Skip to content

Lite gasturbin-teori

Howdy folks!

När jag liks har ångan uppe tänkte jag knacka ihop några rader om gasturbiner också, hur svårt det än är att begripa så finns det faktiskt folk där ute som inte har en aning om hur en gasturbin fungerar. Det låter skumt men så ligger det till.

turbcartoon

Jag skulle kunna röra ihop det ordentligt genom att dra paralleller med turboladdade fyrtaktsmotorer men jag skiter i det tror jag, vet ni hur ett turboaggregat ser ut inuti så är det bra.

Nene1

En gasturbin består i stort av en kompressor, en brännkammare, en avgasturbin och en utloppskona. Det är en konstanttrycksmotor, dvs trycket inuti motorn är i princip detsamma från kompressorutlopp till turbininlopp, det som ändras är hastigheten på luften som ökas genom upphettning av luften från kompressorn.

mk4assy

Luften sugs in och trycks ihop i kompressorn, leds genom en diffusor (kanal med ökande tvärsnittsarea) för att sänka hastigheten inför förbränningen in till brännkammaren där en liten del av luften förbränns tillsammans med fotogen eller annat bränsle. Resten av luften värms upp av denna förbränning och ökar ordentligt i volym vilket gör att hastigheten på luften ökar, den leds sen genom en NGV (nozzle guide vanes) där lufthastigheten ökar ytterligare och luften styrs så att den träffar turbinhjulet i rätt vinkel.

6

Turbinen är konstruerad så att den tar åt sig tillräckligt med energi ur luften för att orka driva kompressorn som sitter på samma axel, resten av energin (lufthastigheten) går att använda till att ge dragkraft genom en utloppskona. Ju mindre utlopp på denna kona desto högre utblåsningshastighet och därigenom högre dragkraft, detta beror på att det bildas ett tryckfall över turbinhjulet och så fort man minskar utloppsarean på konan höjer man trycket efter turbinhjulet vilket ger ett minskat tryckfall över turbinen. Detta gör att turbinen kan ta vara på mindre energi ur luften och turbinvarvtalet sjunker.

För att motverka detta och hålla varvtalet uppe måste man tillföra mer värme till luften, dvs spruta in mer bränsle i motorn. Så en snävare utloppskona ger mer dragkraft samtidigt som temperaturen stiger, beroende på materialval i turbinhjulet finns det en övre gräns för hur hög TIT (turbine inlet temperature) man kan tillåta vilket är anledningen till att inconel är standard i moderna turbinhjul.

Om vi ska ta en turbinaxel från en turbo som exempel måste man ha en relativt stor turbin i förhållande till kompressor för att inte turbinen ska strypa flödet för mycket vilket ger höga temperaturer och mest troligt kompressorsurge eftersom kompressorn inte får jobba med dom flöden och tryck den är designad för. En lastbilsturbo är ganska rätt dimentionerad med ca 20% större utloppsdiameter än inloppsdito (mät inloppet på kompressorn och jämför med utloppet på turbinen).

Turbine shaft 3

Det finns även gasturbiner med axiella kompressorer och turbiner. Axiella kompressorer är avancerade grejor och används i alla stora gasturbiner till militärplan och passagerarplan, axiella turbiner är vanliga i både stora gasturbiner och pluttesmå gasturbiner byggda för RC-flyg. Dom är både lättare och enklare att tillverka än radiella turbiner som sitter i turboaggregat, och i större format är dom även effektivare än sina radiella kusiner så det är endast i vissa mindre gasturbiner för stationärt bruk som det går hitta radiella turbiner i dag.

Det blev en liten sammanfattning i alla fall, jag ska se om jag kan spåna ihop lite mer framöver.

Over and out!

Published inÖvrigt

2 Comments

  1. Emma Emma

    Hej, jag har ett skolarbete om gaturbiner och undrar om du vet vad gasturbiner har för påverkan på miljön, fattar inte !!

    • Johansson Johansson

      Hej Emma! Gasturbiner har en ganska negativ påverkan på mina grannars utomhusmiljö ljudmässigt sett. =)

      Skämt åsido, gasturbiner är precis som alla motorer i det att dom förbränner fossila bränslen. Just gasturbiner för flygindustrin har inget miljövänligt bränslealternativ då det är stränga regler som styr bränslekvaliteten gällande fryspunkter osv så inte motorerna riskerar att stanna i luften.

      En gasturbin drar förhållandevis mycket bränsle i förhållande till effekt, men räknar man på effekt per kilo är dom väldigt bra och den viktbesparingen är också sparad bränsle per mil körd så det är lite svårt att räkna på.

      Det du i alla fall kan räkna med är att gasturbiner i 99 fall av 100 är det bästa alternativet i de fordon de sitter i, men precis som alla andra motorer som går på fossila bränslen påverkar dom miljön negativt.

      Du har inte lust att dela med dig av skolarbetet när du är klar? Det vore skitskoj att läsa. Maila i så fall till anders.johansson@jamtkraft.se.

Lämna ett svar

E-postadressen publiceras inte.

Denna webbplats använder Akismet för att minska skräppost. Lär dig hur din kommentardata bearbetas.