De la Aer la Energie: Înțelegerea Motorului cu Turbină de Gaz

Principiul de Funcționare al Turbinelor cu Gaz

Compresorul, accionat de turbină, suge continuu aer din atmosferă și îl comprimă, crescând presiunea acestuia. Aerul comprimat intră în camera de combustie, se amestecă cu combustibilul injectat și arde. După ce devine gaz cald de combustie, acesta curge în turbină pentru a se expanda și efectua muncă. După efectuarea muncii, presiunea gazului de combustie scade la presiunea atmosferică și este eliberată în atmosferă.

Prin urmare, cele trei componente principale ale unei turbine cu gaz sunt compresorul, camera de combustie și turbină.

Un compresor cu flux axial are multe lame, care au o formă similară cu a propelerelor, dar sunt împărțite în „lame mobile” și „lame statice”. Lamele mobile rotesc ca un propeler, împinând curgerea de aer în spate în timpul rotației. În acel moment, presiunea curgerii de aer va crește, precum și temperatura.

Funcția lamelor statice este de a guida curgerea aerului rotativă generată de acțiunea lamelor mobile înapoi spre direcția axială și să intre în următoarea serie de rotoare sub unghiul corespunzător. De obicei, o serie de lame mobile și o serie de lame statice sunt configurate alternativ, iar o serie de lame mobile și o serie de lame statice se numesc o etapă.

De asemenea, există compresorul radial. Acesta utilizează forța centrifugă generată de rotația turbinetei pentru a împinsă curgerea aerului spre exterior, generând astfel un efect de presurizare. Un compresor radial cu o singură etapă poate avea raportul de compresie al mai multor etape ale compresoarelor axiale, ceea ce reprezintă o soluție bună pentru turbinele gaz mai mici.

Camera de combustie convertește energia chimică a combustibilului în energie termică, încălzind aerul la o presiune ridicată comprimat de compressor până la o temperatură mare, astfel încât să poată fi extinsă în turbină pentru a face muncă. Combustibilul poate fi un combustibil lichid (cum ar fi benza) sau un combustibil gazos (cum ar fi gazul natural).

În fața caroseriei camerei de combustie se află intrarea de aer care duce la compressor, iar în spate se află ieșirea de gaz cald care duce la turbină.

Funcția turbinei este de a converti energia din gazul de combustie la temperaturi ridicate și la presiuni mari în energie mecanică.

În prezent, majoritatea turbinelor cu flux axial sunt utilizate, acestea fiind caracterizate prin putere mare, debit mare și eficiență ridicată. Turbina centrifugă este o turbina cu flux radial, care este folosită principal în unele turbine cu gaz de putere mică.

O turbină cu gaz este o mașină de putere cu combustie internă care utilizează un flux continuu de gaz ca fluid de lucru pentru a actiona impalatorul său să rotească la viteză ridicată, transformând energia combustibilului în muncă utilă. Este un motor termic cu impalator rotitor.

În procesul principal al aerului și gazelor într-o turbină cu gaz, există doar un ciclu al turbinei cu gaz compus din trei componente majore: un comprimător, o cameră de combustie și o turbină cu gaz, ceea ce este de obicei numit un ciclu simplu. Majoritatea turbinelor cu gaz folosesc un schemă de ciclu simplu.

Compresorul suge aer din mediul atmosferic extern și îl comprimă treptat prin intermediul unui compresor cu flux axial pentru a crește presiunea, iar temperatura aerului se mărește corespunzător; aerul comprimat este introdus în cameră de combustie și se amestecă cu combustibilul injectat pentru a arde și genera un gaz la înaltă temperatură și presiune; apoi intră în turbină pentru a se expanda și să execute lucru, conducând turbină să conduca compresorul și rotorul sarcinii externe să rotească la viteză ridicată, realizând conversia parțială a energiei chimice a combustibilului gazeu sau lichid în lucru mecanic, și furnizarea de lucru electric. Gazele de exhalare eliberate de turbină sunt eliberate în atmosferă pentru a se scădea natural căldura. În acest fel, turbina de gaz convertește energia chimică a combustibilului în energie termică, și apoi convertește o parte din această energie termică în energie mecanică. De obicei, într-o turbina de gaz, compresorul este condus de lucru de expansiune al turbinei de gaz, care reprezintă sarcina turbinei. Într-un ciclu simplu, aproximativ 1/2 până la 2/3 din lucru mecanic generat de turbină este folosit pentru a conduce compresorul, iar restul de 1/3 din lucru mecanic este folosit pentru a conduce generatorul. Când turbina de gaz este pornită, este nevoie inițial de putere externă. De regulă, motorul de pornire conduce compresorul până când lucru mecanic generat de turbina de gaz depășește lucru mecanic consumat de compresor. Motorul de pornire extern este decuplat și turbina de gaz poate funcționa independent.