Principe d'opération Turbine à gaz

Dans un idéal gcomme turbine, Les gaz subissent quatre processus thermodynamiques: compression isentropique, combustion isobare (pression constante), expansion isentropique et rejet de chaleur. Ceux-ci constituent le cycle de Brayton.Dans une turbine à gaz réelle, lorsque le gaz est comprimé (dans un compresseur centrifuge ou axial), l'énergie mécanique est irréversiblement (due à la friction interne et à la turbulence) convertie en pression et énergie thermique. Avec une chaleur accrue dans la chambre de combustion, le volume spécifique du gaz augmente tandis que la pression diminue légèrement. Dès l'expansion à travers les passages de stator et de rotor dans la turbine, une conversion énergétique irréversible se produit à nouveau. Inspirez de l'air frais au lieu d'expulser la chaleur.Si le moteur est augmenté d'une turbine électrique pour conduire un générateur industriel ou un rotor d'hélicoptère, la pression de sortie sera aussi proche que possible de la pression d'entrée, laissant juste assez d'énergie pour surmonter la perte de pression dans le conduit d'échappement et expulser l'échappement . Avec un turbopropulseur, il existe un équilibre spécifique entre la puissance de l'hélice et la poussée du jet pour l'opération la plus économique. Le gaz de pression est accéléré à travers la buse pour fournir un jet pour propulser l'avion.Plus le moteur est petit, plus la vitesse de rotation de l'arbre doit être élevée pour atteindre la vitesse de pointe souhaitée. peut réaliser.Pour garder la vitesse de pointe constante, si le diamètre du rotor est réduit de moitié, la vitesse de rotation doit être doublée. Par exemple, un grand moteur à réaction tourne autour de 10 000 à 25 000 tr / min, tandis qu'une microturbine tourne jusqu'à 500 000 tr / min.Mécaniquement, une turbine à gaz est beaucoup plus complexe qu'un moteur de piston à combustion interne.Une turbine simple peut n'avoir qu'une seule partie mobile majeure, l'ensemble de rotor compresseur / arbre / turbine, ainsi que d'autres pièces mobiles du système de carburant. À son tour, cela peut se traduire par des prix. Par exemple, il s'est avéré que le JUMO 004 avait un coût matériel de 10 000 ℛℳ, moins cher que le moteur de piston Junkers 213 à 35 000 ℛℳ [26], et n'a nécessité que 375 heures de faible qualification Travail à terminer (y compris la fabrication, l'assemblage et l'expédition), tandis que BMW 801 contre 1 400.Cependant, cela se traduit également par des inefficacités et une fiabilité. De plus et les vastes conduits externes pour l'air; Ils utilisent des alliages résistants à la température et sont fabriqués à des spécifications exigeantes nécessitant une fabrication de précision. Tous ceux-ci rendent généralement la construction d'une turbine à gaz simple plus complexe qu'un moteur de piston.En outre, pour des performances optimales dans les centrales modernes de turbine à gaz, le gaz doit être préparé en fonction des spécifications précises du carburant. avant d'entrer dans la turbine.Le principal avantage d'un moteur à turbine à gaz est son rapport puissance / poids. Les turbines GAS sont bien adaptées à la propulsion des avions en raison de la grande quantité de travail utile qui peut être produite par un moteur relativement léger.Les roulements de poussée et de journal sont un élément essentiel de la conception. Ce sont des roulements à huile hydrodynamique ou des roulements à roulement refroidis par huile. Les roulements en ameuble sont utilisés dans certaines petites machines telles que les microturbines, et ont également un grand potentiel d'application dans les petites turbines à gaz / unités d'alimentation auxiliaires .

Fluer

Un défi majeur dans la conception de la turbine, en particulier les lames de turbine, est la réduction du fluage causée par les températures et les contraintes élevées subies pendant le fonctionnement. été utilisé pour tenter d'atteindre des performances optimales tout en limitant le fluage, dont les plus réussis sont des revêtements à haute performance et des superalliages monocristaux. .Le revêtement protecteur fournit une isolation thermique à la lame et assure une résistance à l'oxydation et à la corrosion. M est généralement des alliages de fer et / ou de chrome). 200 μm s'est avéré réduire la température de la lame jusqu'à 200 ° C (392 ° F). La couche de liaison a été directement enduit à la surface du substrat par le carburateur, qui avait un double but d'améliorer l'adhésion de la TBC et du La résistance à l'oxydation du substrat. L'aluminium dans la couche de liaison forme AL2O3 à l'interface de la couche de liaison TBC, fournissant une résistance à l'oxydation mais provoquant également des zones d'interdiffusion (ID) médiocres entre lui-même et le substrat. La résistance à l'oxydation l'emporte sur les inconvénients associés à la zone de diamètre intérieur car il augmente la durée de vie de la lame et limite la perte d'efficacité de l'accumulation à l'extérieur de la lame.

Les superalliages à base de nickel ont une résistance plus élevée et une résistance au fluage en raison de leur composition et de leur microstructure qui en résulte. Le nickel gamma (γ) FCC est allié avec de l'aluminium et du titane pour précipiter une phase cohérente cohérente homogène ni3 (al, ti) γ- '(γ'). pour l'initiation de fluage. En outre, γ 'est une phase L12 ordonnée, ce qui rend plus difficile pour les dislocations de le passer. La phase gamma, maintenant ainsi la résistance à la fatigue, la résistance et la résistance au fluage. Le taux de fluage. Bien que les monocristaux aient un fluage faible à des températures élevées, ils ont une limite d'élasticité significative sans réduire la limite d'élasticité à basse température.