Silnik turbinowy - Polski Serwis Naukowy

Turbina gazowa 400MW w czasie montażu

Turbina gazowa (nazywana także turbiną spalinową lub silnikiem turbospalinowym) - silnik cieplny, który energię napędową pobiera z przepływających spalin lub innego gazu roboczego, zwanego czynnikiem termodynamicznym lub roboczym. Określenie "turbina gazowa" odnosi się do maszyny składającej się ze sprężarki i turbiny (połączonych zwykle wspólnym wałem), oraz komory spalania umieszczonej pomiędzy nimi.

Pierwsza zasada termodynamiki – jedno z podstawowych praw termodynamiki, jest sformułowaniem zasady zachowania energii dla układów termodynamicznych. Zasada stanowi podsumowanie równoważności ciepła i pracy oraz stałości energii układu izolowanego.
Gaz – stan skupienia materii, w którym ciało fizyczne łatwo zmienia kształt i zajmuje całą dostępną mu przestrzeń. Właściwości te wynikają z własności cząsteczek, które w fazie gazowej mają pełną swobodę ruchu. Wszystkie one cały czas przemieszczają się w przestrzeni zajmowanej przez gaz i nigdy nie zatrzymują się w jednym miejscu. Między cząsteczkami nie występują żadne oddziaływania dalekozasięgowe, a jeśli, to bardzo słabe. Jedyny sposób, w jaki cząsteczki na siebie oddziałują, to zderzenia. Oprócz tego, jeśli gaz jest zamknięty w naczyniu, to jego cząsteczki stale zderzają się ze ściankami tego naczynia, wywierając na nie określone i stałe ciśnienie.

Historia

1500: Leonardo da Vinci wykonał szkice komina z zamontowanymi wewnątrz wiatrakami poruszanymi ciągiem unoszących się spalin.

1629: Odrzut wydostającej się pod ciśnieniem pary wodnej był wykorzystany przez Giovanni Branca do skonstruowania młyna bijakowego.

1678: Ferdinand Verbiest zbudował model pojazdu napędzanego odrzutem pary pod ciśnieniem.

1791: Opatentowano pierwszy silnik będący turbiną, posiadający wszystkie elementy, w które jest wyposażona współczesna nowoczesna turbina.

1872: Pierwsza prawdziwa turbina gazowa została zaprojektowana przez Dr F. Stolze, ale turbina nigdy nie pracowała samodzielnie bez dodatkowej energii z zewnątrz (sprężarka pobierała większą moc niż oddawała na wał turbina).

1897: Turbina parowa do napędu statków została opatentowana przez Charlesa Parsona. Zasada działania napędu jest wykorzystywana w części do dzisiaj.

1903: Norweg Ægidius Elling zbudował pierwszą turbinę gazową pracującą samodzielnie (sprężarka pobierała mniejszą moc niż wytwarzała sama turbina - nadmiar mocy można było odebrać na zewnątrz do napędu innych urządzeń). Frank Whittle wykorzystał w przyszłości to rozwiązanie.

1914: Pierwsze praktyczne zastosowanie turbiny gazowej przez Charlesa Curtisa.

1918: General Electric jako pierwsza na świecie korporacja otworzyła oddział produkcji turbin.

1930: Frank Whittle opatentował turbinę gazową będącą jednocześnie silnikiem odrzutowym. W 1937 roku patent został z powodzeniem sprawdzony w praktyce.

1936. Hans von Ohain i Max Hahn w Niemczech rozwinęli własny opatentowany projekt silnika turboodrzutowego w tym samym czasie, co Frank Whittle.

Podział

Przykładowy schemat turbiny gazowej pracującej w układzie otwartym; S - sprężarka, KS - komora spalania, T - turbina, G - generator elektryczny

Przykładowy schemat turbiny gazowej pracującej w układzie zamkniętym; S - sprężarka, WW - wysokotemperaurowy wymiennik ciepła, T - turbina, WN - wymiennik ciepła niskotemperaurowy, G - generator elektryczny

Ze względu na sposób realizacji ogrzewania i chłodzenia czynnika roboczego:

Patent – potocznie: dokument wydawany przez urzędy patentowe; właściwie: prawo wydane osobie fizycznej lub prawnej do zabronienia innym osobom fizycznym lub prawnym zarobkowego bądź zawodowego użytkowania danego wynalazku bądź wynalazków (będących przedmiotem patentu).
Kocioł odzysknicowy (albo kocioł odzyskowy) to wytwornica pary odzyskująca ciepło z czynnika o stosunkowo wysokiej temperaturze. Ciepło to służy do wytworzenia pary wodnej przegrzanej w obiegu turbiny parowej, a w układach prostych byłoby wyrzucane do otoczenia, stanowiąc stratę wylotową. Podstawowe zastosowanie kotła odzysknicowego polega na połączeniu (technicznie i termodynamicznie) obiegów turbiny gazowej i turbiny parowej w układach gazowo-parowych, gdzie służy do wytworzenia pary kosztem energii cieplnej spalin opuszczających turbinę gazową.

układ otwarty (najczęściej stosowany),

układ zamknięty,

układ kombinowany.

Ze względu na ilość wałów łączących turbinę ze sprężarką i maszyną napędzaną:

jednowałowe,

dwuwałowe,

trójwałowe.

Ze względu na budowę układu:

układ prosty,

układ z chłodnicą wstępną,

układ z regeneracją,

układ z chłodzeniem międzystopniowym sprężanego powietrza,

układ z przegrzewem międzystopniowym rozprężanych spalin,

układ z nawilżaniem powietrza (HAT),

układ z wtryskiem pary do komory spalania (STIG),

układ z kotłem odzyskowym,

dowolna kombinacja powyższych wariantów (np. z nawilżaniem powietrza i regeneracją ciepła, lub z chłodzeniem międzystopniowym i regeneracją ciepła).

Ze względu na rodzaj paliwa:

Wał – część maszyny, najczęściej w kształcie walca, obracająca się wokół własnej osi wraz z zamocowanymi na niej elementami, służąca do przenoszenia momentu obrotowego. Na wale mogą być osadzone: koła zębate, piasty, tarcze hamulcowe itp.
Leonardo da Vinci, właściwie Leonardo di ser Piero da Vinci ?/i (ur. 15 kwietnia 1452 r. w Anchiano niedaleko Vinci we Włoszech, zm. 2 maja 1519 r. w Clos Lucé we Francji) – włoski renesansowy malarz, architekt, filozof, muzyk, poeta, odkrywca, matematyk, mechanik, anatom, wynalazca, geolog.

na paliwo gazowe (najpopularniejsze w układach stacjonarnych),

na paliwo ciekłe (najpopularniejsze w układach trakcyjnych),

na paliwo stałe (w fazie prób).

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)