8 (1456)

w t19i t. Anglik John Barber. Wynalazek ten wyprzedza o blisko 100 lat patenty motorów spalinowych tłokowych (Otto — 1876 r., Diesel — 1897 t.) btRz o ponad 100 lat pierwsze sprawdzone w praktyce patenty turbin parowych de Lazala I Panonia. Wyprzedza on również podstawowe prace t zakresu termodynamiki, zaprezentowane przez Carnota w 1824 r.

techniczna realizacja turbiny gazowej była jednak przez dłuższy czas niemożliwa t. uwagi na niedostateczną znajomość mechaniki płynów, co nie pozwalało na zbudowanie kompresora o wystarczająco wysokiej sprawności. Dodatkową barierę stanowił brak odpowiednich żaroodpornych materiałów, utrudniający zastosowanie wysokiej temperatury górnej obiegu. Przy tych ograniczeniach nie było szans zbudowania zespołu turbogazowego o sprawności ogólnej większej od zera, a więc zdolnego do działania. Dopiero postęp aemmechanikl i wynalazek kompresora osiowego wraz z osiągnięciami metalurgii doprowadziły do pierwszej udanej konstrukcji przemysłowej, wyprodukowanej przez szwajcarską firmę Brown Boveri w 1937 r. Cykl „od pomysłu do przemysłu” trwał ponad ISO lat, ale zakończył się sukcesem, o jakim nie mogli marzyć wynalazcy.

Rozwój turbin gazowych rozpoczął się 50 lat później niż turbin parowych. .lak dotychczas, siłownie turbogazowe wykazują mniejszą sprawność ogólną (tj. większe zużycie paliwa; od bloków parowo-turbinowych, przez to zastosowanie turbin gazowych jest racjonalne tam, gdzie Ich niższa cena i mniejsze gabaryty bądź warunki paliwowe lub lokalizacja (np. brak wody) są czynnikami decydującymi.

W wielu przypadkach turbiny gazowe okazują się bardziej ekonomiczne, lżejsze I elastyczniejsze ruchowo w porównaniu z innymi silnikami. W krótkim czasie zrewolucjonizowały one lotnictwo. Dzięki dużej koncentracji mocy (mały ciężar, małe gabaryty) nie mają turbiny gazowe konkurencji w nowoczesnych samolotach transportowych i wojskowych. Silniki te instaluje się w trakcji kołowej (lokomotywy, samochody itp.), na okrętach, a także do napędu generatorów elektrycznych i maszyn roboczych.

Pamiętać przy tym należy, że turbiny gazowe jako najmłodsze z rodziny silników cieplnych mają potencjalnie największe możliwości poprawy wskaźników sprawnościowych i ulepszeń konstrukcyjnych. Główny kierunek rozwoju tych maszyn polega na obniżaniu jednostkowego zużycia paliwa przez Stosowanie coraz wyższej temperatury górnej obiegu; jej granicą teoretyczną jest, bardzo jeszcze odległa, temperatura spalania stechiometrycznego.

2. Podstawowe pojęcia i definicje, zasada prr^y turbiny cieplnej

Zasada działania turbiny cieplnej polega na zamianie energii cieplnej czynnika gazowego najpierw na energię kinetyczną, a następnie na pracę mechaniczną:

energia cieplne -* energia kinetyczna -* praca

Odpowiednio do tego w skład turbiny wchodzą:

-    elementy ekspansyjne, w których zachodzi przemiana energii cieplnej czynnika na energię kinetyczną oraz

-    łopatki wirnikowe lub „łopatki pracujące", gdzie energia kinetyczna gazu zamienia się na pracę.

Przyrządy ekspansyjne, zwane dyszami albo kierownicami, połączone są konstrukcyjnie z nieruchomym korpusem turbiny. Łopatki wirnikowe stanowią część wirnika, wykonującego ruch obrotowy.

Stopień turbiny określamy jako jeden zespół obejmujący wieniec przyrządów ekspansyjnych (wieniec kierowniczy) plus wieniec łopatek wirnikowych lub „łopatek pracujących".

Na ogół buduje się turbiny wielostopniowe, składające się z pewnej liczby stopni umieszczonych szeregowo. Turbiny jednostopniowe należą do wyjątków.

Turbiny buduje się przeważnie jako tzw. turbiny o przepływie osiowym, w skrócie turbiny osiowe. Gaz przepływa przez układ łopatkowy w kierunku osiowym, odchylając się w kierunku obwodowym. Składowe

Ry, U    stopnia turbiny osiowej (stopie osiowy); « _ _{d (larcza kierov;nicM)}

b - łopatki wirnikowe (wieniec wirnikowy), c - Ło.pm turbiny, d ¹ wirnik, m - * rumień czynnika przepływającego w .lopmu, f„ ». - podzialka łopatek kierowniczych, wirnikowych