Rolul turbinei cu gaz la mașinile de pasageri

13 decembrie 2023, 16:00

În industria auto, ca și în toate celelalte domenii tehnice, există tehnologii tradiționale general acceptate, care au fost folosite de zeci de ani sau secole și există și soluții care nu prea au funcționat, sunt mai puțin cunoscute, dar sunt cu siguranță interesante din punct de vedere tehnic.
Printre acestea din urmă se numără turbina cu gaz. Acest dispozitiv și-a găsit locul în multe alte industrii, dar nu a putut să se răspândească semnificativ în transportul rutier. Cu toate acestea, nu înseamnă că nu au încercat niciodată să pună în aplicare ideea.

Definiție
Similar cu motoarele cu ardere internă, turbina cu gaz este clasificată ca fiind un motor termic. În esență rămâne aceeași: combustibilul este introdus într-un spațiu deschis sau închis unde este ars cu ajutorul oxigenului și este folosită energia arderii.
Până acum, ar putea fi chiar și un motor Otto, dar există diferențe semnificative. Unul dintre acestea este că turbina cu gaz nu funcționează conform ratelor intermitente. Nu întâmplător aceste unități au un nivel extrem de ridicat de respirație, așa că roțile compresorului împing aerul în camerele de ardere cu o presiune enormă.
Tipuri de turbine cu gaz cunoscute în mod obișnuit (1: Motor clasic  cu reacție, 2: Turbină cu gaz cu elice, 3: Turbină cu gaz care furnizează putere arborelui, 4: Turbină cu gaz cu turboventilator (secțiune transversală mare de admisie), 5: Motor cu reacție cu post-arzător (Sursă: www.racseblog.hu)

Probabil cea mai cunoscută este motorul cu reacție. O turbină cu gaz se numește așa dacă forța de reacție care apare în timpul arderii este utilizată la sfârșitul procesului. Prin urmare, creșterea uriașă a volumului de la ardere care vrea să lase capătul motorului în spate va propulsa vehiculul înainte. Motoarele cu reacție pot fi supraîncărcate temporar dacă sunt echipate cu un post-ardere. În termeni foarte simplificați, aceasta este o cameră care oferă un surplus de combustibil ulterior care poate fi folosit pentru a obține în medie 45-50% putere suplimentară.
Cu toate acestea, nu putem genera doar mișcare din forța de reacție cu ajutorul unei turbine cu gaz. Avem și opțiunea de a crea un sistem de antrenare mecanică. Este suficient să ne gândim doar la turbinele folosite în centralele electrice, care antrenează preponderent generatoare, cu angrenaj sau conexiune mecanică directă la arbore (nume complet: turbină cu gaz care asigură puterea arborelui). Mai mult, putem găsi și un exemplu de turbină cu gaz cu elice; în aceste cazuri, mișcarea de rotație poate fi realizată și cu pale de ventilator instalate în calea combustibilului ars.

Prezentare 
Data primei descrieri a principiului turbinelor cu gaz, precum și autorul acesteia ne sunt momentan necunoscute. Primul brevet pentru aceasta i-a fost acordat lui John Barber în 1791. Peste o sută de ani mai târziu, în 1897, inginerul rus P. D. Kusminski a creat prima turbină cu gaz funcțională, care s-a stricat la scurt timp.
În prima jumătate a secolului al XX-lea, nu a fost găsită nicio aplicație care să merite să fie dezvoltată. Câteva au fost înființate în Europa pe o bază experimentală, în scopul producției de energie, dar adevărata descoperire a venit în cel de-al Doilea Război Mondial, odată cu dezvoltarea motorului din Al Doilea Război Mondial.
Până în 1939, Germania avea un motor cu reacție funcțional și până la sfârșitul războiului aproape fiecare putere majoră aflată în război avea unul.

Principiul de funcționare al turbinei cu gaz a vehiculului
Turbina cu gaz cu un singur arbore nu poate fi utilizată pentru a conduce un autovehicul deoarece intervalul său de viteză este prea mare - între 6 000 și 8 000 de rotații pe minut în condiții de ralanti. Dacă turbina funcționează la mai puțin decât viteza ideală de funcționare, cuplul și puterea acesteia scad rapid mult mai drastic decât în cazul motoarelor cu piston cu combustie internă. Se poate observa că această caracteristică este nefavorabilă traficului rutier.
În vehicule, este recomandabil să construiți o turbină cu gaz cu presiune constantă care este formată din două turbine. Unul antrenează doar compresorul, celălalt așa-numita turbină de lucru. Axa acestuia din urmă antrenează roțile mașinii - cu un raport de transmisie adecvat. Caracteristicile cuplului devin semnificativ mai favorabile decât cele ale motoarelor pe benzină și diesel, deoarece cuplul turbinei cu gaz este cel mai mare la pornire - ca urmare, chiar și cutia de viteze ar putea fi omisă.
Pe măsură ce sarcina crește, viteza turbinei de lucru scade, compresorul este antrenat de cealaltă turbină la turație maximă, deoarece cele două turbine nu sunt conectate mecanic. O turbină de lucru transformă energia termică în lucru mecanic, precum motoarele cu piston.

Cu toate acestea, așa cum am menționat deja în descrierea generală, o diferență importantă este compresia și dilatarea, astfel încât arderea este continuă în turbină și ciclică în motorul cu piston.
Pe lângă multe avantaje, există și dezavantaje care merită menționate: problema cel mai des menționată este consumul mare de combustibil.
Combustibilul turbinei cu gaz este distilat, deci kerosen. Pentru ca turbina cu gaz să consume mai puțin, în structură este construit un schimbător de căldură. Deși dimensiunea și greutatea sa sunt mari, utilizarea sa nu este evitată deoarece cu ajutorul ei, o turbină cu gaz cu o putere de aproximativ 110 kW consumă 300-340 grame/kWh de combustibil la sarcină maximă, ceea ce este comparabil cu aceiași parametri ai unui Motor Otto de putere similară.
Ceea ce previne cu adevărat răspândirea turbinei cu gaz pe lângă masa mare este consumul la sarcină parțială. În acest interval, crește semnificativ în comparație cu numărul de motoare cu piston. Transportul rutier se efectuează de obicei la sarcină parțială.
În general, se poate spune că eficiența tuturor motoarelor termice scade dacă scade și temperatura mediului de lucru. Deoarece arderea într-o turbină cu gaz este continuă, este mult mai sensibilă la funcționarea la sarcină parțială decât motoarele cu piston.

Turbine cu gaz pentru autoturisme
Deși nu a existat o epocă în care era probabil să vedem o mașină cu turbină cu gaz pe drum, au existat mai multe încercări.

Turbina Chrysler (Sursă: www.wikipedia.org)

Așa a fost, de exemplu, motorul lui Rover prezentat în 1952 care a fost amplasat în 85, seria Ford de la 704 la 707 și a fost instalat în principal în camioane, MAN MTU 7042, Volkswagen GT 70, în 1963 a prezentat Chrysler Turbine sau Lotus. 56 de turbine cu gaz care concurează în Formula 1 și IndyCar.

Model cu raze X a lui Lotus 56 (Sursă: www.racseblog.hu)

În prezent, nu există nicio mașină de pasageri cu turbină cu gaz în producție, dar o astfel de resursă poate fi găsită și astăzi la vehiculele rutiere, de exemplu în rezervorul M1 Abrams.

Comentarii

Comentariul trebuie sa conțină mai mult de 5 caractere!

Vă rugăm să acceptați regulamentele!

Nu există comentarii. Fii primul!