Akademia Górniczo- Hutnicza
Im. Stanisława Staszica w Krakowie
BADANIE TURBINY GAZOWEJ W UKA
ADZIE SILNIKA
ODRZUTOWEGO
Prowadzący:
dr inż. Karol Sztekler
[e-mail]
1
1. Wiadomości wstępne
Silnikiem odrzutowym nazywamy silnik cieplny, w którym energia chemiczna paliwa (ogólniej
energia doprowadzana z zewnątrz) jest zamieniana na energię kinetyczną strumienia gazu
wypływającego z silnika. Powstająca przy tym reakcja strumienia na ścianki silnika (obliczona
ze zmiany pędu) może być bezpośrednio wykorzystana do napędu urządzeń latających jako
ciąg. Silnik odrzutowy jest więc bezpośrednim z
ródłem ciągu (w odróżnieniu od lotniczego
silnika tłokowego, wytwarzającego ciąg za pomocą śmigła). W wyniku gwałtownego rozwoju
silników odrzutowych po II wojnie światowej wyparły one praktycznie całkowicie silniki
tłokowe z zastosowań lotniczych, bowiem stale wzrastającej wymaganej prędkości lotu silnik
tłokowy (maszyna wyporowa) nie jest w stanie dostarczyć wymaganych bardzo dużych mocy, a
jednocześnie sprawność śmigła osiąga maksimum przy niskich stosunkowo prędkościach lotu,
po czym szybko maleje. Silnik odrzutowy, jako maszyna przeprawowa, może rozwijać bardzo
duże moce przy dużych prędkościach lotu. Podział silników odrzutowych przedstawia rysunek
poniżej.
Rys.1. Podział silników odrzutowych
Dzielimy je na dwie podstawowe grupy: silniki przelotowe i rakietowe. Silniki przelotowe
wykorzystują powietrze atmosferyczne jako czynnik roboczy i jednocześnie jako z
ródło tlenu
potrzebnego do spalania paliwa. W silnikach rakietowych paliwo i utleniacz, nazywane łącznie
środkiem napędowym, jako niezbędne do pracy silnika, są transportowane razem z silnikiem.
Zależnie od sposobu realizacji procesu sprężania silniki przelotowe dzieli się na sprężarkowe i
bezsprężarkowe. W silnikach przelotowych sprężarkowych proces sprężania zachodzi w
sprężarce turbiny gazowej (spalinowej), stanowiącej integralną część silnika. Wyróżnić tu należy
trzy podstawowe typy silników: turboodrzutowe, turbośmigłowe oraz dwuprzepływowe. Silnik
turboodrzutowy składa się z układu turbiny gazowej (sprężarka, komora spalania, turbina) oraz
2
dyszy wylotowej. Turbina gazowa odgrywa tu wyłącznie rolę wytwornicy gazu (gorących
spalin), który następnie rozpręża się w dyszy wylotowej. Uzyskana w ten sposób prędkość
wypływu strumienia spalin z dyszy jest większa od prędkości lotu, dzięki czemu silnik rozwija
ciąg.
Rys.2. Schemat silnika turboodrzutowego 1  wlot, 2  sprężarka, 3  komora spalania,
4  turbina, 5- dysza wylotowa
Silnik turbośmigłowy składa się z tych samych głównych elementów co silnik
turboodrzutowy, przy czym elementem dodatkowym jest tu śmigło, osadzone na wale,
który za pośrednictwem reduktora (zwykle planetarnego) łączy się z wałem sprężarki.
Układ turbiny gazowej spełnia tutaj podwójne zadanie  wytwornicy gazu do
rozprężania w dyszy (ale w mniejszym stopniu niż w silniku torboodrzutowym) oraz
z
ródła mocy do napędu śmigła. Otrzymany ciąg jest sumą ciągów śmigła oraz ciągu
uzyskanego bezpośrednio z przyrostu pędu strumienia czynnika roboczego
przepływającego przez silnik.
Rys.3. Schemat silnika turbośmigłowego 2  śmigło, 2  reduktor, 3  sprężarka, 4 
komora spalania, 5  turbina, 6  dysza
Silnik dwuprzepływowy (wentylatorowy) jest zestawiony z dwóch współśrodkowych
kanałów, z których wewnętrzny jest zbudowany podobnie jak silnik turboodrzutowy.
Obydwa kanały są zasilane przez wspólny wlot i kilka wspólnych początkowych stopni
sprężarki. Te stopnie sprężarki stanowią jedyne z
ródło energii dla strumienia przepływającego
kanałem zewnętrznym. Układ turbiny gazowej stanowi tutaj wytwornicę gazu dla dyszy
strumienia wewnętrznego oraz z
ródło energii przekazywanej przez początkowe stopnie
sprężarki do strumienia zewnętrznego. Ciąg silnika jest sumą ciągów obu strumieni
przepływających przez silnik. Silnik dwuprzepływowy w zastosowaniu do wysokich
poddz
więkowych prędkości lotu stanowi optymalne skojarzenie zalet silników
3
turboodrzutowego i turbośmigłowego. Zalety te wykorzystuje się obecnie w szczególności
w szybkich współczesnych samolotach komunikacyjnych.
Rys. 4. Schemat silnika dwuprzepływowego 1  wlot, 2  wspólne stopnie sprężarki, 3 
kanał zewnętrzny, 4  kanał wewnętrzny
W silnikach przelotowych bezsprężarkowych sprężanie zachodzi bez udziału sprężarki.
Zależnie od przebiegu procesu spalania silniki bezsprężarkowe dzieli się na strumieniowe i
pulsacyjne. Silnik pulsacyjny charakteryzuje się nieciągłą pracą i cyklicznym spalaniem.
Paliwo wtryskiwane do komory spalania tworzy z powietrzem mieszankę zapalaną od iskry
elektrycznej. Powstające spaliny wypływają dysza. przy czym wskutek ich bezwładności w
końcowym okresie w komorze spalania powstaje podciśnienie. Otwierają się wówczas
zawory zwrotne i zostaje zassana przez wlot porcja świeżego powietrza. Zapłon następuje
teraz od resztek gorących spalin pozostałych w komorze. W ten sposób cykl spalania
powtarza się.
Rys. 5. Schemat silnika pulsacyjnego 7  wlot, 2  zawory zwrotne, 3  wtryskiwacze
paliwa, 4  mieszalnik, 5  komora spalania, 6  dysza wylotowa, 7  świeca zapłonowa
Silniki rakietowe dzieli się zależnie od rodzaju środka pędnego. W silniku na stały środek
pędny rolę zbiornika paliwa i jednocześnie komory spalania odgrywa kadłub silnika,
zakończony dyszą. W dyszy znajduje się przepona izolująca wnętrze komory spalania od
wpływów atmosferycznych. Po przeciwnej stronie jest umieszczony zapłonnik, a w jego
pobliżu podsypka (zwykle proch czarny). Uruchomienie silnika następuje przez włączenie
zapłonnika, od którego zapala się podsypka. Wytworzone w ten sposób spaliny podnoszą
ciśnienie i temperaturę w komorze, inicjując spalanie środka napędowego. Pod wpływem
ciśnienia następuje pęknięcie przepony, wypływ spalin na zewnątrz i związany z tym ciąg.
Paliwo stanowi tu odpowiednia mieszanina nitrogliceryny i nitrocelulozy lub  częściej 
materiały o bardziej złożonym składzie.
4
Rys. 6. Schemat silnika rakietowego na ciekły środek napędowy 1  zbiornik utleniacza,
2  zbiornik paliwa, 3  pompa utleniacza, 4  turbina, 5  pompa paliwa, 6 
komora spalania, 7  dysza, 8  płaszcz chłodzący, 9  rozpylacz paliwa, 10  rozpylacz
utleniacza
W silniku na ciekły środek napędowy paliwo i utleniacz, znajdujące się w osobnych
zbiornikach, są podawane do komory spalania za pomocą pompy z napędem turbinowym.
Utleniacz chłodzi jeszcze zwykle po drodze gorące ścianki dyszy i komory spalania.
Wtryśnięte do komory paliwo i utleniacz ulegają odparowaniu, a następnie spaleniu, dając
spaliny, których wypływ wytwarza ciąg. Jako utleniacze stosuje się tlen, kwas azotowy, fluor
i ozon oraz różne paliwa, jak wodór, amoniak, nafta itp.
Przemiany termodynamiczne charakteryzujące silnik odrzutowy
Rys.7. Cykl Braytona dla turbiny gazowej i silnika turboodrzutowego
1). a  b, wlot i adiabatyczne odwracalne sprężanie powietrza przez sprężarkę
2). b  c, spalanie paliwa przy stałym ciśnieniu w komorze spalania (dodawanie ciepła
przy stałym ciśnieniu)
3). c  d, adiabatyczne odwracalne rozprężanie gorącego powietrza w turbinie i dyszy
wylotowej
5
4). d  a, wyrzucone powietrze chłodzi się do temperatury wyjściowej
Rys.8. Schemat jednoprzepływowego silnika turboodrzutowego. Powietrze pod
ciśnieniem wtłaczane jest przez sprężarkę do komory spalania gdzie dostarczane jest
paliwo i zachodzi proces spalania. Gorące spaliny napędzają turbinę połączoną wałem
ze sprężarką.
1. Dyfuzor wlotowy
2. Sprężarka niskiego ciśnienia
3. Sprężarka wysokiego ciśnienia
4. Komory spalania
5. Dysza wylotowa wraz z turbiną
6. Część gorąca
7. Turbiny wysokiego i niskiego ciśnienia
8. Rura ogniowa
9. Część zimna
10. Wlot powietrza
2. Wielkości charakteryzujące silniki odrzutowe
Wzór na ciąg F silnika strumieniowego, który dotyczy wszystkich silników przelotowych
(1)
6
W silniku rakietowym, który nie pobiera czynnika z otoczenia, jest więc wo = 0, stąd jego ciąg
 odrzutu".
(2)
Mocą użyteczną Pp napędu nazywamy iloczyn siły ciągu i prędkości lotu.
(3)
Moc PS niesiona przez strumień spalin opuszczających silnik, wynikająca z ich energii
kinetycznej, wynosi.
(4)
Sprawnością napędu �P nazywamy stosunek mocy użytecznej napędu do mocy strumienia
spalin użytego do napędu.
(5)
Wykorzystując wyżej podane zależności otrzymujemy dla silnika przelotowego.
(6)
a dla silnika rakietowego
(7)
7
Sprawność teoretyczną obiegu idealnego wyznaczona z zależności termodynamicznych
wynosi
� = 1 -
(8)
Sprawność cieplna jest związana z ilość ciepła dostarczanego do pracy mechanicznej.
Przy założeniu, że czynnik roboczy ma stałe zdolność do wykonywania pracy. Sprawność
cieplna jest określana z :
(9)
Przy średniej wartości współczynnika adiabaty � =1,4 równanie przyjmuje postać:
(10)
"= p2/p1
Można zauważyć, że sprawność cieplna jest tylko uzależniona od stosunku ciśnień.
Najwyższa temperatura T3 (parametry spalin po popuszczeniu komory spalania) nie mają
żadnego wpływu na sprawność cieplna.
Określenie mocy sprężarki
Zapotrzebowanie na moc potrzebną do podniesienia parametrów powietrza zależy od
konkretnych wartości entalpii
8
(10)
- strumień powietrza
Moc przekazywana od gazu w turbinie gazowej do napędu sprężarki jest określona w
ten sam sposób.
(11)
mg- strumień gazu [kg/s]
Dla stanowiska z turbiną gazową ET792 wartości entalpi h4 nie mogą być bezpośrednio
stosowane we wzorze. Zmierzona temperatura do obliczenia h4 jest zbyt niska wynika to z
faktu że odległości od punktu pomiarowego z wylotu turbiny jest zbyt duża. Błędy te są
istotne ze względu na wysoką temperaturę spalania gazu. Oprogramowanie kompensuje te
błędy pomiaru poprzez wprowadzenie h4_2 entalpii.
Znak ujemny, ponieważ ta moc jest odbierana z gazu.
9
Określenie sprawności turbosprężarki
(12)
Izentropowa sprawność sprężarki
(13)
Rys.9. Przemiany w układzie h-s
Wielkość entalpii h2,s może być określone na podstawie rysunku, h, s. Pokazano to na
rysunku. 5 odbywa się to przez wykreślenie izentrop od h1 do izobar p2 i następnie na
przecięciu izentropy z izobarą odczytać wartość entalpi h2,s.
Określenie jednostkowe zużycie paliwa w turbinie gazowej w układzie silnika
odrzutowego
Jednostkowe zużycie paliwa jest obliczany na podstawie ilość paliwa dostarczanego i ciągu
uzyskanego.
(14)
10
Określenie współczynnika nadmiaru powietrza
Współczynnik nadmiaru powietrza wyrażony jest jako stosunek ilość powietrza zasysanego
do turbiny gazowej (rzeczywista ilość) a ilością powietrza, koniecznego do
stechiometrycznego spalania paliwa.
Ilość powietrza konieczna do spalania propanu wynosi :
(15)
2. Zasady BHP przy obsłudze stanowiska ET 792
Porażanie prądem
Dotknięcie przewodów znajdujących się w otwartej skrzynce elektrycznej może spowodować
porażenia prądem elektrycznym. Aby temu zapobiec należy:
" odłączyć od zasilania skrzynkę przed otwarciem
" jakiekolwiek prace powinny być wykonywane wyłącznie przez wykwalifikowanych
elektryków.
Wybuch gazu
Może być spowodowany ulatnianie się gazu z butli lub przewodów doprowadzających gaz do
stanowiska badawczego. Aby temu zapobiec należy:
" nie naciskać żadnych przełączników elektrycznych.
" zamknąć zawór gazu na butli gazowej lub
" zamknąć główny na zawór gazu na panelu sterowania stanowiska
" wcisnąć wyłącznik bezpieczeństwa (przycisk koloru czerwonego)
Hałas
Podczas pracy stanowiska zwłaszcza w układzie jako silnik odrzutowy poziom hałasu wynosi
<110 dB. Stąd też istnieje ryzyko uszkodzenia słuchu należy zatem:
" założyć odpowiednie środki ochrony słuchu podczas pracy.
Zagrożenie pożarem
Gazy wylotowe wyprowadzone z turbiny gazowej osiągają temperaturę maksymalną 700 oC.
Aby nie doprowadzić do pożaru należy:
" nie dopuścić do kontaktu materiałów palnych z gorącą rurą wydechową
" nie umieszczać materiałów palnych w strumieniu gazów spalinowych wyprowadzanych z
rury wydechowej.
" minimalna odległość między materiałami łatwopalnymi a strumieniem spalin to 10m.
" w przypadku wycieku oleju w turbinie, olej może zapalić się od gorącej obudowy turbiny.
11
Zagrożenie oparzeniem
W wyniku procesu spalania gazu generowane są spaliny o temperaturze dochodzącej do
0
700 C powodując tym samym nagrzewanie wszystkich elementów metalowych
odprowadzających spaliny do atmosfery. Pod żadnym pozorem nie wolno dotykać
rozgrzanych elementów metalowych stanowiska oraz nie wolno wchodzić w strumień
wyprowadzonych spalin do atmosfery ponieważ ich wysoka temperatura może doprowadzić
do poważnego poparzenia ciała.
W razie jakiegokolwiek zagrożenia lub powstania sytuacji niebezpiecznej
należy wcisnąć wyłącznik bezpieczeństwa. Wszelkie badania wykonywane
na stanowisku doświadczalnym ET 792 mogą być prowadzone tylko pod
nadzorem przeszkolonego pracownika AGH.
3. Instrukcja
3.1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest określenie podstawowych wielkości charakteryzujących turbinę
gazową pracującą w układzie silnika odrzutowego dla zmiennych zadanych parametrów
pracy urządzenia ET792.
12
Opis stanowiska ET 792
3.1. Elementy składowe stanowiska
Rys.10. Schemat turbiny
gazowej
18. Filtr oleju
1. Woda chłodząca wlot wylot
19. Termostat chłodnicy oleju
2. Czujnik prędkości obrotowej generatora
20. Sprężyna montażowa
3. Napinacz paska
21. Dysza gazowa
4. Generator
22. Świeca zapłonowa
5. Turbina mocy
23. Komora spalania
6. Dysza wylotowa spalin w układzie pracującym jako silnik odrzutowy
24. Czujnik prędkości
7. Przewód łączący komorę spalania z turbiną mocy
generowanego gazu
8. Tłumik wydechowy
25. Generator gazu
9. Rezystory hamujące
26. Przetwornik siły
10. Wylot gazów spalinowych
27. Rury odprowadzające olej
11. Przewód do zasysania powietrza wraz z otworem pomiarowym
12. Tłumik dolotowy
13. Regulacja przepustnicy
14. Włącznik wentylatora
15. Port USB
16. Skrzynka
17. Zbiornik oleju
13
3.2. Schemat procesu
Rys.11. Zasada
działania turbiny ET
792
10. Zawór sterujący
1. Sprężarka
11. Zbiornik
2. Turbina
12. Pompa oleju
3. Komora spalania
13. Filtr oleju
4. Tłumik wlotowy
14. Regulator ciśnienia
5. Turbina mocy
15. Chłodnica oleju
6. Tłumik wydechowy
16. Generator
7. Główny zawór
17. Włącznik wentylatora
8. Szybki zawór odcinający
18. Regulacja przepustnicy
9. Regulator ciśnienia
Urządzenie to zawiera kompletny układ turbiny gazowej. Składa się następujących
komponentów:
" Generator gazu składający się z sprężarki (1), turbiny (2), komory spalania (3) oraz wlotu
powietrza z tłumikiem (4).
" Turbina mocy (5) składa się z tłumika spalin (6) pasa napędowego generator, możliwe
jest również zamontowanie dyszy wylotowej (układ z silnikiem odrzutowym)
" System doprowadzania paliwa składający się z zaworu głównego (7), szybko działającego
zaworu odcinający (8), regulatora ciśnienia (9), zaworu sterującego (10) i dyszy palnika.
" Układ zapłonowy składa się ze świecy zapłonowej i transformatora zapłonowego
" Układ smarowania składa się ze zbiornika (11), pompy oleju (12), filtru oleju (13),
regulatora ciśnienia (14) i termostatycznie regulowanej chłodnicy oleju (15).
" Generator (16) składa się z konwertera, rezystora do zrzutu mocy i wskaz
nika zasilania.
" System rozruchowy składa się z wentylatora rozruchowego (17) i regulatora przepustnic
14
(18).
" Przyrządy pomiarowe i sterujące temperaturą, prędkością przepływu, i ciśnienia.
" Elementy bezpieczeństwa takie jak ograniczniki temperatury i ciśnienia oleju.
Panel kontrolny
Rys.12. Panel kontrolny
23. Temperatura spalin na
1. Przełącznik do tarowania
wylocie z turbiny
2. Główny zawór gazu
napędzającej sprężarkę i
3. Regulator ciśnienia
temperatura spalin na
4. Zawór gazu
wylocie z turbiny mocy
5. Przycisk szybkiego zamykania
24. Temperatura oleju
6. Przycisk zapłonowy
25. Prędkość obrotowa turbiny
7. Przycisk włączający wentylator startowy
napędzającej sprężarkę
8. Pokrętło do zmiany przepływu powietrza na przepustnicy
26. Prędkość obrotowa turbiny
9. Potencjometr do regulacji obciążania generatora
mocy
10. Główny wyłącznik
27. Moc na generatorze
11. Awaryjny wyłącznik
28. Pomiar siły ciągu
12. Ciśnienie gazu zasilającego
13. Ciśnienie gazu w dyszy
14. Różnica ciśnień w komorze spalania
15. Ciśnienie przed turbiną napędzająca sprężarkę
16. Ciśnienie przed turbina mocy
17. Pomiar przepływ powietrza
18. Przepływ gazu
19. Wskaz
nik ciśnienia oleju
20. Kontrolka zapłonu
21. Temperatura powietrza, gazu na wlocie do układu oraz temperatura powietrza za sprężarką
22. Temperatura spalin na wlocie do turbiny napędzającej sprężarkę
15
3.3. Opis głównych elementów turbiny gazowej
3.3.1. Generator gazu
1. Turbina promieniowa
2. Otwory
3. Komora spalania
4. Rurki w komorze
spalania
5. Świeca zapłonowa
6. Dysze zapłonowe
7. Generator turbulencji
8. Dyfuzor
9. Sprężarka promieniowa
10. Wał
Rys.13. Schemat generatora gazu
Podstawą układu jest generator gazu (spalin) składa się on z turbiny osiowej
bezpośrednio połączonej z osiową sprężarką (na wspólnym wale) i z komory spalania.
Powietrze ze sprężarki 1 przed wprowadzeniem do komory spalania 3 jest spowalniane w
dyfuzorze 8. Część powietrza jest odprowadzona pozostała część doprowadzona jest z
przodu przez rurki 3 do wnętrza komory.
Główne powietrze zużywane jest jako utleniacz paliwa. Powietrze to kierowane jest do
generatora turbulencji 7 jego zadaniem jest wprowadzenie powietrza w ruch obrotowy
jednocześnie spowalniając go po to aby paliwo (propan) wstrzykiwany przez dysze 6
mógł palić się stabilnym płomieniem. Komora spalania (rura) chłodzona jest od zewnątrz
powietrzem wtórnym wprowadzanym przez otwory 2 powodując tym samym schłodzenie
wylatujących gazów z komory do temperatury 600 ... 900 � C. Świeca zapłonowa 5 służy
do zapalania mieszanki powietrzno gazowej używana jest ona tylko w momencie rozruchu
instalacji. Z komory spalania gazy spalinowe kierowane są na turbinę osiową 1 (prędkość
obrotowa 60000-125000 rpm) która napędza sprężarkę 9. Spaliny opuszczające turbinę 1
są schłodzone do temperatury około 700 � C gdzie następnie są kierowane na turbinę
mocy napędzająca generator lub też wyprowadzone są z instalacji z pominięciem
generatora przez dyszę wylotową (układ z silnikiem odrzutowym).
16
a- wylot gazów spalinowych
b- turbina promieniowa
c- wlot oleju smarowego
d-łożysko ślizgowe
e-wylot sprężonego powietrza
f- uszczelniacz
g- sprężarka osiowa
h- powietrze wlotowe
i- wał
j- wylot oleju smarowego
k- wlot gazów spalinowych
Rys.14. Schemat działania zwartego układu sprężarki z turbiną
3.3.2. Silnik odrzutowy
W pracy jako silnik odrzutowy, gazy spalinowe są wyprowadzone przez dyszę wylotową (1)
i jednocześnie przyspieszone. Ponieważ generator gazu jest
zamontowane elastycznie (2), siła ciągu może być mierzone za pomocą elektrycznego
czujnika siły ciągu.
Rys.15. Turbina gazowa w układzie z
turbiną mocy
1- Dysza wylotowa
2- Elastyczne mocowanie
3- Czujnik ciągu
3.3.4. Układ paliwowy
W stanowisku ET792 do spalania wykorzystywany jest propan. Przy niższej różnicy ciśnień
pomiędzy ciśnieniem gazu a ciśnieniem na dyszy następuje automatyczne zmniejszenie
dopływu gazu. Instalacja podawania paliwa wyposażona jest w główny zawór gazowy
następnie czujnik pomiaru ciśnienia, który wskazuję ciśnienie w butli następnie zawór
odcinający szybkiego działania, który zamyka instalacje natychmiast w przypadku
niebezpiecznych stanów pracy. Kolejnym elementem jest w zawór regulujący ciśnienie w
17
dyszy, które jest mierzone a pomiar jest przedstawiony na wyświetlaczu. Ilość gazu
wprowadzonego do komory jest mierzona na przepływomierzu. Przepływomierz
wyposażony jest regulator przepływu paliwa do spalania.
3.3.5. Układ smarowania
Olej do smarowania jest zmagazynowany w zbiorniku stąd też przy wykorzystaniu pompy
oleju napędzanej silnikiem elektrycznym przepompowywany jest przez filtr i chłodnice oleju
do turbiny. Ze względów bezpieczeństwa max. ciśnienie w instalacji wynosi 3 bar minimalne
0
ciśnienie 1,5 bar maksymalna temperatura oleju 100 C. Poniżej i powyżej wartości min. i
max. następuje automatyczne wyłączenie stanowiska. Przepływ wody przez chłodnice oleju
jest uzależniona od temperatury oleju.
3.3.6. Uruchamianie i układu zapłonu
System składa z wentylatora i układu z tłumikiem. Przy rozpoczęciu pracy turbiny gazowej
do komory spalania doprowadzone jest niezbędne powietrze generowane w wentylatorze
rozruchowym, który zastępuje sprężarkę (niedostateczna moc). Gdy turbina osiągnie
określoną minimalną prędkość obrotową ,sprężarka przejmuje funkcje wentylatora, który
może być wyłączony. Układ zapłonowy składa się z świecy zapłonowej i transformator
zapłonu. Układ zapłonowy jest obsługiwany za pomocą przycisku. Układ zapłonowy musi
być obsługiwany aż do zapłonu gazu w komorze spalania. Po osiągnięciu temperatury
500 � C gazów spalinowych, zapłon może być wyłączony.
Rys.16. Wentylator rozruchowy wraz z układem przepustnic
18
4. Procedura uruchomienia turbiny ET 792
4.1. Przygotowanie do rozruchu turbiny pracującej w układzie silnik odrzutowego
Przed uruchomieniem turbiny gazowej należy:
" Sprawdzić poziom oleju.
UWAGA
W tym celu zdjąć poszycie tylnej obudowy i sprawdzić poziom oleju w zbiorniku oleju za
pomocą miarki. Jeśli poziom oleju jest zbyt niski, należy dolać odpowiedni olej. Nie
przepełniać zbiornika. Następnie zamknąć tylny panel.
" Otworzyć zawór butli gazu z propanem.
UWAGA
Po podłączeniu butli z gazem należy sprawdzić szczelność połączenia.
" Podłączyć wodę chłodząca do chłodnicy oleju oraz odprowadzić wodę z układu
chłodniczego
Należy zapewnić przepływ wody chłodniczej na poziomie 3 -5 dm3 / min.
" Włączyć wyłącznik główny.
" Sprawdz
poprawność działania wszystkich czujników pomiarowych (odczyt na
wyświetlaczu)
" Otworzyć zawór główny gazu i skontrolować ciśnienie
W zależności od temperatury gazu ciśnienie powinno być pomiędzy 3bar i 15bar.
Turbina gazowa jest teraz gotowy do użytku.
4.2. Procedura rozruchowa turbiny gazowej pracującej w układzie turbiny gazowej
1. Zamknąć zawór regulacyjny gaz (4).
2. Przełączenie przepustnicy (8) w pozycji umożliwiającej rozruch wentylatora startowego
pozycja On.
19
3. Włączyć wentylator rozruchowy (7).
4. Sprawdzić czy wskaz
nik ciśnienia oleju lampka (19) się świeci.
5. Prędkość obrotowa turbiny napędzającej sprężarkę n1 (24) wzrasta.
Wniosek. Komora spalania jest wentylowane.
6. Po około 10 s, należy włączyć przycisk zapłonu (6).
7. W tym samym czasie należy powoli zwiększać przepływ gazu (18) przy użyciu zaworu
regulacyjnego gazu (4) w momencie zapłonu następuje wzrost temperatury T3 (22).
8. Przycisk zapłonu pozostawić wciśnięty aż do momentu gdy temperatura na wejściu do
turbiny osiągnie temperaturę nie większą niż T3 = 500 � C (22). Po osiągnięciu wymaganej
temperatury należy zwolnić przycisk zapłonu (6).Lampki kontrolne (20) i (5) świeci się.
Uwaga
Jeśli przycisk zapłonu jest zwolniony poniżej temperatury 500 �,zawór szybkiego
działania odcina dopływ gazu ponieważ układ kontrolny stwierdza że zapłon nie
powiódł się i procedurę rozruchową należy powtórzyć. Przed przystąpieniem do
ponownego rozruchu należy przewietrzyć komorę spalania przez okres 10 s.
9. Aby układ mógł pracować w systemie samopodtrzymującym należy tak wyregulować
prace turbiny gazowej poprzez dopływ mieszanki gazu do komory spalania aby prędkość
obrotowa turbiny napędzającej sprężarkę n1 (25) wynosiła n1 = 70.000rpm.
Uwaga
Maksymalna temperatura gazu na wejściu do turbiny T3 wynosi 1000 � C.
Maksymalna prędkość obrotowa n1=125000 rpm
Jeżeli nastąpi przekroczenie maksymalnych wartości turbina zostanie wyłączona
automatycznie
10. Przy osiągnięciu prędkości obrotowej n1 = 70,000 rpm,(25) należy ustawić przepustnicę
(8) w pozycji Off.
Uwaga
Jeśli prędkość obrotowa spadnie gwałtownie oznacza to parametry gazów spalinowych
wlotowych do turbiny są zbyt niskie. Należy zatem otworzyć przepustnicę (8) w pozycji
ON i ponownie przyspieszyć do 70 000rpm z nieznacznym zwiększeniem przepływu
gazu do komory spalania.
Uwaga
Jeżeli powietrze doprowadzone z wentylatora rozruchowego jest wyłączone a prędkość
obrotowa jest mniejszą niż 70.000 rpm, nie ma możliwości uruchomienia turbiny nawet
przy zwiększonym przepływie gazu do komory spalania.
20
11.Jeżli praca turbiny jest ustabilizowana należy wyłączyć wentylator rozruchowy (7).
Procedura wyłączenia turbiny
1. Powoli zmniejszać dopływ gazu do komory spalania w celu zmniejszenia temperatury
gazów wylotowych do około 600 OC.
2. Wcisnąć przycisk szybkiego odcięcia przepływu gazu do turbiny (5)
3. Należy ustawić przepustnicę (8) w pozycji On i włączyć wentylator startowy
przyciskiem (7) w celu schłodzenia układu i przedmuchania instalacji.
Okres chłodzenia około 2 - 3 min.
4. Zamknąć główny zawór gazu (2) i wyłączyć urządzenie
z wyłącznika główny (10).
5. Przebieg ćwiczenia  pomiary
5.2. Wpływu zmiany ilości podawanego paliwa na parametry pracy turbiny gazowej w
układzie silnika odrzutowego
Zadaniem ćwiczenia jest wyznaczenie podstawowych wielkości charakteryzujących
turbinę gazową w tj. ciąg, sprawność cieplna, sprawność teoretyczna obiegu idealnego
turbiny gazowej moc sprężarki, moc turbiny, i innych zależności od ilości podawanego
paliwa do komory spalania. Pomiar realizowany będzie dla 5 różnych strumieni gazu.
Numer pomiaru
1 2 3 4 5
Przepływ gazu mg
[g/s]
Temperatura gazu
TG [C0]
Temperatura
powietrza przed
wlotem do sprężarki
T1 [C0]
Ciśnienie powietrza
przed wlotem do
sprężarki p1 [bar]
Wartość entalpii h1
[kJ/kg]
Temperatura
powietrza
wylotowego z
sprężarki T2 [C0]
Ciśnienie powietrza
wylotowego z
sprężarki p2 [bar]
Wartość entalpii h2
[kJ/kg]
Wartość entalpii h2s
[kJ/kg]
Strata ciśnienia w
21
komorze spalania
p2-p3 [mbar]
Temperatura gazu
przed wlotem do
turbiny T3 [C0]
Ciśnienie gazu
przed wlotem do
turbiny p3 [bar]
Wartość entalpii h3
[kJ/kg]
Temperatura gazu
przed wlotem do
dyszy T4 [C0]
Ciśnienie gazu
przed wlotem do
dyszy p4 [bar]
Wartość entalpii h4_2
[kJ/kg]
Przepływ powietrza
ma [dm3/s]
Przepływ powietrza
ma[kg/s]
Prędkość obrotowa
turbiny napędzającej
sprężarkę n1 [1/min]
Ciąg S [N]
Wielkości charakteryzujące turbinę gazową pracującą w
układzie silnika odrzutowego
Sprawność
teoretyczną obiegu
idealnego�
�
�
�
[%]wzór(8)
Sprawność cieplna
� [%] wzór(9)
�
�
�
Moc przekazywana
do gazu przez
sprężarkę Pt [W]
wzór(10)
Moc przekazywana
od gazu w turbinie
gazowej do napędu
sprężarki PGT [W]
wzór(11)
Sprawność
turbosprężarki �
�
�
�
[%] wzór(12)
Izentropowa
sprawność sprężarki
� , , [%]wzór(13)
�
�
�
22
Jednostkowe zużycie
paliwa w turbinie
gazowej w układzie
silnika be [kg/kWh]
wzór(14)
5.3. Opracowanie wyników
Grupa ćwiczeniowa dostaje wyniki w formie danych cyfrowych celem
zaimportowania do programu umożliwiającego ich dalszą obróbkę np. MS Excel, Matlab.
Opracowanie graficzne powinno zawierać:
" Tabele z punktu 5.1 z wprowadzonymi wartościami
" Porównanie na jednym wykresie wyników obliczeń wielkości charakteryzujące
turbinę gazową z punktu 5.2 (� , � , � , � , , , odniesione do mg ) celem
� � � �
� � � �
� � � �
pokazania wpływu zmiany zużycia gazu na ich wartości.
" Przedstawieni na jednym wykresie wpływu ilości podawanego paliwa na mg
na ciąg S
" Porównanie na jednym wykresie wyników obliczeń wielkości charakteryzujące
turbinę gazową z punktu 5.2 ( Pt, PGT, odniesione do mg)celem pokazania
wpływu zmiany zużycia gazu na ich wartości.
" Przedstawieni na jednym wykresie sprawności teoretycznej � odniesionej do
�
�
�
(=p2/p1
(
(
(
" Przedstawieni na jednym wykresie wpływu mg na be
" Przedstawieni na jednym wykresie wpływu zmiany temperatury T3 na
sprawności teoretycznej �
�
�
�
5.4. Sprawozdanie
Sprawozdanie wykonane odręcznie bądz
komputerowo w grupach 3 osobowych, powinno
zawierać:
" Tabelę informacyjną (zgodnie z załącznikiem do instrukcji),
" Cel ćwiczenia,
" Schemat stanowiska pomiarowego,
" Opracowanie wyników pomiarów zgodnie z wytycznymi punktem 5.3,
" Wnioski wynikające z przeprowadzonego ćwiczenia (interpretacja wykresów, danych,
własne uwagi i spostrzeżenia)
Literatura:
1. Gnutek Z., Kordylewski W.: Maszynoznawstwo energetyczne, Oficyna Wyd. Pol. Wrocławskiej, 2003
2. Chmielniak T.: Maszyny Przepływowe, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 1997
3. Gundlach E.: Podstawy maszyn przepływowych i ich systemów energetycznych, WNT, Warszawa, 2007
4. Górski J.: Turbiny parowe i gazowe, w: Energetyka Cieplna  Poradnik, Wyd. TARBONUS, Kraków, 2008
5. Chodkiewicz .: Ćwiczenia projektowe z turbin cieplnych (+CD), WNT, Warszawa, 2008
6. Perycz S.: Turbiny parowe i gazowe, Ser.: Maszyny Przepływowe t.10, Wyd. PAN, Wrocław, 1992
7. Dixon S.L., Hall C.A.: Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery. Elsevier, Oxford, 2010
23