Turbina cu gaze (I)

Turbina cu gaze este un tip de motor termic ce functioneaza pe principiul ciclului Brayton (Joule la francezi)

– termenul de turbina cu gaze (gas turbine) a fost folosit de englezi, pentru a face diferenta fata de turbinele cu vapori, fluidul de lucru fiind aerul in locul aburului.

– turbinele cu gaze produc energie mecanica prin antrenarea unui arbore cuplat la o elice sau la un echipament industrial si energie cinetica, prin destinderea gazelor arse.

Turbina pe gaze

Turbinele cu gaze pot fi clasificate in functie de tipul de energie utila :

 – turbine ce folosesc energia cinetica a gazelor pentru realizarea tractiunii avioanelor :

           – turboreactoare

           – turboventilatoare

– turbine ce folosesc energia mecanica produsa pentru antrenarea elicei si energia cinetica a gazelor :

           – turbopropulsoare

           – turboshaft, ce folosesc energia mecanica produsa pentru antrenarea unei elice sau agregat industrial sau pentru propulsie

In limba romana, termenii legati de aceste motoare, au fost preluati din limba franceza, iar notiunea de turboshaft nu a fost tradusa sau preluata din engleza. Din aceste motive se folosesc termeni gen turbina pe gaze de elicopter, de nava, industriala, etc.

Turboshaftul este o turbina cu gaze, care produce doar energie mecanica pentru antrenarea unui arbore (shaft), energia cinetica a gazelor fiind disipata in evacuare fara a genera tractiune.

Principalele aplicatii ale motoarelor turboshaft sunt :

– propulsie elicoptere, tancuri, nave, trenuri, barci

– motoare auxiliare APU pentru avioane si tancuri

– instalatii industriale pentru generare electricitate

– instalatii industriale pentru comprimare gaze

– turbocompresoare supraalimentare motoare cu piston

Prima turbina cu gaze a fost brevetata in 1791 de englezul John Barber, iar prima turbina functionala a fost realizata in 1903 de norvegianul Aedgius Elling, generand o putere de 11 CP.

Turbina Aedgius Elling 2003

 

In continuare sunt prezentate turbine cu gaze (turboshaft) pentru  tancuri si elicoptere. Pentru a nu a forta un neologism (turboshaft), voi folosi mai departe termenul de turbina cu gaze.

Turbine cu gaze pentru tancuri 

Turbina cu gaze folosita pentru propulsarea tancurilor, este in concurenta directa cu motorul diesel, avand ca orice solutie inginereasca avantaje si dezavantaje .

GT 101 

Prima aplicatie a acestui tip de motor a fost facuta tot de nemti in timpul WWII, prin modificarea motorului cu reactie BMW 003, fiind realizat initial motorul GT 101, destinat  tancurilor Panther. Sa nu uitam ca din BMW 003  au mai derivat dupa razboi motorul turbojet  rusesc RD 20  pentru MIG 9, iar francezii au dezvoltat motorul ATAR pentru Super Etandard, Mirage III si F 3. Motorul GT 101 a fost proiectat in noiembrie 1944, fiind urmat pana in aprilie 1945 de GT 102 si GT 103.

Motorul cantarea 1450 kg si dezvolta 1140 CP, asigurand pentru tancul Panther un raport putere/masa de 27 CP/t, fata de 592 CP si respectiv 13.5 CP/t cu motorul V12 pe benzina Maybach HL230 P30  (T 34 avea 16.2 CP/t).

Principalele probleme erau legate de consumul mare (430g/CP/h – dublu fata de M1 Abrams). Motorul avea o turatie de 14 500 rot/min si temperatura de intrare in turbina de 800 C. Sistemul de transmisie era realizat de o cutie automata cu 12 viteze (!) ZF construita de Zahnradfabrik. Nu a fost realizat nici un prototip de tanc, studiile limitandu-se la experimente pe echipamente individuale. Proiectele germane au fost preluate si continuate de englezi, care au construit tancul Conqueror cu turbina pe gaze in 1954, abandonat datorita consumului si de rusi care au inceput dezvoltarea in 1949 (desenul de mai jos este de la rusi).

GT 101

Tancul Strv 103 

Realizat de suedezi la inceputul anilor ’60, acest tanc era propulsat de doua tipuri de motor :

– un motor Rolls Royce K 60, diesel tip boxer, folosit pentru croaziera la viteza mica si manevrare pentru tintire

– o turbina pe gaze Boeing 502 de 300 CP folosita pentru viteze mari sau teren accidentat

Aceasta combinatie de motoare de tip diferit, a fost ulterior folosita pe nave in configuratia numita CODAG (Combined Diesel or Gas), fata de varianta mai raspandita CODOG (Combined Diesel or Gas).

Deoarece puterea turbinei era prea mica, a fost inlocuita ulterior cu o turbina Caterpillar 553, ce dezvolta 490 CP. Noua varianta Strv 103b, avea o putere combinata de 730 CP, care asigura un raport de 18 CP/t.

Tancul a ramas in exploatare pana in 2001, fiind dezvoltate si variantele c si d, cu un motor diesel mai puternic si aceeasi turbina.

 Strv 103

Boeing 502

Catterpillar 553

Tancul T 80

In 1976 rusii au introdus in exploatare T-80, primul tanc operational propulsat integral de un motor tip turbina cu gaze. Proiectul unui astfel de tanc cu a demarat in 1949, trecand prin diverse variante de dezvoltare: a fost testat acest tip de motor pe IS-7, T-10, T-62 (Ob’yect 167T), T-64T (Ob’yect 219SP2). Acesta din urma, dupa sapte ani de imbunatatiri, a devenit T-80.