Spaľovacia turbína: Rozdiel medzi revíziami

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Smazaný obsah Přidaný obsah
Rios (diskusia | príspevky)
reKat:Spaľovacie motory + kat. turbiny
Rios (diskusia | príspevky)
presun časti textu z Turbínový motor, nové wikiodkazy, + obrazok + commons
Riadok 10: Riadok 10:


==Konštrukčné riešenia==
==Konštrukčné riešenia==
[[Obrázok:Turboprop.png|thumb|250px|right|Schéma spaľovacej turbíny, ako súčasti turbovrtuľového motora. Jednohriadeľové prevedenie s 8 stupňovým axiálnym kompresorom (C) a 3 stupňovou axiálnou turbínou (E).]]
[[Termodynamická účinnosť|Termodynamická]] a [[účinnosť (technika)|celková účinnosť]] rovnotlakých turbín je v popisovanom jednoduchom ''jednohriadeľovom'' usporiadaní nízka, pohybuje sa na úrovni 30 až 50% účinnosti [[vznetový motor|vznetových motorov]].
[[Termodynamická účinnosť|Termodynamická]] a [[účinnosť (technika)|celková účinnosť]] rovnotlakých turbín je v popisovanom jednoduchom ''jednohriadeľovom'' usporiadaní nízka, pohybuje sa na úrovni 30 až 50% účinnosti [[vznetový motor|vznetových motorov]].


Pre dosiahnutie vhodných vlastností pre rôzne účely použitia sa turbíny konštruujú v ''dvojhriadeľovom'', prípadne ''viachriadeľovom'' usporiadaní. Jednotlivé hriadele spájajú turbínu s kompresorom, alebo odvádzajú [[efektívny výkon]] z turbíny von. Takéto riešenia obsahujú viacero kompresorov a viacero turbín, ktoré sú pneumaticky zapojené do série. To znamená že vzduch alebo spaliny prechádzajú postupne dvoma a viac obežnými kolesami a v každom sa zväčšuje kompresia, alebo expanzia. Pre ďalšie zlepšenie účinnosti môže byť do cesty zaradený aj [[výmenník tepla]], v ktorom odchádzajúce spaliny ohrievajú prichádzajúci vzduch.
Pre dosiahnutie vhodných vlastností pre rôzne účely použitia sa turbíny konštruujú v ''dvojhriadeľovom'', prípadne ''viachriadeľovom'' usporiadaní. Jednotlivé hriadele spájajú turbínu s kompresorom, alebo odvádzajú [[efektívny výkon]] z turbíny von. Takéto riešenia obsahujú viacero kompresorov a viacero turbín, ktoré sú pneumaticky zapojené do série. To znamená že vzduch alebo spaliny prechádzajú postupne dvoma a viac obežnými kolesami a v každom sa zväčšuje kompresia, alebo expanzia. Pre ďalšie zlepšenie účinnosti môže byť do cesty zaradený aj [[výmenník tepla]], v ktorom odchádzajúce spaliny ohrievajú prichádzajúci vzduch.

===Kompresor===
Kompresory spaľovacej turbíny sa podľa prevažujúceho prúdenia vzduchu delia na:
* ''axiálne'' - v ktorých vzduch prúdi prevažne v smere osi rotácie rotora.
{{Hlavný článok|Axiálny kompresor}}
* ''radiálne'' - v ktorých sa smer prúdenia mení, avšak na významej časti dráhy je kolmý na os rotácie rotora.
{{Hlavný článok|Radiálny kompresor}}


==Vlastnosti spaľovacích turbín==
==Vlastnosti spaľovacích turbín==
Riadok 38: Riadok 46:
* ''[[rušeň|rušňov]]'' - s výkonmi 1300 - 3550 kW, rôzne riešenia s 15 až 23 stupňovým kompresorom a 4 až 11 stupňovou turbínou
* ''[[rušeň|rušňov]]'' - s výkonmi 1300 - 3550 kW, rôzne riešenia s 15 až 23 stupňovým kompresorom a 4 až 11 stupňovou turbínou
* ''[[lietadlo|lietadiel]]''
* ''[[lietadlo|lietadiel]]''
** ''v turbovrtuľových jednotkách'' - využívajúcich prácu turbíny na pohon vrtule
** ''v [[turbovrtuľový motor|turbovrtuľových jednotkách]]'' - využívajúcich prácu turbíny na pohon vrtule
** ''ako turbokompresorové [[prúdový motor|prúdové motory]]'' - využívajúcich väčšiu časť energie spalín na vyvodenie reaktívnych síl
** ''ako turbokompresorové [[prúdový motor|prúdové motory]]'' - využívajúcich väčšiu časť energie spalín na vyvodenie reaktívnych síl
** ''ako [[náporový motor|náporové motory]]'' - bez kompresora, stlačenie vzduchu sa dosahuje rýchlosťou letu
** ''ako [[náporový motor|náporové motory]]'' - bez kompresora, stlačenie vzduchu sa dosahuje rýchlosťou letu
Riadok 45: Riadok 53:
==Zdroje==
==Zdroje==
Trnka J., Urban J.: Spaľovacie motory. Alfa Bratislava, 1992.
Trnka J., Urban J.: Spaľovacie motory. Alfa Bratislava, 1992.

==Iné projekty==
{{projekt|commons=Category:Gas turbine}}


[[Kategória:Spaľovacie motory]]
[[Kategória:Spaľovacie motory]]

Verzia z 21:30, 31. október 2007

Spaľovacia turbína Rolls Royce

Spaľovacia turbína je tepelný stroj, ktorého pracovnou látkou sú spaliny vzniknuté spaľovaním paliva v spaľovacej komore. Vstreknuté palivo sa spaľuje so vzduchom, ktorý sa predtým stláča v kompresore. Spaliny pri prechode turbínou odovzdávajú jej lopatkám svoju kinetickú energiu.

Spaľovacia turbína patrí do skupiny spaľovacích motorov s vnútorným spaľovaním, pretože spaľovacia komora je jej súčasť.

Princíp práce

Kompresor spaľovacej turbíny, váčšinou riešený ako lopatkový turbokompresor nasáva atmosférický vzduch ktorý stláča na vyšší tlak sprevádzaný vzostupom teploty. Stlačený vzduch sa vedie do spaľovacej komory, kam sa priebežne vstrekuje palivo, ktoré sa v stlačenom vzduchu spaľuje. Pretože spaľovacia komora nie je uzavretá, ale vedie spaliny na lopatky turbíny, dochádza len k miernemu nárastu tlaku spalín. Energia získaná spálením paliva sa premení hlavne na tepelnú a kinetickú energiu spalín. Na lopatkách turbíny sa časť energie spalín premieňa na mechanickú tým, že roztáča rotor turbíny. Časť vytvorenej mechanickej energie sa odvedie hriadeľom, časť sa použije na pohon turbokompresora. Zvyšná časť ostáva vo forme tepelnej a kinetickej energie spalín.

Pretože spaľovanie prebieha pri približne konštantnom tlaku, takáto turbína sa nazýva aj izobarická, alebo rovnotlaká. Jej zjednodušený teoretický model popisuje Eriksonov-Braytonov cyklus, alebo Jouleov-Braytonov cyklus pri predpoklade izotermickej kompresie a expanzie a úplnej regerácie tepla.

Konštrukčné riešenia

Schéma spaľovacej turbíny, ako súčasti turbovrtuľového motora. Jednohriadeľové prevedenie s 8 stupňovým axiálnym kompresorom (C) a 3 stupňovou axiálnou turbínou (E).

Termodynamická a celková účinnosť rovnotlakých turbín je v popisovanom jednoduchom jednohriadeľovom usporiadaní nízka, pohybuje sa na úrovni 30 až 50% účinnosti vznetových motorov.

Pre dosiahnutie vhodných vlastností pre rôzne účely použitia sa turbíny konštruujú v dvojhriadeľovom, prípadne viachriadeľovom usporiadaní. Jednotlivé hriadele spájajú turbínu s kompresorom, alebo odvádzajú efektívny výkon z turbíny von. Takéto riešenia obsahujú viacero kompresorov a viacero turbín, ktoré sú pneumaticky zapojené do série. To znamená že vzduch alebo spaliny prechádzajú postupne dvoma a viac obežnými kolesami a v každom sa zväčšuje kompresia, alebo expanzia. Pre ďalšie zlepšenie účinnosti môže byť do cesty zaradený aj výmenník tepla, v ktorom odchádzajúce spaliny ohrievajú prichádzajúci vzduch.

Kompresor

Kompresory spaľovacej turbíny sa podľa prevažujúceho prúdenia vzduchu delia na:

  • axiálne - v ktorých vzduch prúdi prevažne v smere osi rotácie rotora.
Bližšie informácie v hlavnom článku: Axiálny kompresor
  • radiálne - v ktorých sa smer prúdenia mení, avšak na významej časti dráhy je kolmý na os rotácie rotora.
Bližšie informácie v hlavnom článku: Radiálny kompresor

Vlastnosti spaľovacích turbín

V porovaní s piestovými spaľovacími motormi majú turbiny výhody:

  • nižší obsah škodlivín v spalinách
  • malé nároky na kvalitu paliva
  • vysoká pravidelnosť chodu a malá nevyváženosť
  • ľahká štartovateľnosť
  • nízka výkonová hmotnosť
  • lepší priebeh točivého momentu z hľadiska trakčných požiadaviek
  • schopnosť spracovávať nízke teplotné a tlakové spády, často inak nevyužiteľné,

ale aj nevýhody:

  • vysoká merná spotreba paliva z dôvodu nízkych teplotných spádov - 700 °C, krátkodobo 1400 °C
  • z toho vyplývajúca nízka účinnosť
  • malé akceleračné schopnosti
  • vysoké tepelné namáhanie lopatiek a z toho vyplývajúca nízka životnosť
  • vyššia hlučnosť

Využitie spaľovacích turbín

prúdový motor PRATT & WHITNEY

Spaľovacie turbíny našli uplatnenie pre pohon:

  • cestných vozidiel - s výkonmi 100 - 500 kW
  • rušňov - s výkonmi 1300 - 3550 kW, rôzne riešenia s 15 až 23 stupňovým kompresorom a 4 až 11 stupňovou turbínou
  • lietadiel
  • lodí - s výkonmy až do 100000 kW

Zdroje

Trnka J., Urban J.: Spaľovacie motory. Alfa Bratislava, 1992.

Iné projekty