Plynová turbína

Plynová turbína je tepelný stroj, ktorý premieňa tepelnú energiu plynov na mechanickú prácu. Pracovnou látkou sú ohriate plyny alebo spaliny vznikajúce v iných strojoch, privedené do plynovej turbíny. Plyny pri prechode turbínou odovzdávajú jej lopatkám svoju kinetickú energiu.

Rez turbodúchadlom. Červeno označená časť vľavo je radiálna plynová turbína

Rozdelenie plynových turbín

Podľa spôsobu prívodu pracovných plynov sa turbíny rozdeľujú na:

• izobarické, alebo rovnotlakové keď pracovný plyn do turbíny vstupuje pri približne konštantnom tlaku. Zjednodušený teoretický model popisuje Eriksonov-Braytonov cyklus
• izochorické, alebo rovnoobjemové, impulzové keď pracovný plyn do turbíny vstupuje v nárazových dávkach. Zjednodušený teoretický model popisuje Humphreyov cyklus

Konštrukčné riešenia

Podľa smeru prúdenia plynov v turbíne sa turbíny rozlišujú na:

• axiálne - plyny prúdia približne rovnobežne s osou otáčania turbíny.
• radiálne - plyny prúdia kolmo na os turbíny.

Pri spojení viacerých turbín za sebou hovoríme o viacstupňových turbínach, pričom jedno obežné koleso tvorí jeden stupeň. Každý stupeň má v tomto prípade odlišné charakteristiky lopatiek, pretože do nich vstupujú plyny s inými parametrami. Smerom k vyšším stupňom klesá tlak aj teplota plynov úmerne už odovzdanej mechanickej práci v predošlých stupňoch.

Vlastnosti plynových turbín

Vlastosti sú podobné vlastnostiam spaľovacích turbín. Majú nasledovné výhody:

• vysoká pravidelnosť chodu a malá nevyváženosť
• nízka výkonová hmotnosť
• lepší priebeh točivého momentu z hľadiska trakčných požiadaviek
• schopnosť spracovávať nízke teplotné a tlakové spády, často inak nevyužiteľné,

ale aj nevýhody:

• nízka účinnosť z dôvodu nízkych teplotných spádov - 700 °C, krátkodobo 1400 °C
• malé akceleračné schopnosti
• vysoké tepelné namáhanie lopatiek a z toho vyplývajúca nízka životnosť
• vyššia hlučnosť

Využitie plynových turbín

Turbína turbodúchadla

Typickým príkladom plynovej turbíny pre malé výkony je turbína turbodúchadla spaľovacieho motora, ktorá využíva energiu jeho výfukových plynov. Ak by medzi pracovnými valcami motora a turbínou bol dostatočne veľký zásobník v ktorom by sa ustálili hodnoty tlaku a teploty spalín, turbína by pracovala ako rovnotlaková. V praktických aplikáciách športových automobilových motorov však prichádzajú plyny vo forme krátkych tlakových impulzov podľa toho, ako sa otvárajú výfukové ventily jednotlivých valcov. Preto turbína pracuje ako impulzová. Na zlepšenie účinku tlakového impulzu sa dokonca výfukové potrubia športových motorov ladia a spájajú pred turbínou do vetiev podľa počtu valcov a poradia ich pracovných cyklov.

Parná turbína

Parná turbína je typickým príkladom plynovej turbíny pre veľké výkony. Používa sa ako pohon generátorov v tepelných a jadrových elektrárňach. Pracovným plynom je prehriata vodná para, ktorej ohrev zabezpečuje spaľovanie palív, alebo priebeh jadrovej reakcie. Turbína pracuje pri svojich optimálnych podmienkach ako rovnotlaková.

Zdroje

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