Gassturbin

Montering av gassturbin i et tysk gasskraftverk

En gassturbin er en forbrenningsmotor med kontinuerlig forbrenning. Den består av tre deler: kompressor, forbrenningskammer og turbin.

Et lukket gassturbinsystem kan gi større gassturbinytelser. Her benyttes trykkluft, eller andre egnede gasser under trykk. Gassen oppvarmes og avkjøles i en lukket prosess. Maskiner av denne typen kan yte opp til 1000 MW. Variasjon av gasstrykket i systemet gir gode reguleringsforhold (trykket senkes ved lavere belastning). Det lukkede gassturbinsystemet er velegnet for høytemperatur gasskjølte atomreaktorer.

Effekten og den termiske virkningsgraden til gassturbinen er avhengig av hvor høy temperatur arbeidsmediet (gassen) har. Men temperaturen kan ikke velges høyere enn det turbinhjulet tåler, og utviklingen har derfor vært avhengig av materialteknologien. Dagens høytemperaturlegeringer muliggjør temperaturer på 850-900 ℃ i industri-gassturbiner og betydelig høyere temperaturer for jetmotorer. Med luft-, damp- eller vannkjølte skovler kan temperaturer opptil 1150-1200 ℃ tillates. Dette forutsetter at brenselet er gass, for eksempel naturgass.

Virkemåte

Kompressor og turbin er forbundet med en aksling. Drivstoff tilføres i forbrenningskammeret og blandes med luft under trykk fra kompressoren. De varme avgassene som har høyt trykk føres forbi turbinbladene og driver både turbinen og kompressoren. I flymaskiner supplerer også gassturbinen elektrisk kraft, hydraulisk kraft og lufttilførsel.

Turbintyper

Det er fire forskjellige gassturbiner i bruk. Avhengig av bruksområdet så benyttes disse forskjellige gassturbinene til hvert sitt formål. Hovedsakelig i flyindustrien brukes det turbofan turbiner fordi disse er mest effektive mot de store vektene som skal akselereres. For mindre formål i flyindustrien som propellfly benytter vi oss av turboprop turbiner. Turbojet turbiner brukes ikke så mye lengre fordi deres effektivitet, levetid og vekt er store negativer og benyttes dermed lite i flyindustrien. Den minste turbinen som kalles for Auxilary Power Unit, forkortet APU, er den mest brukte turbinen på platform, mens i flymaskiner brukes den for å frigjøre maskinen mer og mer fra nødvendig bakkeutstyr.

Historie

Jens William Ægidius Elling gjennomførte verdens første, vellykkede test av sin egenkonstruerte gassturbin på verkstedet i Kristiania i en liten halvtime på formiddagen den 27. juni 1903.

Imidlertid var Elling for tidlig ute; materialteknologien var ikke kommet langt nok til at turbinen kunne kommersialiseres. Behovet for anvendelser var heller ikke så stort. Det skulle gå tre tiår før sir Frank Whittle videreutviklet gassturbinen og oppfant jetmotoren, mens den første industrialiserte gassturbinen kom så sent som i 1939. Ellings turbin, som han selvsagt patenterte, var en aksialtype. Den første radialturbinen ble patentert av en tysk konstruktør på førtitallet.

I sin aller første gassturbin brukte Elling ulegert støpestål i turbinskiven. Allerede da brukte han vanndamp for å avkjøle gasstrømmen, en metode som er vanlig i turbinaggregater i dag. Temperaturen på Ellings turbinblader kom derfor aldri over 500 grader celsius. I dag er temperaturene på gasstrømmene i gassturbiner og jetmotorer opp mot 800 grader celsius.

Dokumentene fra forsøkene viser at Ellings turbin ga et netto overskudd ved 17 000 o/min på 11 hk. Turbinhjulet var kun 27 centimeter i diameter.

Ideen om gassturbiner er gammel. De eldste opptegnelsene på en maskin som drives av en gasstrøm stammer fra begynnelsen av 1700-tallet, og i 1791 leverte engelskmannen John Barber inn den første patentsøknaden på en gassturbin. Turbinen forble imidlertid en teori i lang tid. Opp gjennom 1800-tallet og langt inn på 1900-tallet (lenge etter Elling) gjorde mange konstruktører en rekke mislykkede forsøk på å konstruere et aggregat som produserte mer kraft enn hva kompressoren slukte.

I 1924 patenterte Elling en ny genistrek: En flertrinns kompressor med dampavkjøling mellom trinnene. Dette prinsippet er i dag vanlig i de fleste turbinaggregater.

Sir Frank Whittle – som oppfant jetmotoren på grunnlag av gassturbinen – skal ha hedret Elling ved å omtale Ægidius Elling som «gassturbinens far».