Turbíny motoru je rotační termodynamický stroj patří do skupiny spalovacích motorů .
Motor turboshaft by neměl být zaměňován s přeplňovaným motorem, což je pístový motor přeplňovaný turbodmychadlem .
Role turbínového motoru je k výrobě mechanické energie ve formě otáčení hřídele , přímo z kinetické energie plynů produkovaných spalováním uhlovodíku ( topný olej , palivo plyn , apod. ), Které procházejí expanze v turbíně . Okysličovadla , nejčastěji okolního vzduchu, je obecně stlačen před vstupem do spalovací komory , za použití rotační kompresor poháněný stejném hřídeli jako turbíny. Ten druhý může být axiálního typu , s několika stupni kompresorů uspořádaných jeden po druhém na ose nebo odstředivým , o velkém průměru a vytlačujících stlačený vzduch z konců.
Pojem „turbínový motor“ je označení hlavní skupiny, která sdružuje všechny systémy pracující podle tohoto základního principu: stupně rotoru pro kompresi, spalovací komora, potom expanze plynu ve stupních turbíny, ve výfukových plynech. Z této rodiny jsou následující: plynové turbíny , proudové motory , turbovrtulové motory , turbogenerátory na stlačený vzduch atd.
Ne všechny turbínové motory jsou plynové turbíny , ale plynové turbíny patří do této velké rodiny. O „plynové turbíně“ nemluvíme, jen když je typu „ dvojitá hřídel “ . Jsou popsány dva typy turbínových motorů: turbínové motory „s volnou turbínou “ a „spojené turbíny “ s turbínovými motory .
Použití turbínového motoru přesně určuje, o jaký typ jde: proudový, turbovrtulový atd.
Plynová turbína pracuje na základním principu turbínového motoru . Především se snažíme dosáhnout rychlé rotace osy pohánějící pohyblivé části s poměrně velkým točivým momentem. Sestavy, které jsou spojeny s těmito motory, jsou velmi rozmanitých typů: lopatky vrtulníku, elektrický generátor, ozubená kola atd. Většina vyrobené energie se přenáší na hřídel přenosu síly (mluvíme také o pomocném náhonu nebo o pomocném náhonu ). Pouze malé procento této energie se spotřebuje na provoz samotného motoru. Vzhledem k tomu, že rozbíhající se část výfukového plynu je otevřená, nevzniká při spalování plynné směsi téměř žádný tah. Výkon plynové turbíny se měří primárně ve wattech nebo koňských silách .
Turbojet spoléhá především na náhlé akceleraci velkého množství plynu vytvořit tah. Za tímto účelem je divergentní vytlačování spalin utaženo, aby se vytvořilo zrychlení hmoty spalin. Podíl energie věnovaný rotaci kompresních stupňů je jen malý, ve srovnání s tím, který se rozptýlí na výstupu. Síla těchto strojů je obvykle vyjádřena v kilogramech tahu (kgp), protože právě jejich tah je nejdůležitější charakteristikou těchto motorů.
Turbovrtulový motor je velmi podobná jako u plynové turbíny, s tím rozdílem, že přenos sil se provádí na hnací vrtule, umístěné ve stejné ose jako motor, na rozdíl od vrtulníku plynové turbíny, jehož rotace viz jejich orientace modifikován hlavní převodová skříň (MGB). Jediná hnací síla se získá nastavením otáčení hnací vrtule. Podle jejich provozu, turbovrtulové motory jsou velmi podobné proudové motory komerčních letadel, protože na druhé, většina tah vyrábí se získá ventilátoru, obecně až do 3 / 4 . Zjednodušeně řečeno, lze turbovrtulový motor popsat jako téměř turbofan bez kapotáže kolem jeho ventilátoru, s tím rozdílem, že u druhého z nich spaliny přispívají asi 30% k produkci tahu celku.
Tento systém umožňuje vytvářet velké množství stlačeného vzduchu, například pro průmyslové účely. Obvykle se vzduch odebírá z prvních stupňů kompresoru motoru.
Vrtulníky používají plynové turbíny, ale velmi často se objevuje také pojem „turbínový motor “ . Motory jsou navíc označeny hlavně zkratkou „GTM“ , což znamená „TurboMotor Group“ .
V případě motorů s volnou turbínou, jako jsou dva Turbomeca Arriel vybavené francouzským vrtulníkem Dauphin , pohání vysokotlaká turbína kompresor motoru, zatímco druhá turbína, nazývaná „nízký tlak“ , je spojena s převodovkou. Hlavní převodová skříň (BTP), která snižuje rychlost otáčení sestavy na vhodnou rychlost před přenosem sil na hlavní rotor vrtulníku ( 380 ot / min, například v případě „vrtulníku Gazelle“ ). O těchto motorech se říká, že jsou „dvojité hřídele“ .
V případě turbínových motorů se spojenými turbínami, jako je Astazou vybavující vrtulník Gazelle , jsou všechny stupně kompresoru nebo turbíny připojeny k jedné hřídeli. Tyto motory se nazývají „jeden hřídel“ . Celá sestava motoru je svou osou přímo spojena s hlavní převodovkou.
První uspořádání, i když je složitější, umožňuje lepší provoz při částečném a proměnlivém zatížení, což je obecně případ motorů určených k pohonu vrtulníků. Z těchto důvodů většina současných zařízení již není vybavena plynovými turbínami s dvojitým hřídelem. V každém případě téměř veškerá vyrobená energie je použita v převodových hřídelích a malá část je rozptýlena ve formě plynového výboje jen několika newtonů. Na tuto nevýznamnou část vyrobené energie lze snadno reagovat konstrukcí vrtulníku a jeho centrováním hmotnosti.
Bylo by mylné si myslet, že tomuto slabému tahu čelí orientace rozbíhající se části, protože evakuace horkých plynů je směrována k hlavnímu rotoru hlavně na vojenských vrtulnících, takže míchání vzduchu generované hlavním rotorem vytváří horký jev ředění plynu. Tento trik umožňuje snížit „tepelný odpor“ produkovaný vrtulníkem, a proto snižuje riziko jeho zničení raketou země-vzduch vedenou infračerveným paprskem .
Také označované jako „APU“ , u pomocné energetické jednotky jsou pomocné energetické jednotky (GAP) malé plynové turbíny, jejichž účelem je vyrábět energii na palubě letadla (letadla nebo jiných) včetně hlavních motorů. Tato energie je v zásadě elektrická, ale týká se také hydraulického tlaku, okruhů stlačeného vzduchu, klimatizace na palubě atd.
APU obecně umožňují získat veškerou potřebnou energii, aniž by bylo nutné spouštět hlavní motory zařízení (ke kterým jsou připojeny generátory), jejichž provoz vyžaduje nákladnou údržbu a jejichž spotřeba při volnoběhu je nízká. důležité ve vztahu k práci, která se od nich vyžaduje. V případě použití v letadle, pokud je provoz těchto strojů normální, když je letadlo na zemi, se také očekává, že budou v případě poruchy motoru rychle spuštěny za letu, aby bylo možné poskytnout energii letadla, i když je zbavena hlavního zdroje.
Pokud během spouštění motoru není letadlo připojeno k parkovací jednotce (přívěsu vybavenému velkým generátorem ), musí letadlo nejprve nastartovat APU, aby bylo možné získat energii. Dostatek elektrické energie pro spuštění reaktory. Baterie zařízení jsou skutečně příliš slabé na to, aby tuto roli mohly plnit.
Mnoho lodí, hlavně válečných, používá k pohonu turbínové motory, zejména rychlé lodě. Ve skutečnosti je poměr hmotnosti a výkonu turbínového motoru pro loď obzvláště výhodný, protože zabírá málo místa a může produkovat značnou energii. Na druhou stranu je spotřeba těchto motorů tak vysoká, že se spouští pouze tehdy, když je skutečně potřeba, obecně když musí loď provést „výbuch rychlosti“, aby unikla nepříteli nebo se rychle dostala do oblasti operací.
Je jím vybaveno mnoho francouzských fregat, například třídy Aquitaine . Některé závodní lodě, které jsou velmi lehké a mohou překročit 100 uzlů , jsou také vybaveny jednou nebo dokonce dvěma plynovými turbínami.
Mnoho elektráren využívá plynové turbíny připojené k obrovským alternátorům produkujícím požadovaný proud. Často tedy hovoříme o „turbogenerátorech“ nebo „turboalternátorech“ , které jsou často zásobovány zemním plynem . V případě plynovodů nebo ropovodů pohání tyto plynové turbíny čerpadla nebo kompresory. Zájem těchto strojů o tento typ průmyslu vyplývá z jejich relativní jednoduchosti konstrukce a údržby, zatímco jejich uvádění do provozu je velmi rychlé, zejména ve srovnání s jadernými , větrnými nebo vodními elektrárnami , z nichž doba výstavby a získávání produktivních kapacita je extrémně dlouhá (minimálně několik měsíců).
Díky konstantní provozní rychlosti a vyššímu zatížení jsou propojené turbíny obzvláště vhodné pro výrobu elektrického proudu, zatímco ropovody a plynovody jsou častěji spojovány s motory s volnými turbínami, protože jsou často vystaveny mnoha změnám v provozních režimech.
V 60. letech bylo několik vzácných automobilů, převážně amerických , vybaveno plynovými turbínami. Tyto vozy, které jsou určeny pro automobilové závody ( Howmet TX ) nebo jednoduše pro experimentování s novými technologiemi ( Chrysler Turbine Car , Fiat Turbina ...), se ukázaly jako obecně spolehlivé, přestože jsou extrémně chamtivé a někdy vrtošivé.
Myšlenka netrvala příliš dlouho, technologie turbín byla mnohem složitější než u konvenčních pístových motorů a estetika vozidel, stejně jako produkovaný hluk a potíže s jejich řízením, které definitivně upustily od tento způsob pohonu. Překvapivý charakteristikou těchto motorů pochází z jejich schopnost spalovat jen o něco tak dlouho, jak to bylo z hořlavých materiálů: benzín, nafta, rostlinný olej, topný olej, alkohol, dokonce Chanel N o 5 . Na druhé straně měli velkou chybu v tom, že nepodporovali benzín čerpací stanice, protože olovo, které obsahovalo, rychle poškodilo motor kvůli usazeninám, které vytvářelo při spalování.
V dnešní době jen několik extrémně vzácných předváděcí vozyjsou vybaveny turbohřídelovými motory. Tyto vozy nebo nákladní automobily se obvykle předvádějí během tuningových schůzek nebo v určité dny na tratiběží (táhnout závody).
Thrust SSC , se dvěma proudovými motory Rolls-Royce Spey , drží světový rekord v rychlosti na Zemi: Mach 1,02 nebo 1206 km / h .
Traktor tahání je sport, který zahrnuje tažení masovou proměnnou přívěsu tak daleko, jak je to možné. Použité traktory, značně upravené, obvykle používají pístové motory, ale někdy také plynové turbíny.
Velmi oblíbenou turbínou v tomto prostředí je Rolls-Royce Gnome (T58), který se také nachází v některých závodních lodích ( rychlostních člunech ).
Některé modely, obvykle velmi drahé, jsou poháněny malými reaktory nebo plynovou turbínou. Jedná se o modely letadel i vrtulníků či lodí. Tyto stroje mají obecně poměrně omezenou samostatnost, kvůli vysoké spotřebě těchto motorů a malé velikosti jejich nádrží.
1967 STP Oil Treatement Special, závodní auto s plynovou turbínou vystavené v Síni slávy Indianapolis 500 Motor Speedway .
Reaktor DeHavilland Goblin, vidět v řezu. Mnoho modelových motorů je zmenšenou kopií této staré základní konstrukce motoru.
Průhledný pohled na turbínový motor Turbomeca Arriel , z nichž dva jsou namontovány na francouzský vrtulník Sud-Aviation SA365 Dauphin .
Tento stahovák je vybaven čtyřmi plynovými turbínami. Někteří účastníci mistrovství tahání tahačů mají stroje o výkonu více než 12 000 koní .