Co to jest napęd turbinowy?
Napęd turbinowy to napęd pojazdu za pomocą turbiny. Ze względu na niski moment obrotowy turbiny pojazdy lądowe rzadko są napędzane przez turbinę. Jednak statki morskie stosowały turbiny do napędu od czasu ich wynalezienia pod koniec XIX wieku. Najczęstszymi typami turbin stosowanych do napędu są turbiny parowe i gazowe, które mają swoje własne unikalne zalety i wady. Obecnie wiele współczesnych statków wojskowych wykorzystuje turbiny parowe ze względu na ich duże prędkości i wydajność.
Pierwsza praktyczna turbina parowa używana do napędu i wytwarzania energii została wynaleziona przez Sir Charlesa Parsonsa w 1884 roku. Turbina Parsons uległa z czasem ulepszeniom i ostatecznie została zainstalowana na specjalnie zbudowanym statku. Statek ten, znany jako „Tubrinia”, był pierwszą jednostką pływającą napędzaną turbiną. Wystrzelony w 1894 r. Statek mógł osiągnąć prędkość 34,5 węzłów (39,7 mil / godz., 63,9 km / h) i został wykorzystany do zademonstrowania potencjału napędu turbiny parowej na jednostkach morskich.
Od tego czasu stosowanie napędu turbiny parowej stało się coraz bardziej popularne wśród statków morskich. Turbiny były uprzywilejowane w stosunku do dużych tłokowych silników parowych tego okresu, ze względu na ich wyższą sprawność cieplną, prędkość i stosunek mocy do masy. Statki wycieczkowe, takie jak Cunarder „Lusitania”, wykorzystywały turbiny parowe jako swoje główne ruchy, pozwalając im podróżować znacznie szybciej niż ich napędzane tłokiem odpowiedniki. Napędzany turbiną parową silnik SS „Stany Zjednoczone” nadal utrzymuje Blue Riband dla najszybszego transatlantyckiego przejścia na zachód z maksymalną prędkością około 38 węzłów (43,8 mil / h, 71 km / h).
Wraz z rozwojem energii jądrowej napęd turbiny parowej jest nadal szeroko stosowanym źródłem energii. Statki napędzane energią jądrową, w tym okręty podwodne, wykorzystują turbiny parowe jako swoje główne ruchy. Reaktory jądrowe zastępują kotły w celu podgrzania wrzącej wody do przegrzanej pary. Para jest następnie przepuszczana przez turbinę, gdzie jest następnie usuwana i skraplana do wykorzystania w przyszłości.
Pomimo niskiego momentu obrotowego turbiny parowe znalazły pewne zastosowanie w pojazdach lądowych. Ford Nucleon był proponowanym samochodem napędzanym energią jądrową, w którym mały reaktor jądrowy napędzał turbinę. W 2009 r. Brytyjski zespół inżynierów pobił światowy rekord prędkości lądowej w samochodach napędzanych parą za pomocą turbin parowych. Były też lokomotywy napędzane turbinami parowymi.
Jednym z wad turbin parowych jest ich niski moment obrotowy. Aby rozwiązać ten problem, zastosowano przekładnie redukcyjne w celu zwiększenia momentu obrotowego kosztem obrotów na minutę (RPM). Podczas gdy wymagania dotyczące momentu obrotowego różnią się w zależności od zastosowania, prawie wszystkie pojazdy napędzane turbiną parową wymagają pewnego momentu obrotowego, którego nie można uzyskać za pomocą napędu bezpośredniego. Dlatego większość pojazdów napędzanych turbinami parowymi stosuje przekładnie redukcyjne.
Alternatywą dla przekładni redukcyjnych jest napęd turboelektryczny, w którym turbina obraca generator napędzający silnik elektryczny. Silnik elektryczny służy następnie jako główny napęd pojazdu, a turbina parowa zapewnia jego moc. Jednak ze względu na ich koszt systemy turboelektryczne były stosowane tylko w niewielkiej liczbie statków i lokomotyw.
Turbiny gazowe odgrywają również bardzo ważną rolę we współczesnym napędzie turbiny. W przeciwieństwie do turbiny parowej, której para o dużej prędkości obraca wiele wirników, turbiny gazowe wykorzystują spalanie do wytworzenia rozszerzalności cieplnej niezbędnej do obrotu. Turbiny gazowe są nie tylko znacznie mocniejsze niż turbiny parowe, ale mogą również obracać się z dużo większymi prędkościami. Z tego powodu turbiny gazowe zostały wykorzystane do samolotów, lokomotyw, statków, a nawet cięższych pojazdów wojskowych.