Gaasiturbiinmootor - mis tahes sisepõlemismootor, mille töövedelikuna kasutatakse turbiini keeramiseks gaasi. Seda terminit kasutatakse tavapäraselt ka täieliku sisepõlemismootori kirjeldamiseks, mis koosneb vähemalt kompressorist, põlemiskambrist ja turbiinist.
Üldised omadused
Kasulikku tööd või tõukejõudu saab gaasiturbiinmootorist. See võib juhtida generaatorit, pumpa või propellerit või puhta reaktiivmootoriga mootorite korral tekitada tõukejõu, kiirendades turbiini heitgaasivoolu läbi düüsi. Sellise mootoriga on võimalik toota suures koguses energiat, mis sama väljundi jaoks on palju väiksem ja kergem kui sisepõlemismootor. Kolbmootorid sõltuvad kolvi üles- ja allapoole liikumisest, mis seejärel tuleb väntvõlli seadmel ümber pöörata pöördemomendiks, samal ajal kui gaasiturbiin annab pöörleva võlli jõudu otse. Kuigi kontseptuaalselt on gaasiturbiinmootor lihtne seade, tuleb efektiivse seadme komponendid töötamise ajal esinevate kõrgete temperatuuride ja pingete tõttu hoolikalt kavandada ja toota kulukatest materjalidest. Seega piirduvad gaasiturbiinmootorite paigaldised tavaliselt suurte üksustega, kus need muutuvad kulutõhusaks.
Gaasiturbiini mootoritsüklid
Ideaalne lihtne avatud tsükliga gaasiturbiinmootor
Enamik gaasiturbiine töötab avatud tsükliga, mille käigus õhk võetakse atmosfäärist, surutakse kokku tsentrifugaal- või aksiaalsuunalise kompressoriga ja juhitakse seejärel põlemiskambrisse. Siin lisatakse kütus ja see põletatakse teatud osa õhuga praktiliselt konstantsel rõhul. Põletuskambri väljumise (tegelikult turbiini sisselaskeava) temperatuuri hoidmiseks piisavalt madalal temperatuuril, et turbiin saaks pidevalt töötada, on vaja täiendavat suruõhku, mis juhitakse ümber põlemissektsiooni ja segatakse seejärel väga kuumade põlemisgaasidega. Kui seade soovib toota võlli, laiendatakse põlemisprodukte (enamasti õhku) turbiinis atmosfäärirõhuni. Kompressori tööks on vajalik suurem osa turbiini väljundist; ainult ülejäänu on saadaval generaatori, pumba või muu seadme jaoks võlli töö varustamiseks. Reaktiivmootoris on turbiin kavandatud pakkuma just nii palju väljundit, et juhtida kompressorit ja abiseadmeid. Seejärel jätab gaasivool turbiini keskmise rõhu all (üle kohaliku atmosfäärirõhu) ja juhitakse läbi düüsi, et tekitada tõukejõud.
Kõigepealt peetakse ideaalseks gaasiturbiinmootorit, mis töötab selles lihtsas Braytoni tsüklis ilma kadudeta. Näiteks kui õhk siseneb kompressorisse temperatuuril 15 ° C ja õhurõhul ning see surutakse üheks megapaskaliks, neelab see seejärel kütuse soojust konstantse rõhu all, kuni temperatuur jõuab 1100 ° C-ni, enne kui see laieneb läbi turbiini atmosfääri. surve. See idealiseeritud seade nõuaks turbiini väljundvõimsust 1,68 kilovatti iga kasuliku võimsuse kilovati kohta koos kompressori käitamiseks neelduva 0,68 kilovattiga. Seadme soojatõhusus (toodetud võrgutöö jagatud kütuse kaudu lisanduva energiaga) oleks 48 protsenti.
Tegelik lihtne avatud tsükli jõudlus
Kui sama rõhu ja temperatuuri piirides töötava seadme puhul on kompressori ja turbiini efektiivsus ainult 80 protsenti (st ideaalse kompressori töö võrdub tegeliku tööga 0,8-kordne töö, turbiini tegelik väljund on 0,8-kordne ideaalse väljundi korral), muutub olukord drastiliselt, isegi kui kõik muud komponendid jäävad ideaalseks. Iga toodetud netovõimsuse kilovatti kohta peab turbiin nüüd tootma 2,71 kilovatti, samal ajal kui kompressori töö saab 1,71 kilovatti. Soojuslik kasutegur langeb 25,9 protsendini. See näitab ülitõhusate kompressorite ja turbiinide tähtsust. Ajalooliselt oli gaasiturbiinmootori väljatöötamist viivituseks tõhusate kompressorite, isegi mitte tõhusate turbiinide kavandamine. Kaasaegsete üksuste kompressori kasutegur võib projekteerimistingimustes olla 86–88 protsenti ja turbiini kasutegur 88–90 protsenti.
Tõhusust ja väljundvõimsust saab suurendada turbiini sisselasketemperatuuri tõstmisega. Kõik materjalid kaotavad tugevuse siiski väga kõrgetel temperatuuridel ning kuna turbiini labad liiguvad suurel kiirusel ja on tugevate tsentrifugaalpingetega, vajavad turbiini sisendtemperatuurid üle 1100 ° C tera spetsiaalset jahutamist. Võib näidata, et turbiini sisselasketemperatuuri iga maksimaalse temperatuuri jaoks on olemas ka optimaalne rõhusuhe. Kaasaegsed labajahutusega lennukiturbiinid töötavad turbiini sisselasketemperatuuril üle 1370 ° C ja rõhu suhetel umbes 30: 1.
