Od zraka do moči: Razumevanje plinskega turbine

Način delovanja plinske turbine

Stiskalnik, ki ga gonijo turbine, neprestano vsebuje zrak iz atmosfere in poveča njegov tlak. Stisnjeni zrak vstopi v goriščo komoro, se meša z vstreljenim gorivom in zgoreva. Po postanku v visokotemperaturno goriče plin toki v turbine, kjer se razširi in opravi delo. Po opravljenem delu se tlak goričega plina spusti na atmosferski in se odpise v atmosfero.

Zato so tri glavne dele plinske turbine stiskalnik, gorišča komora in turbine.

Osni stiskalnik ima veliko žarkov, ki so oblike podobne žarkom hrbtenice, vendar so razdeljeni na "gibljive žarke" in "stacionarne žarke". Gibljivi žarki se vrtijo kot hrbtenica, zvrtno potiskajojo zračni tok navzad. V tem času bo naraščal tudi tlak zračnega toka ter temperatura.

Funkcija stacionarnih žarkov je, da usmerijo rotirajoči se tok zraka, ki ga ustvari delovanje gibanja žarkov, nazaj v osnovno smer in vstopijo v naslednji nabor rotorjev pod pravilnim kotom. Običajno so alternirano konfigurirani nabor premikanja žarkov in nabor stacionarnih žarkov, kjer se nabor premikanja žarkov in nabor stacionarnih žarkov imenuje stopnja.

Vendar obstaja tudi radialni kompresor. Uporablja centrifugalno silo, ki jo generira vrteča se plovčica, da potisne tok zraka navzven, s čimer doseže povprečni efekt. Enostopenčni radialni kompresor lahko doseže stopnjo stiskanja večkratnikov osevnega kompresorja, kar je dobra izbira za manjše plinske turbine.

Palilna komora pretvori kemično energijo goriva v toplinsko energijo, vroči visoko tlakovanjeni zrak, ki ga pritisne kompresor, na visoko temperaturo, da se lahko razširi v turbine in opravi delo. Gorivo lahko predstavlja tekoče gorivo (kot je bencin) ali plinasto gorivo (kot je naravni plin).

Pred ohrabrim omotačem palilne komore je zračni vstop, ki vodi do kompresorja, za njim pa je izhod toploga plina, ki vodi v turbine.

Funkcija turbine je pretvoriti energijo v visokotemperaturnem in visokotlakovnem palilnem plinu v mehansko energijo.

Trenutno se uporabljajo predvsem osnovni turbine, ki so značilne za visoko moč, velik tok in visoko učinkovitost. Odprilna turbine so radialne turbine, ki se uporabljajo predvsem v nekaterih majhnih močnih plinskih turbinah.

Gasan turbin je notranje zgorevne močna stroj, ki uporablja neprestano točajoči se plin kot delovno tekočino za pogon vala, da se vrti na visoki hitrosti, pretvarjajoč energijo goriva v uporabno delo. To je vrteči valni toplotni motor.

V glavnem procesu zraka in plina v gasni turbini obstaja le cikel gasne turbine, sestavljen iz treh glavnih komponent: stiskalca, zgorevalnega prostora in gasne turbine, kar se splošno imenuje preprost cikel. Večina gasnih turbine uporablja shemo preprostega cikla.

Stiklovnica vsebuje zrak iz zunanjega okolja in ga stopnjevito stisne prek osnovnega tokovnega stiklovalnika, da poveča tlak, pri čemer se tudi temperatura zraka poveča; stisnuti zrak vstopi v zgorevalno komoro in se meša s vstreljenim gorivom, ki se zgrije in ustvari visoko temperaturno in visoko tlakovito plinasto snov; nato vstopi v turbinu, kjer se razširi in deluje, kar privzroči, da se turbine vrtejo, kar privzroči vrtenje stiklovalnika in zunanjega nosilca rotorja na visoki hitrosti, s tem da se deli kemikalne energije plinskega ali tekočega goriva pretvori v mehansko delo in izvozi električno delo. Odpuščeni plin iz turbine se odpusti v atmosfero, da se naravno otopi toploto. Na ta način pretvarja plinova turbina kemikalno energijo goriva v toploto, nato pa del topline v mehansko energijo. Običajno v plinovi turbini stiklovalnik pogona delo razširitve plinove turbine, kar je breme turbine. V preprostem ciklu se približno 1/2 do 2/3 mehanskega dela, ki ga tvori turbine, uporabi za pogon stiklovalnika, preostale 1/3 mehanskega dela pa se uporabi za pogon generatorja. Ko se plinova turbina zaganja, je potrebna zunanjih moč. Splošno pogona začetnik stiklovalnika, dokler ni mehansko delo, ki ga tvori turbine, večje od mehanskega dela, porabljenega za stiklovalnik. Zunanjega začetnika odpinejo in plinova turbina lahko samostojno deluje.