Componentes de la turbina

COMPONENTES DE LA TURBINA

Los componentes principales del motor son una sección de compresor, sección de combustión y una turbina. La turbina es conectada mecánicamente y controla el compresor por un árbol de mando.

El compresor, combustor y turbina son llamados el núcleo del motor, ya que todas las turbinas de gas tienen estos componentes. El núcleo es también referido como el generador de gas (GG) ya que la salida del núcleo es gas del escape caliente.

El gas pasa a través de un conducto de escape a la atmósfera. En algunos tipos de aplicaciones, el gas de escape se usa para controlar una turbina adicional llamada turbina de potencia que es conectada a una pieza controlada de la máquina (ej. generadores, bombas, etc).

Debido a su salida de alta potencia y alta eficacia térmica, los motores de la turbina de gas también se usan en una amplia variedad de aplicaciones no relacionadas a la industria aeronáutica. Conectar el eje principal (o turbina de potencia) del motor a un rotor electromagnético generará energía eléctrica. Las turbinas de gas también pueden usarse para hacer funcionar barcos, camiones y tanques militares. En estas aplicaciones el eje principal se conecta a una caja de velocidades.

COMPRESOR

COMPRESOR

Todos los motores de turbina tienen un compresor para aumentar la presión del aire de entrada antes de que entre al combustor. El rendimiento del compresor tiene una amplia influencia en el rendimiento del motor.

Hay dos tipos de compresores principales: Axial y Centrifugal

En la ilustración, el de la izquierda es llamado compresor axial porque el flujo a través del comprresor viaja en paralelo al eje de rotación.

El compresor de la derecha se le llama compresor centrífugo porque el flujo a través de este compresor es perpendicular al eje de rotación. Los compresores centrífugos, los cuales se usaron en los primeros motores de avión, siguen siendo usados en turbojets pequeños y motores de eje turbo. Los motores grandes turbojet, ventilador turbo y de eje turbo usualmente usan compresores axiales.

Porque cambiarse a compresores axiales? Compresor centrífugo promedio, de una etapa, puede aumentar la presión en un factor de 4:1. Un compresor axial similar, promedio, de una etapa aumenta la presión en sólo un factor de 1.2:1 Pero es relativamente fácil ligar varias estapas y producir un compresor axial multietapas.

En un compresor multietapas, la presión es multiplicada de fila a fila. Es mas difícil producir un compresor centrífugo multietapa porque el flujo tiene que ser entubado de regreso al eje en cada etapa. Como el flujo es perpendicular al eje, un motor con compresor centrífugo tiende a ser mas ancho, teniendo una area transversal que la axial correspondiente. Por estas razones, la mayor parte de los motores de alto rendimiento de turbina de alta compressión usan compresores axiales multietapa. Pero, si solo se requiere una cantidad moderada de compresión, un compresor centrífugo es de un uso mas simple.

Las cuchillas rotatorias jalan el aire al compresor. Estas cuchillas rotatorias inducen velocidad, también conocida como energía quinética, en aire forzándolo a moverse adelente en el ensamble del compresor donde de impacta con estatores estacionarios. Los estatores son cuchillas estacionarias unidos a la coraza exterior del compresor. Cuando el aire contacta los estatores, reduce la velocidad y convierte parte de la energía kinética en presión estática y calor. La masa de flujo de aire es dirigida al siguiente grupo de cuchillas rotatorias. Este proceso es repetido en cada etapa hasta que se adquiere la presión deseada.

Una contradicción aparente en la operación del compresor de flujo axial es que se genera alta presion, aunque la forma divergente podria parece que cause la salida de baja presión. La presión de salida es aumentada por divergencia en cada sección estática interetapa. Las cuchillas rotatorias del compresor en cada etapa estática aumentan la velocidad que se pierde al inyectar energía.

En compresores de flujo axial, los álabes guia de entrada dirigen, o alinean, el flijo de aire en la primera cuchilla rotatoria donde se aumenta la velocidad al agregar energía. La sección del álabe del estator siguiente es divergente, proporcionando un aumento de presión estática, una disminución de velocidad de aire y un aumento en temperatura del aite. En algunos compresores de flujo axial, los álabes guia de entrada asi como las primeras etapas de álabes del estator son diseñados para rotar en su eje. A éstas se les refiere como álabes guia de entrada variable (VIGV) y álabes de estator variable (VSV). Este ángulo de álabe variable proporciona una cantidad variable de divergencia y la habilidad de controlar el flujo de aire por medio de otra cosa aparte la velocidad del compresor. Esta característica es utilizada para optimizar la eficiencia del compresor y proteger contra el paro del compresor.

COMBUSTOR

Todos los motores de turbina tienen un combustor, en el cual el combustible se mezcla con aire de alta presión y es quemado. El gas de escape de alta presión que resulta es usado para encender la turbina de poder y producir empuje cuando pasa por una boquilla.

El combustor se asienta entre el compresor y la turbina. El combustor está dispuesto como un anillo tórico, o una dona, como es mostrado en las tres configuraciones del combustor siguientes. El eje central que conecta la turbina con el compresor para por el agujero del centro. Los combustores están hechos de materiales que pueden soportar altas temperaturas de combustión. El forro está perforado para mejorar la mezcla de combustible y aire, como se muestra en la fotografía en la izquierda inferior.

Hay tres tipos principales de combustores, todos presentes en las turbinas de gas:

1. The combustor at the left is an annular combustor with the liner sitting inside the outer casing which has been peeled open in the drawing. Many modern combustors have an annular design. El combustor de la izquierda es un combustor anular con forro dentro de la coraza externa la cual ha sido

2. El combustor en el medio es de diseño tubular o de elementos separados. La fotografía de la izquierda superior muestra algunos combustores de elementos separados. Cada cámara tiene un forro y una coraza, y las cámaras están dispuestas alrededor del eje central.

3. Un diseño de compromiso se muestra

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