Från luft till kraft: Förstå gasturbinmotorn

Arbetsprincipen för gasturbin

Kompressorn, som drivas av turbinen, tar kontinuerligt i luft från atmosfären och komprimerar och ökar dess tryck. Den komprimerade luften går in i förgasrummet, blandas med det injicerade bränslet och brinner. Efter att ha blivit högtemperatursförgas flödar den in i turbinen för att expandera och utföra arbete. Efter att ha utfört arbete sjunker trycket på förgasen till atmosfärstryck och släpps ut i atmosfären.

Därför är de tre huvudsakliga delarna av en gasturbin kompressorn, förgasrummet och turbinen.

En axialflödeskompressor har många blad, vilka är liknande i form med propellers blad, men delas in i "rörliga blad" och "stilla blad". De rörliga bladen roterar som en propell, skjuter luftströmmen bakåt under rotationen. Vid detta tidpunkt kommer trycket på luftströmmen att öka och temperaturen kommer också att stiga.

Funktionen av de stationära bladen är att leda den rotierande luftströmmen som genereras av verkan av de rörliga bladen tillbaka i axiell riktning och att mata in den i nästa uppsättning rotorer vid rätt vinkel. Vanligtvis konfigureras en uppsättning rörliga blad och en uppsättning stationära blad på varandra följande sätt, och en uppsättning rörliga blad och en uppsättning stationära blad kallas för en steg.

Utöver detta finns det även en radialkompressor. Den använder den centrifugkraft som genereras av ventilators rotationen för att skjuta luftströmmen utåt, därigenom skapas en tryckeffekt. En enskildstegsradialkompressor kan ha kompressionsförhållandet för flera steg av axiala kompressorer, vilket gör det till en bra val för mindre gasturbiner.

Förbränningskammaren omvandlar det kemiska energin i bränslet till termisk energi, vilket värmer den högtrycksluften som trycks in av kompressorn till en hög temperatur så att den kan expanderas i turbinen för att utföra arbete. Bränslet kan vara vätskebränsle (som bensin) eller gasbränsle (som naturgas).

Framför förbrenningskammarens skrov finns luftintaget som leder till kompressorn, och bakom finns het gasutgången som leder till turbinen.

Turbinens funktion är att omvandla energin i högtemperaturs- och högtrycksförbrenningsgasen till mekanisk energi.

Idag används de flesta axialflödesturbiner, som karakteriseras av hög effekt, stort flöde och hög effektivitet. Den centrifugala turbinen är en radialflödesturbin, som huvudsakligen används i vissa småkraftiga gasturbiner.

En gasturbin är en inre förbränningskraftmaskin som använder ett kontinuerligt strömmande gas som arbetsfluid för att driva impulsåren att rotera med hög hastighet, omvandla bränslets energi till användbar arbete. Det är en rotande impulsårs värmemotor.

I den huvudsakliga processen för luft och gas i en gasturbin består det endast av en gasturbinscykel som består av tre huvudkomponenter: en kompressor, en förgasningskammare och en gasturbin, vilket vanligtvis kallas en enkel cykel. De flesta gasturbiner använder ett enkelt cykel-schema.

Kompressorn suger in luft från den yttre atmosfären och komprimerar den stegvis genom en axiell strömkompressor för att höja trycket, och lufttemperaturerna ökar också motsvarande; den komprimerade luften pressas in i förgasningskammaren och blandas med det injicerade bränslet för att brinna och skapa högtemperatiga och högtrycksgaser; sedan går de in i turbinen för att expandera och utföra arbete, vilket drar med sig turbinen som driver kompressorn och den externa lastrotorn att rotera med hög hastighet, vilket realiserar delvis omvandling av kemisk energi från gas- eller vätskebränsle till mekaniskt arbete och levererar elektriskt arbete. Avfallet som utsläpps från turbinen släpps ut i atmosfären för naturlig värmeavgeving. På detta sätt omvandlar gasturbinen kemisk energi från bränslet till termisk energi och därefter omvandlar en del av termiska energin till mekanisk energi. Vanligtvis i en gasturbine drivas kompressorn av expansionsarbetet från gasturbinen, vilket är lasten på turbinen. I en enkel cykel används ungefär 1/2 till 2/3 av det mekaniska arbetet som genereras av turbinen för att driva kompressorn, och det återstående 1/3 av det mekaniska arbetet används för att driva generatorn. När gasturbinen startas krävs det först extern kraft. Generellt sett drar startmotorn kompressorn tills det mekaniska arbetet som genereras av turbinen överstiger det mekaniska arbetet som förbrukas av kompressorn. Den externa startmotorn kopplas bort och gasturbinen kan fungera oberoende.