Gasna turbina

Princip rada gasne turbine

Delovi gasne turbine

Procesna shema gasne turbine

Gasna turbina je rotaciona mašina koju pokreće energija toka gasa proizvedenog sagorevanjem goriva. Na prednjem kraju gasne turbine se nalazi kompresor a na zadnjem se nalazi turbina dok se između nalaze komore za sagorevanje.

Naziv gasna turbina ne podrazumeva da je gorivo koje koristi gas, ali može da bude. Gasna turbina se najčešće kategoriše kao mašina sa unutrašnjim sagorevanjem a postoje i izvedbe koje spadaju u kategoriju sa spoljašnjim sagorevanjem.

Istorija

Patent za gasnu turbinu kakva se danas koristi registrovao je Englez, Ser Frenk Vitl 1930. godine. Tok istorije razvoja gasne turbine:

• 1791. - prvi patent gasne turbine u Engleskoj registrovao je Džon Barber, ali nikada nije napravljen prototip.
• 1903. - Norvežanin Egidius Eling je napravio prvu gasnu turbinu koja je bila sposobna da proizvede više energije nego što je bilo potrebno za pokretanje njenih sopstvenih elemenata, snage 11 KS. Njegov rad je kasnije koristio Frenk Vitl za svoju turbinu.
• 1904. - neuspešan projekat, Franc Štolcera u Berlinu (prvi aksijalni kompresor).
• 1906. - gasna turbina razvijena u Francuskoj (centrifugalni kompresor, nije davala korisnu snagu).
• 1910. - prva gasna turbina sa sagorevanjem sa prekidima koju je razvio Holcvart snage 150 kW.
• 1913. - Nikola Tesla je patentirao Teslinu turbinu čiji rad se zasnivao na efektu graničnih slojeva strujanja fluida.
• 1914. - nepotpuni patent za gasnu turbinu koju je prijavio Čarls Kertis.
• 1920. - dr Grifit je razvio praktičnu teoriju koja se mogla primeniti na razvoju turbina o protoku gasa preko aerodinamičkog profila krila.
• 1923. - razvijen je prvi turbo punjač na izduvne gasove za povećanje snage dizel-motora.
• 1930. - Ser Frenk Vitl patentirao je svoju turbinu za mlazni pogon letelice, zasnovanu na radovima ranijih istraživača. Prvi uspešan test izveden je 1937. godine.
• 1934. - Raul Pateras de Peskara patentirao je mašinu sa slobodnim klipovima - generator gasa za gasnu turbinu.
• 1936. - Hans fon Ohain i Maks Han u Nemačkoj razvili patent sličan Vitlovom.
• 1939. - prva gasna turbina proizvedena za pogon generatora električne struje proizvedena je Braun Bovli kompaniji u Nešatelu, Švajcarska.

Tehnički opis

Gasna turbina radi na principu termodinamičkog ciklusa poznatog kao Brajtonov ciklus. U ovom ciklusu, atmosferski vazduh se komprimuje - sabija, zagreva u komorama za sagorevanje, zatim prolazi ekspanziju u turbini, gde zahvaljujući dodatnoj energiji oslobođenoj iz sagorelog goriva oslobađa više snage nego što je potrebno za pokretanje kompresora, odnosno za prvi deo ciklusa - kompresiju.

Snaga proizvedena ekspanzijom gasa u turbini, a koju dobrim delom troši kompresor, proporcionalna je apsolutnoj temperaturi gasa koji prolazi kroz lopatice turbine. Zbog toga je najefikasnije koristiti gasnu turbinu na najvišim praktično mogućim temperaturama gasa na lopaticama turbine koju omogućuju materijali i tehnologija unutrašnjeg hlađenja lopatica turbine, a istovremeno kompresor treba da usisava vazduh što je moguće niže temperature. Kako je vremenom tehnologija materijala dozvoljavala sve više temperature na ulazu u turbinsko kolo, postizan je sve povoljniji odnos odnos pritiska vazduha na izlazu iz kompresora i temperature vazduha na ulazu u komore za sagorevanje.

Veći pritisci i temperature direktno utiču na veći koeficijent korisnog dejstva i veću specifičnu snagu turbine (odnos težine turbine i izlazne snage). Zbog toga je opšti trend razvoja gasnih turbina stalno usmeren na kombinaciju što viših temperatura i pritisaka. Međutim, to poskupljuje proizvodnju, ali donosi i veću ekonomsku korist kod korišćenja turbine. Savremene industrijske turbine imaju izbalansiran odnos između performansi i cene koji daje maksimalno ekonomičnu mašinu sa aspekta kako proizvođača, tako i korisnika.

Izduvni gasovi gasne turbine imaju vrlo visoke temperature, 450 do 5500 stepeni, a kod najnovijih modela i preko 6500 stepeni. Tako visoke temperature dopuštaju utilizacionu upotrebu izduvnih gasova - u utilizacionim kotlovima za proizvodnju vodene pare, koja se dalje koristi za pogon parne turbine, kao na sledećoj slici, ili za zagrejavanje goriva ili vode za tehnološke potrebe.

Ovaj sistem - kombinacija gasne i utilizacione parne turbine vrlo često se primenjuje, čime se povećava ekonomičnost postrojenja.

Mehanički posmatrano, gasna turbina je manje kompleksan uređaj od klipnih motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Jednostavniji modeli gasnih turbina imaju samo jedan pokretni deo: osovinu, na kojoj se nalaze kompresor i turbina (ovde nije razmatran sistem za napajanje turbine gorivom kao ni uređaji za prenos snage sa turbine na pogonjeni uređaj). Međutim, potrebna preciznost izrade delova i korišćenje legura otpornih na visoke temperature koje su neophodne za postizanje visoke efikasnosti, često čine proizvodnju gasnih turbina, čak i jednostavnijih modela, komplikovanijom od proizvodnje klipnih motora sa unutrašnjim sagorevanjem.

Literatura

• C. Lechner; J. Seume (, ur. (2003). Stationäre Gasturbinen. Berlin: Springer. ISBN 978-3-540-42831-2. 
• W. Bitterlich, S. Ausmeier, U. Lohmann: Gasturbinen und Gasturbinenanlagen. Darstellung und Berechnung. Teubner. . Stuttgart. 2002. ISBN 978-3-519-00384-7. .