Cele mai ciudate locuri unde poți găsi o turbină (în afara mașinilor)

Când auzim cuvântul „turbină”, cei mai mulți dintre noi ne gândim imediat la un motor turbo. Ne imaginăm turbocompresorul montat lângă motor, gazele de evacuare care pun în mișcare rotorul și acel plus de aer care permite obținerea unei puteri mai mari. Pentru pasionații auto, turbina este aproape sinonimă cu boost, cuplu și performanță.

Dar turbina nu este deloc o invenție rezervată automobilelor.

Dacă începem să căutăm dincolo de compartimentul motor, descoperim că principiile turbomașinilor sunt utilizate în unele dintre cele mai spectaculoase sisteme construite vreodată. Le întâlnim în avioane, elicoptere, nave, centrale electrice, instalații industriale și chiar în sistemele de propulsie ale rachetelor.

Unele sunt suficient de mici pentru a putea fi ținute în apropierea palmei. Altele fac parte din instalații industriale uriașe și sunt proiectate să funcționeze perioade îndelungate, transferând cantități enorme de energie.

Există chiar și vehicule terestre care folosesc turbine cu gaz drept sursă principală de putere, deși la prima vedere am putea presupune că sub caroserie se află un motor clasic cu pistoane.

Secretul acestei versatilități se află în principiul de bază al turbinei.

În sens larg, o turbină permite transformarea energiei unui fluid – precum gazul, aburul sau apa – în energie mecanică de rotație. Rotorul rezultat poate fi apoi utilizat pentru a antrena un generator electric, un compresor, o pompă sau chiar sistemul de propulsie al unui vehicul.

În cazul turbocompresorului unei mașini, gazele de evacuare antrenează roata turbinei. Aceasta este conectată printr-un ax la roata compresorului, care comprimă aerul destinat motorului. Astfel, o parte din energia fluxului de evacuare este valorificată pentru supraalimentare.

Într-o centrală hidroelectrică, situația este complet diferită: apa este cea care pune turbina în mișcare, iar rotația obținută este utilizată pentru producerea energiei electrice.

Într-un motor de avion cu turbină cu gaz, sistemul este și mai complex. Compresoare, cameră de ardere și turbine funcționează împreună într-un ansamblu capabil să opereze la temperaturi și turații impresionante.

Iar într-un motor-rachetă cu propulsie lichidă putem întâlni un alt exemplu spectaculos: turbopompele. Aceste ansambluri trebuie să transporte cantități foarte mari de combustibil și oxidant către motor, în condiții extreme de funcționare.

Totuși, aici apare și o confuzie pe care trebuie să o clarificăm încă de la început: nu orice dispozitiv numit popular „turbină” este un turbocompresor și nu orice rotor care se învârte rapid este, tehnic vorbind, o turbină.

Turbocompresorul auto este un ansamblu format din două componente principale cu funcții diferite: o turbină, care extrage energie din gazele de evacuare, și un compresor, care folosește energia transmisă prin ax pentru a comprima aerul de admisie.

Această diferență ne va ajuta să înțelegem de ce putem vorbi despre „turbine” în domenii atât de diferite fără să afirmăm că un avion, un baraj și o mașină folosesc exact același mecanism.

Ceea ce au însă în comun este fascinant: controlul unor cantități mari de energie prin intermediul unor ansambluri rotative proiectate și echilibrate cu foarte mare precizie.

În acest articol vom ieși, așadar, din atelierul auto pentru a descoperi unele dintre cele mai interesante și neașteptate locuri în care sunt utilizate turbinele. Vom vedea cum ajută un elicopter să zboare, cum contribuie la producerea electricității, de ce anumite tancuri folosesc turbine cu gaz, ce rol au pe nave și cum o turbomașină poate deveni o componentă critică într-un sistem destinat explorării spațiului.

Iar la final vom reveni la turbocompresorul auto pentru a vedea ce are în comun mica turbină de sub capota unei mașini cu acești adevărați giganți ai ingineriei

Înainte de toate: turbină sau turbocompresor?

În limbajul auto folosim foarte des termenul „turbină” pentru a ne referi la întregul turbocompresor. Spunem că „a cedat turbina”, „turbina nu mai face presiune” sau „trebuie recondiționată turbina”. În conversația de zi cu zi, această formulare este perfect ușor de înțeles.

Din punct de vedere tehnic însă, turbina și turbocompresorul nu sunt exact același lucru.

Această diferență devine importantă pentru articolul nostru deoarece vom întâlni turbine în avioane, centrale electrice, nave, instalații industriale și chiar în sistemele unor rachete, fără ca toate aceste echipamente să fie turbocompresoare precum cel montat pe un automobil.

Ce este, de fapt, o turbină?

În sens tehnic, turbina este o mașină rotativă care extrage energie dintr-un fluid aflat în mișcare sau sub presiune și o transformă în energie mecanică de rotație.

Fluidul respectiv poate fi, în funcție de aplicație:

• gaz;
• abur;
• apă;
• gaze de ardere.

Fluxul acționează asupra paletelor rotorului și îl pune în mișcare. Energia de rotație rezultată poate fi apoi utilizată în diferite scopuri.

De exemplu, turbina poate antrena:

• un generator electric;
• un compresor;
• o pompă;
• un arbore de transmisie;
• alte echipamente industriale.

Prin urmare, turbina nu este definită de faptul că se află într-o mașină, ci de modul în care transformă energia fluidului în mișcare de rotație.

Atunci ce este un turbocompresor?

Turbocompresorul unui automobil conține, simplificat, două turbomașini conectate prin același ax.

Pe partea evacuării avem turbina.

Gazele produse de motor intră în carcasa turbinei și pun în mișcare roata acesteia. Rotorul poate ajunge la turații extrem de ridicate, iar energia sa este transmisă prin ax către partea opusă a turbocompresorului.

Acolo se află compresorul.

Compresorul nu extrage energie din aer. Din contră, primește energie mecanică prin ax și o utilizează pentru a comprima aerul care urmează să intre în motor.

Schema simplificată este:

gaze de evacuare → turbină → ax → compresor → aer comprimat către motor.

Tocmai combinația dintre turbină și compresor formează turbocompresorul.

Turbina produce boost?

Strict tehnic, compresorul este componenta care comprimă aerul de admisie și contribuie direct la formarea presiunii de supraalimentare.

Turbina furnizează energia necesară pentru antrenarea acestuia.

Este o diferență subtilă, dar importantă. Atunci când spunem popular că „turbina face presiune”, ne referim de fapt la funcționarea întregului turbocompresor.

Turbina cu gaze

O altă expresie pe care o vom întâlni în articol este „turbină cu gaz”.

Aceasta nu trebuie confundată automat cu turbocompresorul unui automobil.

Un motor cu turbină cu gaz este un sistem mult mai complex, care poate include un compresor, o cameră de ardere și una sau mai multe turbine. Aerul este comprimat, amestecat cu combustibil, iar gazele fierbinți rezultate în urma arderii se expandă prin turbine.

Astfel de sisteme sunt utilizate în:

• aviație;
• producerea energiei electrice;
• unele nave;
• anumite vehicule militare;
• diverse aplicații industriale.

De aici vine și unul dintre cele mai surprinzătoare exemple pe care îl vom analiza: există tancuri propulsate de motoare cu turbină cu gaz.

Turbinele cu abur

Într-o centrală termoelectrică sau în alte instalații energetice putem întâlni turbine cu abur.

Aici nu gazele de evacuare ale unui motor auto pun rotorul în mișcare, ci aburul la presiune și temperatură ridicate.

Pe măsură ce aburul se destinde prin diferitele trepte ale turbinei, energia sa este transformată în rotație. Arborele poate fi conectat la un generator care produce energie electrică.

Dimensiunile și puterea acestor instalații sunt incomparabil mai mari decât cele ale unui turbocompresor auto, dar ideea fundamentală rămâne familiară: energia unui fluid produce rotația unui rotor.

Turbinele hidraulice

Într-o hidrocentrală, fluidul este apa.

Apa aflată la o anumită diferență de nivel și presiune este dirijată către turbina hidraulică. Rotorul este pus în mișcare, iar energia mecanică obținută este transmisă generatorului.

În funcție de condițiile instalației pot fi utilizate diferite tipuri de turbine, precum Francis, Kaplan sau Pelton.

Aici nu avem gaze fierbinți, combustibil sau evacuare. Avem apă. Cu toate acestea, vorbim în continuare despre o turbină deoarece principiul conversiei energiei fluidului în energie mecanică este prezent.

Nu orice lucru care se învârte este o turbină

Confuzia apare mai ales în denumirile comerciale ale unor produse.

Uneori întâlnim termenul „turbină” folosit pentru aspiratoare, ventilatoare, uscătoare sau alte aparate care au un rotor ce se rotește rapid. În anumite cazuri, componenta respectivă este în realitate un ventilator sau un compresor centrifugal, nu o turbină în sensul tehnic al cuvântului.

Diferența poate fi înțeleasă simplu:

Turbina primește energie de la fluid și produce energie mecanică.

Compresorul primește energie mecanică și o transferă fluidului, crescându-i presiunea.

Această distincție este exact ceea ce observăm într-un turbocompresor auto: cele două componente îndeplinesc roluri opuse, dar sunt conectate prin același ax.

Ce au toate aceste sisteme în comun?

Deși dimensiunile și aplicațiile pot fi radical diferite, multe turbomașini împărtășesc aceleași provocări inginerești:

• turații ridicate;
• echilibrarea precisă a rotorului;
• controlul vibrațiilor;
• solicitări mecanice importante;
• temperaturi ridicate în anumite aplicații;
• lagăre proiectate pentru condițiile respective;
• materiale atent alese;
• toleranțe foarte precise.

Acesta este motivul pentru care un turbocompresor auto de dimensiuni relativ reduse este, în realitate, o piesă de inginerie extrem de sofisticată.

Iar acum că diferența dintre turbină, compresor și turbocompresor este clară, putem începe călătoria prin locurile mai puțin obișnuite în care întâlnim această tehnologie.

Prima oprire este și una dintre cele mai spectaculoase: aviația, unde turbinele au ajuns să fie elemente fundamentale pentru propulsia aeronavelor moderne.

Avioanele – unul dintre cele mai spectaculoase locuri în care găsim turbine

Dacă turbocompresorul unei mașini pare impresionant prin turațiile și temperaturile la care funcționează, motoarele cu turbină utilizate în aviație duc principiile turbomașinilor la un cu totul alt nivel. Motoarele cu reacție ale avioanelor moderne trebuie să producă o cantitate enormă de energie, să funcționeze ore întregi și să rămână fiabile în condiții extrem de solicitante.

Este important însă să facem încă de la început o diferență: motorul unui avion cu reacție nu este pur și simplu un turbocompresor auto de dimensiuni foarte mari. El reprezintă un sistem complet de propulsie în care compresorul, camera de ardere și turbina funcționează împreună.

Cum funcționează, simplificat, un motor cu reacție?

Principiul poate fi urmărit în câteva etape.

Mai întâi, aerul atmosferic este aspirat în motor. Acesta trece printr-un compresor format din mai multe trepte, unde presiunea sa este crescută considerabil.

Aerul comprimat ajunge apoi în camera de ardere, unde este introdus combustibil. Arderea produce gaze foarte fierbinți și cu energie ridicată.

Aceste gaze trec prin una sau mai multe trepte de turbină.

Pe măsură ce gazele se destind, ele pun în mișcare paletele turbinei. Prin intermediul arborilor motorului, turbinele furnizează energia necesară pentru antrenarea compresoarelor și, în funcție de arhitectura motorului, a altor componente.

Simplificat, traseul este:

aer → compresor → cameră de ardere → turbină → evacuare.

Într-un turbocompresor auto avem o relație asemănătoare între compresor și turbină, însă sursa gazelor fierbinți este motorul cu pistoane aflat separat de turbocompresor. Într-un motor cu turbină cu gaz, compresia, arderea și extracția energiei prin turbină fac parte din același ansamblu.

Turbojet – imaginea clasică a motorului cu reacție

Unul dintre tipurile clasice de motoare cu reacție este turbojet-ul.

Aerul intră în motor, este comprimat, participă la ardere, iar gazele rezultate sunt accelerate către evacuare pentru a produce tracțiune.

Turbina extrage suficientă energie din fluxul gazelor pentru a antrena compresorul. O parte importantă din energia rămasă este utilizată pentru producerea jetului de evacuare.

Această arhitectură a avut o importanță enormă în dezvoltarea aviației cu reacție.

Totuși, majoritatea avioanelor comerciale moderne folosesc o soluție diferită și mai eficientă pentru acest tip de utilizare.

Turbofan – turbina din spatele aviației comerciale moderne

Dacă ai privit partea frontală a motorului unui avion de pasageri, probabil ai observat un ventilator uriaș. Acesta este unul dintre elementele definitorii ale unui motor turbofan.

O parte semnificativă a aerului pus în mișcare de ventilator nu trece prin nucleul motorului, ci îl ocolește printr-un canal exterior. Acest flux contribuie substanțial la tracțiune.

În cazul motoarelor turbofan moderne cu raport de bypass ridicat, această soluție oferă avantaje importante privind eficiența și zgomotul, ceea ce explică utilizarea sa pe scară largă în aviația comercială.

În interior continuăm însă să găsim compresoare, cameră de ardere și turbine.

Temperaturile sunt impresionante

Una dintre marile provocări ale unui motor aeronautic este temperatura.

Gazele rezultate în urma arderii pot atinge temperaturi extrem de ridicate, iar componentele turbinei trebuie să funcționeze în acest mediu păstrându-și rezistența mecanică.

Din acest motiv sunt utilizate:

• superaliaje rezistente la temperatură;
• acoperiri termice speciale;
• sisteme sofisticate de răcire a paletelor;
• metode de fabricație de foarte mare precizie.

Unele palete de turbină includ chiar canale interne prin care circulă aer pentru răcire.

Este un nivel de inginerie foarte diferit de turbocompresorul unei mașini, dar problema fundamentală este familiară: cum construiești un rotor capabil să funcționeze fiabil la temperaturi și viteze foarte mari?

De ce turbinele sunt atât de potrivite pentru aviație?

Un avantaj important al motoarelor cu turbină cu gaz este raportul foarte bun dintre putere și greutate, caracteristică extrem de valoroasă pentru aeronave.

În aviație, fiecare kilogram contează.

Motorul trebuie să poată produce puterea sau tracțiunea necesară fără ca masa ansamblului să devină prohibitivă. În plus, sistemul trebuie să funcționeze fiabil pe perioade lungi și într-o gamă largă de condiții atmosferice.

Turbinele cu gaz s-au dovedit extrem de potrivite pentru aceste cerințe.

Ce legătură există cu turbina unei mașini?

La prima vedere, un motor turbofan și turbocompresorul unui automobil par să aparțină unor lumi complet diferite.

Și totuși, există câteva principii comune foarte interesante.

În ambele cazuri întâlnim:

• compresoare care cresc presiunea aerului;
• turbine care extrag energie din gaze;
• rotoare care funcționează la viteze ridicate;
• necesitatea unei echilibrări extrem de precise;
• materiale proiectate pentru solicitări severe;
• control atent al temperaturilor și presiunilor.

Diferența fundamentală este scopul sistemului.

Turbocompresorul auto folosește energia gazelor de evacuare ale motorului pentru a comprima aerul de admisie. Motorul cu reacție este el însuși un sistem complet de propulsie bazat pe turbomașini.

Avionul este însă doar primul exemplu spectaculos.

Dacă într-un avion comercial turbina contribuie la funcționarea unui sistem care produce tracțiune, există un alt tip de aeronavă unde energia turbinei este folosită într-un mod diferit: pentru a pune în mișcare un arbore și, în final, un rotor uriaș aflat deasupra aparatului de zbor.

Următoarea oprire este, așadar, elicopterul și fascinantul său motor turboshaft.

Ce este un motor turboshaft?

Un turboshaft face parte din familia motoarelor cu turbină cu gaz.

Aerul este introdus în motor și comprimat. Apoi ajunge în camera de ardere, unde este amestecat cu combustibil. Gazele fierbinți rezultate trec prin turbine și pun în mișcare ansamblurile rotative.

O parte din energie este necesară pentru menținerea în funcțiune a compresorului motorului, iar energia utilă este transmisă către un arbore de ieșire.

Simplificat:

aer → compresor → ardere → turbină → arbore → transmisie → rotorul elicopterului.

În loc ca energia să fie utilizată predominant pentru producerea unui jet de evacuare, ca într-un turbojet, motorul turboshaft urmărește să ofere putere la arbore.

Turbina nu învârte direct rotorul principal

Aici apare un detaliu important.

Turbina motorului poate funcționa la turații foarte ridicate, în timp ce rotorul principal al elicopterului trebuie să se rotească mult mai lent. Conectarea directă a celor două ar fi imposibilă din punct de vedere practic.

Din acest motiv, între motor și rotor există o transmisie cu reducție.

Aceasta reduce turația și transmite cuplul către rotorul principal și către celelalte sisteme care trebuie antrenate.

Este un exemplu excelent al modului în care o turbomașină care funcționează la viteze foarte mari poate fi utilizată pentru a pune în mișcare un rotor enorm la o turație mult mai redusă.

De ce nu folosesc toate elicopterele motoare cu pistoane?

Unele elicoptere mici folosesc într-adevăr motoare cu pistoane. Pentru aeronavele mai mari și pentru multe aplicații profesionale sau militare, turboshaft-ul oferă însă avantaje importante.

Unul dintre cele mai valoroase este raportul dintre putere și greutate.

Pentru un aparat care trebuie să își ridice de la sol propria masă, pasagerii, combustibilul și încărcătura, fiecare kilogram economisit la sistemul de propulsie poate fi important.

Motoarele cu turbină pot furniza o putere considerabilă raportată la masa lor, ceea ce le face foarte potrivite pentru numeroase elicoptere.

O turbină pentru condiții dificile

Motoarele elicopterelor trebuie să funcționeze într-o varietate foarte mare de situații.

Un elicopter poate fi utilizat pentru:

• transport;
• salvare montană;
• intervenții medicale;
• stingerea incendiilor;
• operațiuni offshore;
• activități militare;
• transport de încărcături externe.

În toate aceste situații, sistemul de propulsie trebuie să ofere un răspuns predictibil și un nivel ridicat de fiabilitate.

În plus, altitudinea și temperatura ambientală pot influența performanța aeronavei. Aerul mai puțin dens afectează atât motorul, cât și eficiența rotorului, motiv pentru care gestionarea puterii disponibile este esențială.

Ce este o „turbină liberă”?

Unele motoare turboshaft folosesc o configurație cunoscută drept free power turbine, sau turbină liberă de putere.

Într-o astfel de arhitectură, turbina care furnizează puterea către transmisie nu este neapărat conectată mecanic direct la arborele compresorului. Gazele generate de secțiunea producătoare de gaze pun în mișcare turbina de putere.

Această soluție permite o anumită independență între turația generatorului de gaze și cea a arborelui de ieșire și este foarte utilă în aplicațiile pentru elicoptere.

Din nou, observăm cât de variat poate fi utilizat principiul turbinei în funcție de ceea ce inginerii doresc să obțină.

Asemănări surprinzătoare cu turbocompresorul auto

Un motor turboshaft și turbocompresorul unei mașini sunt dispozitive fundamental diferite ca funcție și complexitate. Cu toate acestea, ambele trebuie să rezolve câteva probleme inginerești asemănătoare:

• turații foarte ridicate;
• temperaturi importante;
• echilibrarea precisă a rotorului;
• lagăre solicitate intens;
• necesitatea unei lubrifieri corecte;
• controlul eficient al fluxului de gaze.

În ambele situații, un dezechilibru foarte mic al unui ansamblu care se rotește rapid poate deveni o problemă majoră.

De aceea, precizia fabricației și întreținerea corespunzătoare sunt esențiale pentru turbomașini, indiferent dacă vorbim despre o componentă care încape în compartimentul motor al unei mașini sau despre sistemul de propulsie al unui elicopter.

De la cer, pe ocean

Avioanele și elicopterele sunt probabil printre primele exemple la care ne gândim atunci când auzim despre turbine în afara industriei auto. Următorul domeniu este însă la fel de impresionant, mai ales prin dimensiuni.

Unele dintre cele mai mari motoare cu ardere internă construite vreodată sunt utilizate pentru propulsia navelor comerciale, iar aceste motoare au nevoie de cantități uriașe de aer.

Pentru a le furniza, sunt utilizate turbocompresoare care pot face turbina unei mașini să pară minusculă.

Următoarea oprire: navele și vapoarele uriașe.

Nave și vapoare uriașe – turbocompresoare de dimensiuni impresionante

Dacă turbocompresorul unui autoturism pare o piesă complexă și puternică, industria navală schimbă complet scara la care privim această tehnologie. Unele nave comerciale folosesc motoare diesel uriașe, supraalimentate cu turbocompresoare pe măsură, proiectate pentru a deplasa zeci sau chiar sute de mii de tone.

Vorbim despre portcontainere, petroliere și alte nave comerciale care trebuie să transporte încărcături enorme pe distanțe de mii de kilometri.

În astfel de aplicații, supraalimentarea nu este un simplu artificiu pentru obținerea unei accelerații mai bune. Este o parte importantă din strategia de putere și eficiență a motorului.

De ce au nevoie navele de turbocompresoare?

Principiul de bază este foarte apropiat de cel întâlnit la un automobil diesel turbo.

Pentru a arde mai mult combustibil eficient, motorul are nevoie de suficient aer. Turbocompresorul utilizează energia gazelor de evacuare pentru a pune în mișcare turbina, iar aceasta antrenează compresorul.

Compresorul furnizează motorului aer la o presiune mai mare decât cea atmosferică.

Schema ne este deja familiară:

gaze de evacuare → turbină → ax → compresor → aer comprimat → motor.

Diferența spectaculoasă este reprezentată de dimensiunea și debitul sistemului.

Un motor naval de mari dimensiuni consumă cantități enorme de aer, iar turbocompresorul trebuie să poată gestiona debite pe măsură.

Cât de mare poate fi un turbocompresor naval?

Aici turbina auto începe să pară aproape miniaturală.

În funcție de motor și aplicație, turbocompresoarele navale pot avea ansambluri atât de mari încât operațiunile de demontare și mentenanță necesită echipamente specializate de ridicare.

Nu mai vorbim despre o piesă pe care mecanicul o poate lua pur și simplu de pe bancul de lucru.

Componente precum:

• carcasa turbinei;
• rotorul;
• compresorul;
• lagărele;
• sistemele de ungere;

pot avea dimensiuni și mase incomparabil mai mari decât echivalentele lor din industria auto.

Cu toate acestea, principiul rămâne surprinzător de familiar.

Gazele care altfel ar părăsi motorul prin evacuare conțin energie. Turbocompresorul recuperează o parte din aceasta și o utilizează pentru supraalimentare.

Motoarele navelor nu funcționează ca motoarele mașinilor

Motoarele diesel marine mari sunt proiectate pentru un regim de funcționare foarte diferit de cel al unui autoturism.

O mașină trece constant prin:

• accelerații;
• decelerații;
• ralanti;
• schimbări de treaptă;
• variații rapide de sarcină.

În schimb, motorul unei nave comerciale poate funcționa perioade îndelungate într-un regim relativ stabil.

În plus, unele motoare navale principale sunt diesel în doi timpi, de turație joasă, cu o arhitectură complet diferită de motorul diesel al unui autoturism.

Scopul lor nu este să ofere răspuns rapid la apăsarea accelerației, ci să producă eficient un cuplu enorm și să funcționeze fiabil pe distanțe foarte mari.

Eficiența contează enorm pe mare

În transportul maritim, chiar și o îmbunătățire relativ mică a eficienței poate deveni importantă atunci când este multiplicată cu volumele mari de combustibil și cu numărul de ore de funcționare.

Supraalimentarea permite motorului să utilizeze mai eficient cilindreea disponibilă și contribuie la obținerea puterii necesare fără a lăsa complet nefolosită energia gazelor de evacuare.

De aceea, turbocompresorul are un rol esențial și în lumea motoarelor navale.

Conceptul este același pe care îl întâlnim sub capota unei mașini, doar că aplicat la o scară impresionantă.

Și navele pot utiliza turbine cu gaz

Turbocompresorul unui motor diesel nu este însă singurul loc în care putem găsi o turbină pe mare.

Anumite nave folosesc turbine cu gaz pentru propulsie sau pentru producerea energiei la bord.

Acestea sunt întâlnite în special în aplicații unde raportul putere/greutate, densitatea de putere și capacitatea de a obține rapid puteri ridicate sunt importante.

Un exemplu relevant îl reprezintă anumite nave militare.

Principiul general al turbinei cu gaz este asemănător celui discutat în cazul aviației:

• aerul este aspirat;
• compresorul îi crește presiunea;
• combustibilul este ars;
• gazele fierbinți trec prin turbină;
• energia obținută este transmisă mai departe către sistem.

Într-o aplicație navală, puterea mecanică poate ajunge prin transmisie la sistemul de propulsie sau poate fi utilizată pentru generarea energiei electrice.

Turbinele cu abur au avut și ele un rol uriaș pe mare

Istoria propulsiei navale include și turbinele cu abur.

În loc ca gazele de ardere să acționeze direct turbina, energia este transmisă prin intermediul aburului. Acesta este produs la presiune și temperatură ridicate și apoi este expandat prin diferitele trepte ale turbinei.

Turbinele cu abur au avut aplicații navale importante și continuă să fie relevante în anumite sisteme de propulsie.

Un exemplu deosebit îl reprezintă unele nave cu propulsie nucleară.

Reactorul nuclear nu pune direct elicea în mișcare. Într-o configurație tipică, energia termică este utilizată pentru producerea aburului, iar acesta antrenează turbinele. Energia mecanică rezultată poate fi folosită pentru propulsie sau transformată în energie electrică, în funcție de arhitectura navei.

Astfel, chiar și într-o navă nucleară putem ajunge din nou la același element fundamental: o turbină care transformă energia unui fluid în rotație.

De la turbina auto la gigantul naval

Comparația dintre o mașină și o navă este fascinantă tocmai pentru că principiul turbocompresorului poate rămâne recognoscibil în ciuda diferențelor uriașe de scară.

Ambele sisteme trebuie să gestioneze:

• fluxul gazelor de evacuare;
• presiunea aerului;
• temperaturi ridicate;
• turația rotorului;
• lubrifierea lagărelor;
• echilibrarea ansamblului rotativ;
• eficiența compresorului și a turbinei.

Desigur, proiectarea, materialele, regimul de funcționare și procedurile de mentenanță sunt adaptate fiecărei aplicații.

Dar ideea fundamentală rămâne aceeași: energia care ar pleca prin evacuare poate fi recuperată și folosită pentru a introduce mai mult aer în motor.

Este probabil una dintre cele mai bune demonstrații ale versatilității turbocompresorului.

Poate ajuta un motor relativ mic de autoturism să dezvolte mai multă putere, dar același principiu poate fi aplicat și unui motor construit pentru a deplasa o navă gigantică peste ocean.

Iar dacă ideea unui turbocompresor naval pare neobișnuită, următorul exemplu mută din nou turbina într-un loc în care puțini șoferi s-ar gândi să o caute: pe calea ferată, în locomotive și în unele dintre cele mai interesante experimente cu turbine cu gaz din istoria transportului feroviar.

Locomotive și trenuri – turbine pe calea ferată

Când ne gândim la locomotive, asocierea firească este cu motoarele diesel, sistemele electrice sau, dacă privim în trecut, cu locomotivele cu abur. Totuși, turbinele și turbocompresoarele au avut și continuă să aibă un rol interesant în transportul feroviar.

Turbocompresorul locomotivelor diesel

Numeroase locomotive diesel utilizează motoare de cilindree mare, iar supraalimentarea permite introducerea unei cantități mai mari de aer în cilindri.

Principiul este același întâlnit la automobil:

gazele de evacuare antrenează turbina → turbina antrenează compresorul → motorul primește aer comprimat.

Diferențele apar în dimensiunea componentelor, puterea motorului și regimul de exploatare.

Au existat și locomotive cu turbine cu gaz

Partea cu adevărat interesantă este că industria feroviară a experimentat și cu locomotive propulsate de turbine cu gaz.

În special în secolul XX au fost dezvoltate locomotive gas-turbine-electric. Turbina cu gaz antrena un generator, iar energia electrică produsă alimenta motoarele de tracțiune.

Avantajul principal era posibilitatea obținerii unei puteri foarte mari dintr-un ansamblu relativ compact.

Problema era eficiența, în special la sarcină redusă, alături de consum, costuri și alte dificultăți de exploatare. Odată cu evoluția locomotivelor diesel-electrice, turbinele cu gaz nu au devenit soluția dominantă în transportul feroviar.

De la trenuri la vehicule blindate

Totuși, ideea utilizării unei turbine cu gaz pentru propulsarea unui vehicul terestru nu a dispărut.

Există chiar vehicule de zeci de tone care folosesc această soluție în condiții mult mai dificile decât cele întâlnite pe calea ferată.

Unul dintre cele mai surprinzătoare exemple este tancul, iar celebrul M1 Abrams demonstrează că o turbină cu gaz nu trebuie să rămână neapărat într-un avion sau într-o centrală electrică.

Atunci când auzim cuvântul „turbină”, este ușor să ne gândim imediat la turbocompresorul unei mașini. În realitate, lumea turbinelor este mult mai vastă.

Le găsim în avioane, elicoptere, nave și locomotive, iar dacă mergem și mai departe, le putem întâlni în centrale electrice, instalații industriale, vehicule militare și chiar în tehnologia utilizată pentru propulsia spațială.

Dimensiunile și rolurile lor pot fi complet diferite. Unele turbine contribuie la propulsarea unui avion, altele antrenează rotorul unui elicopter, produc energie electrică sau ajută un motor naval uriaș să primească aerul necesar funcționării eficiente.

În spatele tuturor acestor aplicații se află însă aceeași idee fascinantă: folosirea și transformarea eficientă a energiei cu ajutorul unor ansambluri rotative construite cu foarte mare precizie.

Iar turbocompresorul aflat sub capota unei mașini este o versiune surprinzător de sofisticată a acestei tehnologii. Deși este mult mai mic decât sistemele utilizate în industrie sau transportul naval, poate funcționa la turații și temperaturi foarte ridicate, motiv pentru care lubrifierea, echilibrarea și starea componentelor sale sunt esențiale.

Tocmai de aceea, zgomotele neobișnuite, pierderea de putere, fumul excesiv, consumul de ulei sau problemele de presiune nu ar trebui ignorate.

Pentru verificarea, diagnosticarea sau recondiționarea turbocompresorului, poți apela la OK Turbo.

Programări: 0799 296 901

Așadar, data viitoare când privești turbina unei mașini, merită să îți amintești că principiile din spatele acestei componente fac parte dintr-o familie mult mai mare de tehnologii – una care ajută mașinile să dezvolte mai multă putere, navele să traverseze oceanele, elicopterele să se ridice de la sol și avioanele să străbată cerul.