Gasturbin ( fr. turbin från lat. turbo - virvelvind , rotation) - motor, bladmaskin , i vars steg energin hos komprimerad och/eller uppvärmd gas omvandlas till mekaniskt arbete på axeln [1] . De viktigaste strukturella elementen är rotorn ( arbetsblad fästa på skivorna) och statorn , kallad munstycksapparaten (ledskovlar fixerade i huset).
Gasturbiner används som en del av gasturbinmotorer , stationära gasturbinenheter (GTU) och kombianläggningar (CCGT).
Försök att skapa mekanismer som liknar turbiner har gjorts under mycket lång tid. En beskrivning av en primitiv ångturbin gjord av Heron av Alexandria (1:a århundradet f.Kr.) är känd. På 1700-talet fick engelsmannen John Barber patent på en anordning som hade de flesta element som fanns i moderna gasturbiner. I slutet av 1800-talet , när termodynamik, maskinteknik och metallurgi nådde en tillräcklig nivå, skapade Gustav Laval ( Sverige ) och Charles Parsons ( Storbritannien ) oberoende ångturbiner lämpliga för industriellt bruk [2] .
Världens första reversibla gasturbin designades av den ryske ingenjören och uppfinnaren Pavel Dmitrievich Kuzminsky 1887. Hans 10-stegsturbin arbetade på en gas-ångblandning som erhölls i förbränningskammaren som skapades av honom 1894 - "gas-ånga". [3] Kuzminsky använde vattenkylning av förbränningskammaren. Vatten kylde väggarna och kom sedan in i kammaren. Tillförseln av vatten sänkte temperaturen och ökade samtidigt mängden gaser som kom in i turbinen, vilket borde ha ökat effektiviteten i installationen. [4] 1892 testade P. D. Kuzminsky turbinen och erbjöd den till krigsministeriet som en motor för ett luftskepp av hans egen design. [5] År 1897 byggdes en fungerande gasturbin vid St. Petersburg Cartridge Plant [6] som uppfinnaren förberedde för visning på världsutställningen i Paris 1900 , men levde inte för att se den på flera månader.
Samtidigt med Kuzminsky utfördes experiment med en gasturbin (som en lovande motor för torpeder ) också av Charles Parsons, men han kom snart till slutsatsen att de tillgängliga legeringarna, på grund av deras låga värmebeständighet, inte tillåter att skapa en tillförlitlig mekanism som skulle sättas igång av en stråle av heta gaser eller ång-gasblandning, varefter han fokuserade på skapandet av ångturbiner [7] .
Högtrycksgas strömmar genom turbinmunstycket in i lågtrycksområdet, samtidigt som den expanderar och accelererar. Vidare kommer gasflödet in i turbinbladen, vilket ger dem en del av dess kinetiska energi och ger vridmoment till bladen. Rotorbladen överför vridmoment genom turbinskivorna till axeln. Gasturbinen används oftast för att driva generatorer.
Mekaniskt kan gasturbiner vara betydligt enklare än fram- och återgående förbränningsmotorer . Mer komplexa turbiner (som används i moderna turbojetmotorer ) kan ha flera axlar, hundratals turbin- och statorblad och ett omfattande system av komplexa rörledningar, förbränningskammare och värmeväxlare.
Axiallager och radiallager är kritiska designelement. Traditionellt var dessa hydrodynamiska eller oljekylda kullager . De har överträffats av luftlager, som används framgångsrikt i mikroturbiner och hjälpkraftaggregat .
Gasturbiner används ofta i många raketer med flytande drivmedel och även för att driva turbopumpar, vilket gör att de kan användas i lågtrycks, lättviktstankar som lagrar betydande torrmassa.
Skillnaden mellan industriella gasturbiner och flygturbiner är att deras vikt- och storleksegenskaper är mycket högre, de har en ram, lager och ett bladsystem med en mer massiv design. Industriella turbiner varierar i storlek från lastbilsmonterade mobila enheter till enorma komplexa system. Oftast används gasturbiner i kraftverk i en kombinerad ånggascykel , vilket innebär att ånga genereras av restvärmen från avgaser i en spillvärmepanna, följt av ångtillförsel till en ångturbin för ytterligare elproduktion. Sådana installationer kan ha hög effektivitet - upp till 60%. Dessutom kan gasturbinen fungera i samgeneratorkonfigurationer : avgaserna används för att värma vattnet i värmeförsörjningssystemen för behoven av hushållsvatten och uppvärmning , samt att använda absorptionskylare för kalla försörjningssystem. Den samtidiga användningen av avgaser för att producera värme och kyla kallas trigenerationsläge . Effektiviteten hos sådana installationer - gasturbinkraftvärmeverk kan vara mycket hög och nå upp till 90%, men effektiviteten av deras användning beror direkt på behovet av termisk energi, som inte är konstant under hela året och beror på väderförhållandena.
Enkla gasturbiner kan tillverkas för både hög och låg effekt. En av deras fördelar är möjligheten att gå in i driftläget inom några minuter, vilket gör att de kan användas som ström under toppbelastningar. Eftersom de är mindre effektiva än kombikraftverk, används de vanligtvis som toppkraftverk och fungerar från några timmar om dagen till flera tiotals timmar per år, beroende på elbehov och produktionskapacitet. I områden med otillräcklig baslast och i kraftverk där el genereras beroende på belastningen kan gasturbinanläggningen vara i drift regelbundet större delen av dygnet.
En del av framgången för mikroturbiner beror på utvecklingen av elektronik , vilket gör det möjligt för utrustning att fungera utan mänsklig inblandning. Mikroturbiner används i de mest komplexa autonoma kraftförsörjningsprojekten.
Dessa brister förklarar varför vägfordon, som är mindre, billigare och kräver mindre regelbundet underhåll än tankar, helikoptrar och stora båtar, inte använder gasturbinmotorer trots de obestridliga storleksfördelarna.
| Motorer | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| se även evighetsmaskin Kuggväxelmotor gummimotor | |||||||||||||||||