Từ Không Khí đến Năng Lượng: Hiểu về Động Cơ Turbin Gas

Nguyên lý hoạt động của tua-bin khí

Máy nén, được dẫn động bởi tua-bin, liên tục hút không khí từ môi trường xung quanh và nén để tăng áp suất của nó. Không khí nén đi vào buồng đốt, trộn lẫn với nhiên liệu được phun vào và cháy. Sau khi trở thành khí đốt ở nhiệt độ cao, nó chảy vào tua-bin để giãn nở và làm việc. Sau khi đã làm việc, áp suất của khí đốt giảm xuống mức áp suất khí quyển và được thải ra ngoài môi trường.

Vì vậy, ba phần chính của một tua-bin khí là máy nén, buồng đốt và tua-bin.

Một máy nén dòng trục có nhiều cánh, có hình dạng tương tự như cánh quạt, nhưng được chia thành "cánh quay" và "cánh tĩnh". Cánh quay chuyển động giống như một chiếc quạt, đẩy luồng khí về phía sau trong quá trình quay. Lúc này, áp suất của luồng khí sẽ tăng lên và nhiệt độ cũng tăng theo.

Chức năng của các cánh tĩnh là hướng dẫn dòng khí quay do tác động của các cánh động quay trở lại theo hướng trục và đi vào bộ phận tua-bin tiếp theo ở góc độ chính xác. Thông thường, một bộ cánh động và một bộ cánh tĩnh được bố trí xen kẽ, và một bộ cánh động cùng với một bộ cánh tĩnh được gọi là một cấp.

Ngoài ra, còn có máy nén bán kính. Nó sử dụng lực ly tâm sinh ra từ việc quay của bánh công tác để đẩy dòng khí ra ngoài, từ đó tạo ra hiệu ứng tăng áp. Một máy nén bán kính đơn cấp có thể đạt tỷ số nén của nhiều cấp trong máy nén trục, đây là lựa chọn tốt cho các tua-bin khí nhỏ hơn.

Phòng đốt chuyển đổi năng lượng hóa học của nhiên liệu thành năng lượng nhiệt, làm nóng không khí áp suất cao được nén vào bởi máy nén lên đến nhiệt độ cao để có thể mở rộng trong tua-bin để thực hiện công. Nhiên liệu có thể là nhiên liệu lỏng (như xăng) hoặc nhiên liệu khí (như khí tự nhiên).

Ở phía trước vỏ phòng đốt là cửa hút khí dẫn đến máy nén, và phía sau là cửa thoát khí nóng dẫn đến tua-bin.

Chức năng của tua-bin là chuyển đổi năng lượng trong khí đốt có nhiệt độ cao và áp suất cao thành năng lượng cơ học.

Hiện nay, hầu hết các tua-bin dòng trục đều được sử dụng, có đặc điểm là công suất lớn, lưu lượng lớn và hiệu suất cao. Tua-bin ly tâm là tua-bin dòng bán kính, chủ yếu được sử dụng trong một số tua-bin khí có công suất nhỏ.

Máy turbine khí là một máy động lực đốt trong sử dụng khí lưu thông liên tục làm chất làm việc để đẩy cánh quạt quay ở tốc độ cao, chuyển đổi năng lượng của nhiên liệu thành công việc hữu ích. Đây là một động cơ nhiệt với cánh quạt quay.

Trong quá trình chính của không khí và khí trong turbine khí, chỉ có chu kỳ turbine khí bao gồm ba thành phần chính: máy nén, buồng đốt và turbine khí, thường được gọi là chu kỳ đơn giản. Hầu hết các turbine khí đều sử dụng phương án chu kỳ đơn giản.

Máy nén hút khí từ môi trường khí quyển bên ngoài và nén dần dần thông qua máy nén dòng trục để tăng áp suất, và nhiệt độ không khí cũng tăng lên theo; không khí được nén sau đó được đẩy vào buồng đốt và trộn lẫn với nhiên liệu được phun vào để đốt cháy, tạo ra khí có áp suất và nhiệt độ cao; sau đó khí này đi vào turbin để giãn nở và làm việc, kéo turbin quay, từ đó kéo máy nén và rotor tải ngoài quay ở tốc độ cao, thực hiện việc chuyển đổi một phần năng lượng hóa học của khí hoặc nhiên liệu lỏng thành công cơ, và truyền ra điện năng. Khí thải thoát ra từ turbin sẽ được xả ra khí quyển để tỏa nhiệt tự nhiên. Như vậy, turbin khí nén chuyển đổi năng lượng hóa học của nhiên liệu thành năng lượng nhiệt, sau đó chuyển đổi một phần năng lượng nhiệt thành năng lượng cơ. Thông thường trong một turbin khí nén, máy nén được kéo bởi công việc giãn nở của turbin khí, đây là tải trọng của turbin. Trong chu trình đơn giản, khoảng 1/2 đến 2/3 công cơ sinh ra bởi turbin được sử dụng để kéo máy nén, và phần còn lại 1/3 công cơ được dùng để kéo máy phát điện. Khi turbin khí nén khởi động, cần phải có nguồn điện bên ngoài. Thông thường, bộ khởi động kéo máy nén cho đến khi công cơ sinh ra bởi turbin khí lớn hơn công cơ tiêu thụ bởi máy nén. Lúc này, bộ khởi động bên ngoài ngắt và turbin khí có thể hoạt động độc lập.