentrifugal yang dihasilkan oleh putaran impeller untuk mendorong aliran udara keluar, dengan itu menghasilkan kesan tekanan. Pengompres radial satu peringkat boleh mempunyai nisbah pemampatan beberapa peringkat pengompres aksial, yang merupakan pilihan yang baik untuk turbin gas yang lebih kecil.

Bilik pembakaran menukar tenaga kimia bahan api kepada tenaga terma, memanaskan udara bertekanan tinggi yang ditekan oleh pengompres kepada suhu tinggi supaya ia boleh dikembangkan dalam turbin untuk melakukan kerja. Bahan api boleh berbentuk bahan api cecair (seperti petrol) atau bahan api gas (seperti gas asli).

Di hadapan kasing bilik pembakaran terdapat penyerap udara yang membawa kepada pengompres, dan di belakang terdapat keluaran gas panas yang membawa kepada turbin.

Fungsi turbin adalah untuk menukar tenaga dalam gas pembakaran bertemperatur tinggi dan bertekanan tinggi kepada tenaga mekanikal.

Saat ini, kebanyakan turbin aliran axial digunakan, yang ditandai dengan kuasa tinggi, aliran besar dan kecekapan tinggi. Turbin sentrifugal adalah turbin aliran radial, yang terutamanya digunakan dalam beberapa gas turbin kuasa kecil.

Turbina gas adalah mesin kuasa pembakaran dalaman yang menggunakan gas mengalir secara terus sebagai bendalir bekerja untuk memacu pemutaran impeller pada kelajuan tinggi, menukar tenaga bahan api kepada kerja yang berguna. Ia adalah enjin haba dengan impeller putaran.

Dalam proses utama udara dan gas dalam sebuah turbina gas, hanya terdapat kitaran turbina gas yang terdiri daripada tiga komponen utama: pengompres, ruang pembakaran, dan turbina gas, yang biasanya dipanggil kitaran mudah. Kebanyakan turbin gas menggunakan skim kitaran mudah.

Penyongsang menghisap udara dari persekitaran atmosfera luaran dan memampatkan langkah demi langkah melalui penyongsang aliran aksial untuk meningkatkan tekanan, dan suhu udara juga meningkat seiring dengan itu; udara yang dipampatkan ditekan ke dalam ruang pembakaran dan dicampur dengan bahan api yang disuntikkan untuk membakar dan menghasilkan gas bertekanan dan suhu tinggi; kemudian ia memasuki turbin untuk mengembang dan berkerja, memacu turbin untuk memacu penyongsang dan rotor beban luaran berputar pada kelajuan tinggi, mewujudkan penukaran separa tenaga kimia bahan api gas atau cecair kepada kerja mekanikal, dan mengeluarkan kerja elektrik. Gas buangan yang dikeluarkan daripada turbin dikeluarkan kepada atmosfera untuk membuang haba secara semula jadi. Dengan cara ini, turbin gas menukar tenaga kimia bahan api kepada tenaga haba, dan kemudian menukar sebahagian daripada tenaga haba itu kepada tenaga mekanikal. Biasanya dalam sebuah turbin gas, penyongsang didorong oleh kerja pengembangan turbin gas, yang merupakan bebanan turbin. Dalam kitaran mudah, lebih kurang 1/2 hingga 2/3 daripada kerja mekanikal yang dihasilkan oleh turbin digunakan untuk memacu penyongsang, dan baki 1/3 daripada kerja mekanikal digunakan untuk memacu generator. Apabila turbin gas dinyalakan, kuasa luaran diperlukan terlebih dahulu. Umumnya, pemula memacu penyongsang sehingga kerja mekanikal yang dihasilkan oleh turbin gas lebih besar daripada kerja mekanikal yang dikonsumsi oleh penyongsang. Pemula luaran diputuskan dan turbin gas boleh berfungsi secara bebas.