Spaľovacia turbína: Rozdiel medzi revíziami

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Smazaný obsah Přidaný obsah
novy
 
Rios (diskusia | príspevky)
Riadok 7: Riadok 7:
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 uzvretá 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.
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 uzvretá 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'', aleob ''rovnotlaká''. Jej zjednodušený teoretický model popisuje [[Jouleov-Braytonov cyklus]].
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 [[regerácia tepla|regerácie tepla]].


==Konštrukčné riešenia==
==Konštrukčné riešenia==

Verzia z 19:49, 24. máj 2006

Spaľovacia turbína Rolls Royce

Spaľovacia turbína je tepelný motor, 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 uzvretá 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

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.

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
    • v turbovrtuľových jednotkách - využívajúcich prácu turbíny na pohon vrtule
    • ako turbokompresorové prúdové motory - využívajúcich väčšiu časť energie spalín na vyvodenie reaktívnych síl
    • ako náporové motory - bez kompresora, stlačenie vzduchu sa dosahuje rýchlosťou letu
  • lodí - s výkonmy až do 100000 kW

Zdroje

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