ガスタービンについて知っておくべきこと

ガスタービンは 1939 年から発電に使用されています。今日では、最も広く使用されている発電技術の 1 つです。ガスタービンは、空気と燃料の混合物がタービンを回転させて電力を生成する高温ガスを生成できるようにする内燃 (IC) エンジンとして知られています。このプロセスは、ジェット エンジン、自動車の内燃機関、船舶、機関車などで一般的です。

今日は、ガスタービンの定義、アプリケーション、機能、コンポーネント、図、タイプ、および動作原理を知ることができます。また、このガスタービンの長所と短所についても知ることができます。

ガスタービンとは?

ガスタービンは、燃料（天然ガスなどの燃料）の化学エネルギーを機械エネルギーに変換する機械装置です。タービン シャフトによって生成された機械エネルギーは、ギアボックスを介して発電機のシャフトに伝達されます。このようにして、電力が生成される。ガスタービンは、燃料のためではなく、燃料の燃焼中に高温のガスが生成されるため、その名前が付けられています。燃料油、天然ガス、合成燃料など、さまざまな燃料を利用できます。そのプロセスでは、燃焼は断続的に発生します。つまり、連続プロセスです。

ガスタービンは燃焼タービンとも呼ばれ、連続内燃エンジンの一種です。その主な機能要素には、上流の回転ガス圧縮機、燃焼器、圧縮機と同じシャフト上の下流のタービンが含まれます。コンポーネントは、効率を高め、電力を機械的または電気的な形式に変換するために、ガスタービンでよく使用されます。また、アフターバーナー エンジンでより大きな推力対重量比を達成するのにも役立ちます。

また、ガスタービンは、ガスを作動流体としてタービンを回転させる内燃機関とも言えます。最終出力は、発電機ポンプ、プロペラ、または純粋なジェット航空機エンジンの場合に使用できます。

ガスタービンの応用

ガス タービンは、航空機、列車、船舶、発電機、ポンプ、ガス圧縮機、タンクなどに動力を供給するために使用できます。次に、ガス タービンのさまざまな用途について詳しく見ていきましょう。

• 発電 – 航空以外の電力産業では、ガス タービンが広く利用されています。蒸気タービンも使用できますが。
• 産業用途
• 船舶推進
• 機関車推進
• 自動車推進

ガス タービン エンジンは、中規模の「ピーク負荷」プラントとして使用され、電気システムの高電力需要の短い期間に断続的に稼働します。

ガス タービンは、パイプラインを通じて天然ガスをポンプで送り出すために使用され、ポンプで送り出されたガスのごく一部がタービン燃料として使用されます。

石油精製工程でもこのシステムを利用しています。遠心圧縮機を備えた小型のポータブル ガス タービンは、ポンプの操作に使用されます。

注意 :ガス タービンの主な機能は、機械的および電力を生成することです。

ガスタービンの部品

以下は、ガスタービンのコンポーネントです:

コンプレッサー:

ガスタービンの構成部品として使用される圧縮機にはさまざまな種類があり、初期のものは遠心圧縮機を採用していました。そのデザインは比較的シンプルで安価です。それらは低圧比に限定されており、効率に関しては最新の軸流コンプレッサーと比較することはできません。遠心圧縮機は、今日でも小規模な産業用ユニットで使用されています。

燃焼室:

このシステムでは、コンプレッサーから来る 2 つの空気の流れがあります。小さいストリームは、乱流を生成する障害物によって所定の位置に保たれた火炎で霧化された燃料が噴射され、燃焼される領域に中央に供給されます。より冷たい流れとして知られているもう一方の流れは、「燃焼ライナー」（シェルの一種）と一緒に穴を通ってチャンバーに供給されます。これにより、タービン入口に適したレベルまで全体の温度を下げることができます。

タービン:

これらのガス タービン コンポーネントは、通常、高温ガスが最大 8 段まで膨張する反応原理に基づいています。 1 つまたは 2 つのスプールのタービンを使用します。このタービンでは、外部負荷が駆動され、膨張の一部が高圧タービンで発生します。この高圧タービンは圧縮機のみを駆動し、残りの膨張は負荷に接続された別のフリー タービンで行われます。

制御と起動:

発電機を駆動するガスタービンエンジンでは、速度を制御する必要があり、電気負荷に関係なく一定でなければなりません。このシステムの燃料流量を減らすと、燃焼室の出口温度が下がります。このため、タービン効率がわずかに低下しても、タービンで利用できるエンタルピーの低下が生じます。航空機のガス タービン エンジンの制御は、制御がより困難です。

その他の設計上の考慮事項:

最新のガス タービン エンジンの設計では、効率を向上させるために余分な機能部品が追加される場合があります。

ガスタービンエンジンの図:

ガスタービンの種類

以下は、さまざまなタイプのガスタービンです:

ターボジェット:

これらのタイプのガス タービンは、すべての航空機タービン エンジンほど複雑ではありません。その動作では、コンプレッサー、燃焼室タービンセクション、および排気の4つのセクションが達成されます。ターボジェットは、第二次世界大戦前にドイツとイギリスで開発され、数十年にわたって利用されてきました。ターボジェットタイプのガスタービンでは、空気が高速で燃焼室に送られます。このチャンバーには燃料が入り、点火器が含まれています。タービンは、加速された排気ガスから押し出される膨張する空気によって駆動されます。

ターボプロップ:

ターボプロップ タイプのガス タービン エンジンでは、減速ギアを介してプロペラが駆動され、低速の rpm 速度で最適なプロペラ性能が得られます。これにより、低対気速度での燃料効率と性能が向上し、ターボプロップは、小型の通勤機、貨物機、農業用などの航空機エンジンにより適した選択肢となります。プロペラは、航空機の速度が上がると効率が低下するため、高速で移動しない飛行機に適していることに注意してください。

ターボファン:

ターボファンは、燃焼室の周りの空気の二次流れを迂回させ、追加の信頼を生み出す航空機用タービン エンジンです。ターボファン タイプのガス タービン エンジンは、高速輸送機や戦闘機に見られる最新のバージョンです。

ターボシャフト (アフターバーナー ターボジェット):

これらのタイプのガスタービンエンジンは、主に戦闘機で使用されています。コア ターボジェットにアフターバーナーが含まれているため、排気からのエネルギーの一部をタービンの回転に使用できます。アフターバーナーがオンになっているときはいつでも追加の燃料が排気流に噴射され、追加の推力が生成されます。これにより航空機の速度が向上することはなく、従来のターボジェット航空機よりも多くの燃料を消費します。

ガスタービンの作動原理

ガスタービンの動作はそれほど複雑ではなく、簡単に理解できます。吸気、圧縮、膨張、排気のサイクルで動作します。通常、ガスタービンでは、空気は圧縮機によって圧縮され、燃焼室を通って駆動されます。燃料を連続燃焼させて高温高圧ガス処理を行います。空気・燃料ガスが燃焼（着火）して膨張することで回転エネルギーが発生し、前段のコンプレッサーで使用されます。残りのエネルギーは出力軸で使用されます。

ガス タービンの動作について詳しくは、以下をご覧ください。

https://www.youtube.com/watch?v=t7N1kKz5faM

いくつかのステップで、ガスタービンがどのように発電するかを説明します。まあ、それは上記と同じプロセスを経ますが、それでも電気がどのように作られるかを明らかにする必要があります.電気を発生させるために、ガスタービンは空気と燃料の混合物を非常に高温で加熱し、タービンブレードを回転させます。回転するタービンは、エネルギーを電気に変換する発電機を駆動します。非常に効率的な電力を生成するために、コンバインド サイクル発電所でガス タービンを蒸気タービンと組み合わせることができます。簡単ですよね！手順は次のとおりです:

• 混合気の点火
• 高温のガスがタービン ブレードを回転させます。
• ドライブシャフトはブレードと一緒に回転します。
• タービンの回転が発電機に電力を供給します。
• 発電機の磁石が電子を移動させ、電気を発生させます。

ガスタービンのメリットとデメリット

利点:

以下は、さまざまな用途におけるガス タービン エンジンの利点です。

• レシプロ エンジンと比較して、出力重量比が非常に高い
• 同じ定格出力のほとんどのレシプロ エンジンよりも小さい
• 可動部分が少ない
• メインシャフトのスムーズな回転
• レシプロ エンジンよりも振動が少ない
• 廃熱はほぼ完全に排気で放散されます。
• レシプロ エンジンのピーク燃焼圧が低い
• 潤滑油のコストと消費量が少ない
• さまざまな燃料を操作に使用できます。
• 開始後のウォームアップは不要です。
• 初期費用が安くなります。
• 省スペース

短所:

ガスタービンエンジンの優れた利点にもかかわらず、いくつかの制限が依然として存在します。以下は、さまざまな用途におけるガスタービンの欠点です。

• エキゾチックな素材を使用しているため、エンジンのコストが高くなります。
• より長い起動時間
• 電力需要の変化に対する反応が鈍い
• 固有の効率が低下します。

結論

ガスタービンエンジンは航空用途で広く知られています。実際、上記のさまざまなタイプのタービンが航空で使用されています。ガスタービンは、ほとんどの状況で優れた利点を提供し、その動作に化学エネルギーを使用します。以上で、ガスタービンの定義、アプリケーション、機能、コンポーネント、図、タイプ、および動作について説明したこの記事は終わりです。また、その長所と短所についても説明しました。

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