Τεχνολογία Αεριοστροβίλων «Εισαγωγή»

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τεχνολογία Αεριοστροβίλων «Εισαγωγή» Διδάσκων: Δρ Βαφειάδης Κυριάκος 10o Εξάμηνο Ακαδημαϊκό έτος

2 Σκοπός του μαθήματος «Η κατανόηση και εμβάθυνση της λειτουργίας και της τεχνολογίας των αεριοστροβίλων, της βασικής θεωρίας τους και των εφαρμογών τους»

3 Στόχοι του μαθήματος Ο φοιτητής που θα παρακολουθήσει το μάθημα θα είναι σε θέση: Να κατανοεί τη λειτουργία όλων των διατάξεων αεριοστροβίλων Να κατανοεί τη λειτουργία των βασικών εξαρτημάτων αεριοστροβίλων Να υπολογίζει θερμοδυναμικούς κύκλους αεριοστροβίλων Να υπολογίζει λειτουργικά χαρακτηριστικά αεριοστροβίλων σε εφαρμογές παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας Να υπολογίζει λειτουργικά χαρακτηριστικά αεριοστρόβίλων σε εφαρμογές αεροπορικής πρόωσης Να εκτελεί υπολογισμούς με τη χρήση κατάλληλου λογισμικού

4 Περιεχόμενα μαθήματος Επανάληψη βασικών αρχών Θερμοδυναμικής, Μηχανικής Ρευστών και Αεριοδυναμικής (gas dynamics) Ιστορικά στοιχεία και εξέλιξη της τεχνολογίας των αεριοστροβίλων Τρόπος λειτουργίας αεριοστροβίλων, τύποι, εξαρτήματα Περιοχές εφαρμογών αεριοστροβίλων Διατάξεις κινητήρων Κύκλοι παραγωγής μηχανικής ισχύος Κύκλοι αεροπορικής πρόωσης Ανάλυση των επιδόσεων και των λειτουργικών χαρακτηριστικών στο σημείο σχεδιασμού Ανάλυση των επιδόσεων και των λειτουργικών χαρακτηριστικών εκτός σημείου σχεδιασμού Λειτουργικά χαρακτηριστικά επιμέρους εξαρτημάτων αεριοστροβίλων

5 Δομή και αξιολόγηση του μαθήματος Παραδόσεις Ασκήσεις Εργασία με χρήση λογισμικού Αξιολόγηση Εργασία (προσθετική στον βαθμό της τελικής εξέτασης) Τελική εξέταση Υποστήριξη Σύγγραμμα Ιστοσελίδα μαθήματος Δυνατότητα εκπόνησης Διπλωματικών Εργασιών

6 Ιστορία των αεριοστροβίλων

7 Ιστορία των αεριοστροβίλων Ο αεριοστρόβιλος είναι μια σημαντική, ευρέως διαδεδομένη και αξιόπιστη συσκευή στον τομέα της παραγωγής ενέργειας, των μεταφορών και άλλων εφαρμογών. Ένας αεριοστρόβιλος είναι ένας κινητήρας εσωτερικής καύσης που μπορεί να καίει μια ποικιλία καυσίμων (=>μεγάλη ευελιξία).

8 Ιστορία των αεριοστροβίλων Αεριοστρόβιλοι: αναπτύχθηκαν από δυο άλλα τεχνολογικά πεδία: Ατμοστρόβιλοι Μηχανές Εσωτερικής Καύσης : Leonardo da Vinci, Giovanni Branca, John Barber, κ.α. αναφέρουν ή σχεδιάζουν μηχανές που χρησιμοποιούν θερμό αέριο ή ατμό για την παραγωγή κίνησης (μηχανικού έργου). Ταυτόχρονα οι Samuel Brown, Sadi Carnot, Samuel Morel, William Barnett, κ.α. εργάζονται στην ανάπτυξη των Μ.Ε.Κ. Παράλληλα αναπτύσσεται η βασική αντίληψη και η θεωρία του πως συμπεριφέρονται και πως καίγονται τα αέρια μέσα σε κλειστό χώρο.

9 Σχηματική παράσταση αεριοστροβίλου Συμπιεστής Θάλαμος καύσης Ακροφύσιο εξαγωγής mv aircraft mv jet Άξονας Στρόβιλος How a Gas Turbine Works? By GE

10 Λειτουργία Αεριοστροβίλων Κύκλος Brayton Καύσιμο Θάλαμος Καύσης Συμπιεστής Στρόβιλος Αέρας Καυσαέρια Ο θερμοδυναμικός κύκλος αεριοστροβίλων είναι Πολύ ευαίσθητος στις απώλειες που λαμβάνουν χώρα σε διάφορα εξαρτήματα Το ωφέλιμο έργο είναι η διαφορά δύο πολύ μεγάλων ποσοτήτων

11 Ιστορία των αεριοστροβίλων 150 π.χ.: Ήρωνας, «Αιολοπύλη» 1232: Στην Κίνα χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά όπλο που προωθούνταν με πυρίτιδα 1629: Ο Giovanni Branca σχεδίασε τον πρώτο στρόβιλο

12 Ιστορία των αεριοστροβίλων 1687: Ο Sir Isaac Newton ανακοινώνει τους τρείς Νόμους της Μηχανικής 1. Κάθε σώμα που βρίσκεται σε κίνηση σταθερής ταχύτητας τείνει να διατηρεί την κίνηση αυτή εκτός αν εφαρμοστεί σε αυτό εξωτερική δύναμη 2. F = ma 3. Για κάθε δράση υπάρχει μία ίση και αντίθετη αντίδραση

13 Ιστορία των αεριοστροβίλων 1791: Ο Άγγλος John Barber σχεδίασε ένα σύστημα το οποίο λειτουργούσε µε τον θερμοδυναμικό κύκλο του σύγχρονου αεριοστρόβιλου κινητήρα. Περιελάμβανε έναν παλινδρομικό συμπιεστή αερίου που κινούνταν με τη βοήθεια αλυσίδας, έναν θάλαμο καύσης και έναν στρόβιλο

14 Ιστορία των αεριοστροβίλων 1808: Ο Άγγλος John Dumbell κατασκεύασε έναν αεριοστρόβιλο παρόμοιο με τους σημερινούς. Χαρακτηριστικό του ήταν η ύπαρξη πτερυγίων συνδεδεμένων σε άξονα τον οποίο θα περιέστρεφαν. Ωστόσο, η προτεινόμενη πατέντα του µα χωρίς σταθερά πτερύγια

15 Ιστορία των αεριοστροβίλων 1837: O Γάλλος M. Bresson σχεδίασε αεριοστρόβιλο παρόμοιο με τους σημερινούς. Η ιδέα του αφορούσε τη θέρμανση και συμπίεση αέρα ο οποίος θα εισέρχονταν σε έναν θάλαμο καύσης όπου θα αναμιγνύονταν με αέριο καύσιμο και θα καίγονταν. Τα προϊόντα της καύσης θα οδηγούνταν σε μια ρόδα παρόμοια με αυτή των νερόμυλων.

16 Ιστορία των αεριοστροβίλων 1850: Ο Fernihough επινόησε τη «συνδυασμένη μηχανή ατμού-καπνού» που είχε τη δυνατότητα να χρησιμοποιεί ως εργαζόμενο μέσο τον ατμό και το καυσαέριο. Η απαιτούμενη αύξηση πίεσης στον θάλαμο επιτυγχάνονταν με τον ψεκασμό νερού.

17 Ιστορία των αεριοστροβίλων 1872: Ο Dr. F. Stolze σχεδίασε τον πρώτο πραγματικό αεριοστρόβιλο. Επηρεάστηκε από ένα βιβλίο του 1860 από τον Ferdinand Redtenbacher για τη θεωρία και τη κατασκευή στροβίλων. Χρησιμοποίησε έναν πολυβάθμιο στρόβιλο και έναν πολυβάθμιο συμπιεστή. Η μηχανή ονομάζονταν «στρόβιλος πυρός» ή «fire turbine». Η μορφή του θαλάμου καύσης ομοιάζει σε μεγάλο βαθμό με τους θαλάμους καύσης που χρησιμοποιούνται σήμερα.

18 Ιστορία των αεριοστροβίλων Επειδή οι πολυβάθμιες στροβιλομηχανές ήταν γνωστές εκείνη την εποχή το γραφείο πατεντών δήλωσε ότι η εφεύρεση του Stolze δεν ήταν νέα και δεν του ενέκρινε την αίτηση για πατέντα. Το 1897 λαμβάνει την πατέντα. Στην μηχανή έχει προστεθεί και ένας εναλλάκτης θερμότητας κατασκευάστηκε ένα πρότυπο ισχύος 200hp το οποίο δοκιμάστηκε και δυστυχώς δε στάθηκε δυνατό να λειτουργήσει από μόνο του. Η μηχανή του Stolze θα είχε πετύχει αν την εποχή που ανατήχθηκε υπήρχε ικανοποιητική κατανόηση κάποιων αρχών σχετικά με τη διάχυση.

19 Ιστορία των αεριοστροβίλων Τα προβλήματα Ο συμπιεστής είχε μάλλον λίγες βαθμίδες ενώ ο στρόβιλος πάρα πολλές. Πτερύγια στροβίλου σχεδιασμένα σαν αντικατοπτρισμοί των πτερυγίων του στροβίλου Προφανής έλλειψη αεροδυναμικής σχεδίασης των πτερυγίων. Τα πτερύγια συμπιεστή υπερβολικά καμπυλωμένα αποκολλήσεις

20 Ιστορία των αεριοστροβίλων 1900: Ο Αμερικάνος μηχανικός Sanford Moss κατέθεσε αρκετές νέες ιδέες πάνω στη λειτουργία των αεριοστροβίλων. Α Παγκόσμιος Πόλεμος (28 Ιουνίου Νοεμβρίου 1918) Δουλεύοντας για την General Electric εφάρμοσε τις ιδέες του πάνω στη σχεδίαση των στρόβιλο-υπερπληρωτών (turbo-superchargers), βασιζόμενος σε κάποιες ιδέες του Γάλλου μηχανικού Rateau. Με αυτόν τον τρόπο βρέθηκε τρόπος να επιτευχθεί πτήση των συμμαχικών μαχητικών σε μεγάλα υψόμετρα. Το 1921 επετεύχθη παγκόσμιο ρεκόρ με διπλάνο (40800 ft). Pikes Peak, Colorado ft ~4.3 km

21 Ιστορία των αεριοστροβίλων 1903: O Νορβηγός Aegidius Elling κατασκεύασε τον πρώτο αεριοστρόβιλο που παρήγαγε περίσσεια ισχύος 11HP (8 kw). Η δεύτερη μηχανή του παρήγαγε 44 HP (32 kw). Χρησιμοποιούσε περιστρεφόμενο συμπιεστή και στρόβιλο. Μια μεγάλη πρόκληση ήταν η εύρεση υλικών τα οποία θα άντεχαν στις υψηλές θερμοκρασίες που αναπτύσσονταν στο εσωτερικό της μηχανής. Ο πρώτος του στρόβιλος άντεχε θερμοκρασία εισόδου μέχρι και 400 C. Ο Elling αναγνώριζε ότι αν βρίσκονταν τα κατάλληλα υλικά ο κινητήρας του θα ήταν κατάλληλος για αεροπορική χρήση.

22 Ιστορία των αεριοστροβίλων Ο στρόβιλος Elling Η διαδικασία έχει ως εξής: Ατμοσφαιρικός αέρας (Α) εισέρχεται στον συμπιεστή (Β) Μέρος του συμπιεσμένου αέρα απομακρύνεται από το (C) μεταφέροντας την ωφέλιμη ισχύ της μηχανής Ο υπόλοιπος συμπιεσμένος αέρας εισάγεται στον θάλαμο καύσης (D) όπου γίνεται εισαγωγή καυσίμου (E) Ακολουθεί ψύξη των καυσαερίων με νερό που εξατμίζεται (F) Τα καυσαέρια και ο ατμός (S) διέρχονται από τον στρόβιλο (T) Το μείγμα καυσαερίων και ατμού είχαν θερμοκρασία περίπου 400 C.

23 Ιστορία των αεριοστροβίλων Χαρακτηριστικά αεριοστροβίλων σε αυτό το σημείο Ο λόγος ισχύος προς βάρος είναι πολύ μεγάλος Δεν υπάρχουν παλινδρομικά εξαρτήματα και τα προβλήματα αζυγοσταθμίας είναι λίγα Η κατανάλωση του λιπαντικού ελαίου είναι πολύ μικρή Υπάρχει μεγάλη αξιοπιστία λειτουργίας

24 Ιστορία των αεριοστροβίλων Aurel Stodola: Ο άνθρωπος πίσω από την ανάπτυξη των πρώτων ατμο- και αεριοστροβίλων

25 Ιστορία των αεριοστροβίλων Ο πρώτος βιομηχανικός αεριοστρόβιλος ισχύος 4 MW 1939 (Brown Boveri Company, Neuchâtel, Switzerland)

26 Ιστορία των αεριοστροβίλων Παράδοση του πρώτου βιομηχανικού αεριοστρόβιλου, Neuchatel, 1939 (ο Stodola στην ηλικία των 80 ετών)

27 Ιστορία των αεριοστροβίλων Ο πρώτος βιομηχανικός αεριοστρόβιλος Neuchatel 2007

28 Ιστορία των αεριοστροβίλων Το πόρισμα της National Academy of Sciences, Committee on Gas Turbines (Ιούνιος 1940) σχετικά με τη χρήση αεριοστροβίλων στην αεροπορία: In its present state the gas turbine engine could hardly be considered a feasible application to airplanes mainly because of the difficulty in complying with stringent weight requirements imposed by aeronautics.

29 Ιστορία των αεριοστροβίλων Οι κατασκευές του Moss επηρέασαν τον Άγγλο μηχανικό Frank Whittle ο οποίος το 1930 κατοχύρωσε την κατασκευή που θεωρείται ο πρώτος επιτυχημένος αεριοστρόβιλος κινητήρας για την κίνηση αεροσκάφους. Στις 15 Μαΐου 1941, στην Αγγλία, πραγματοποιήθηκαν δοκιμαστικές πτήσεις με τον κινητήρα του Whittle (γνωστό ως W1) να δίνει κίνηση στο αεροσκάφος Gloster E28/39 (µε ταχύτητες περί τα 400 mph). Τα χαρακτηριστικά του κινητήρα jet ήταν: Παροχή όγκου=25 lb/s Κατανάλωση καυσίμου = 200 gal/hr ή1300 lb/hr Δύναμη ώσης = 1000 lb Ειδική κατανάλωση καυσίμου = 1.3 lb/hr/lb

30 Ιστορία των αεριοστροβίλων

31 Ιστορία των αεριοστροβίλων 1936: Ο Γερμανός μηχανικός Hans Von Ohain σχεδίασε και κατασκεύασε έναν κινητήρα αεριώθησης (jet engine) Ο κινητήρας δοκιμάστηκε µε επιτυχία στις 27 Αυγούστου 1939 στο αεροσκάφος Heinkel He-178: η πρώτη πτήση αεριωθούμενου αεροσκάφους.

32 Ιστορία των αεριοστροβίλων Frank Whittle και Hans von Ohain

33 Ιστορία των αεριοστροβίλων Στην Αμερική, ήταν μόλις τον Οκτώβριο του1942 οπότε ένα αεροσκάφος χρησιμοποίησε µε επιτυχία δυο κινητήρες GE-1A της General Electric. Η ανάπτυξη του κινητήρα αυτού βασίστηκε σε σχέδια του Frank Whittle και χρησιμοποιήθηκε στο αεροσκάφος Bell XP-59 «Airacomet» Σήμερα, τα επιβατικά, εμπορικά και στρατιωτικά αεροσκάφη χρησιμοποιούν στην πλειοψηφία τους κινητήρες αεριώθησης. Σημαντικό βήμα προόδου ήταν η σχεδίαση και κατασκευή κινητήρων ικανών να κινούν ένα αεροσκάφος µε ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτήν του ήχου. Το μαχητικό SR-71 Blackbird που έχει πλέον αποσυρθεί μπορούσε να πετά µε ταχύτητα Mach 3.

34 Ιστορία των αεριοστροβίλων Το επιβατικό αεροσκάφος Concorde, προϊόν άγγλο - γαλλικής συνεργασίας, στα μέσα της δεκαετίας του1970, µε κινητήρα Olympus 593 B, πετούσε µε περίπου 2 φορές μεγαλύτερη ταχύτητα από αυτήν του ήχου. Στις 24 Οκτωβρίου2003 πραγματοποιήθηκε η τελευταία πτήση του. Ανάλογη υπερηχητική ταχύτητα ανέπτυσσε και το ρωσικό αεροσκάφοςtu-144

35 Αεροπορική πρόωση

36 Αρχές αεριώθησης Ισορροπία Αντίδραση Δράση 3 ος Νόμος του Νεύτωνα

37 Αρχές αεριώθησης Αέρας υπό πίεση στο εσωτερικό του μπαλονιού Απελευθέρωση του στομίου του μπαλονιού

38 Αρχές αεριώθησης Στον κινητήρα αεριώθησης τα καυσαέρια ωθούνται προς την εξαγωγή (δράση) και αυτά ασκούν µία δύναμη ή ώση (αντίδραση), στην αντίθετη κατεύθυνση προς τον κινητήρα και το αεροσκάφος

39 Αρχές αεριώθησης Ταχύτητα πτήσης αεροσκάφους Ταχύτητα εισερχόμενου αέρα ΩΣΗ = ΜΑΖΑ ΕΠΙΤΑΧΥΝΣΗ ΚΑΥΣΑΕΡΙΩΝ Ταχύτητα καυσαερίων μεγαλύτερη από την ταχύτητα πτήσης Η ποσότητα του αέρα και των καυσαερίων που επιταχύνονται καθώς και το μέγεθος της επιτάχυνσης καθορίζουν και την παραγόμενη ώση Η διαφορά της πίεσης των εξερχόμενων καυσαερίων προς την ατμοσφαιρική συμμετέχει στη δημιουργία της ώσης Η στατική ώση (static thrust, gross thrust) είναι η ποσότητα της ώσης που παράγει ένας κινητήρας όταν το αεροσκάφος βρίσκεται στο έδαφος ακίνητο Η καθαρή ώση (net thrust) είναι η ώση που παράγεται κατά την πτήση. Για τον υπολογισμό της πρέπει να ληφθεί υπόψη και η ταχύτητα του αεροσκάφους

40 Παράγοντες που επηρεάζουν την ώση Λειτουργικοί παράγοντες Αριθμός στροφών λειτουργίας. Καθορίζει τη μάζα του αέρα που εισέρχεται στον κινητήρα Εισαγωγή αέρα. Το μέγεθος και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του αγωγού εισαγωγής Ροή καυσίμου. Όσο αυξάνει η ποσότητα του εγχυόμενου καυσίμου, επιτυγχάνεται αύξηση του αριθμού στροφών και αύξηση της ώσης Απαγωγή ποσότητας αέρα συμπίεσης. Επιτυγχάνεται από ειδική βαλβίδα και μειώνει την παραγόμενη ώση αφού μειώνεται η ποσότητα του συμπιεσμένου αέρα που εξέρχεται από τον συμπιεστή Θερμοκρασία εισαγωγής των καυσαερίων στο στρόβιλο. Όσο μεγαλύτερη τόσο περισσότερη ενέργεια απορροφάται από τον στρόβιλο αύξηση στροφών συμπιεστή, εισροή μεγαλύτερης ποσότητας αέρα Έγχυση νερού στον αγωγό εισαγωγής αέρα στον κινητήρα. Αυξάνονται πυκνότητα & μάζα εισερχόμενου αέρα έγχυση μεγαλύτερης ποσότητας καυσίμου Ταχύτητα του αεροσκάφους. Η επιτάχυνση από μηδενική ταχύτητα προκαλεί μείωση της ώσης. Στη συνέχεια, αυτή η εξάρτηση αναστρέφεται λόγω αναρρόφησης μεγαλύτερης ποσότητας αέρα (ram effect) με αποτέλεσμα αύξηση της ώσης Περιβαλλοντικές συνθήκες Θερμοκρασία περιβάλλοντος αέρα. Αύξησή της σημαίνει, αραιότερος αέρας και μείωση παραγόμενης ώσης Πίεση περιβάλλοντος αέρα (ανάλογη του ύψους στο οποίο πραγματοποιείται η πτήση του αεροσκάφους). Μείωσή της αντιστοιχεί σε μείωση της πυκνότητας και μείωση της παραγόμενης ώσης

41 Πρόωση με έλικα ή αεριοστρόβιλο Ο έλικας μετατοπίζει μεγάλη παροχή μάζας αέρα με χαμηλή ταχύτητα Mv jet Mv aircraft Thrust = M(v aircraft - v jet ) Thrust = m(v aircraft - V jet ) mv aircraft mv jet Ο αεριοστρόβιλος μετατοπίζει μικρή παροχή μάζας αέρα με υψηλή ταχύτητα Thrust = Ώση, m ή M = παροχή μάζας, V aircraft = ταχύτητα αεροσκάφους, V jet = ταχύτητα αερίων v aircraft = ταχύτητα αεροσκάφους, v jet = ταχύτητα αερίων

42 Πύραυλος (rocket engine) Δε χρησιμοποιεί ατμοσφαιρικό αέρα για την καύση. Μεταφέρει στο εσωτερικό του φιάλες οξυγόνου (ή άλλου οξειδωτικού μέσου), το οποίο αναμιγνύεται µε το καύσιμο και παράγουν την απαιτούμενη ποσότητα καυσαερίων για την κίνησή του. Έτσι, έχει τη δυνατότητα να κινείται σε οποιοδήποτε ύψος, μέσα και έξω από την ατμόσφαιρα. Διακρίνονται δύο τύποι πυραύλων: Υγρών καυσίμων. Σύνηθες καύσιμο είναι η υδραζίνη (Ν2Η4) και συνηθέστερο οξειδωτικό το υγρό οξυγόνο ή το νιτρικό οξύ (ΗΝΟ3). Στερεών καυσίμων. Έχει αντικαταστήσει τον πύραυλο υγρών καυσίμων σε αρκετές εφαρμογές, όπως στην κίνηση βλημάτων, διαστημικών οχημάτων και στην παροχή περίσσειας ισχύος σε αεροσκάφη κατά την απογείωση. Συνήθως χρησιμοποιείται βαλιστίτης ως στερεό καύσιμο και είναι αναμεμειγμένος µε το οξειδωτικό. Πύραυλος υγρών καυσίμων Πύραυλος στερεών καυσίμων

43 Αθόδυλος (ram jet) - αεροθερµοδυναµικός αυλός (aerothermodynamic duct) Ο απλούστερος κινητήρας αεριώθησης διότι δεν έχει κινητά μέρη. Αποτελείται από τους ψεκαστήρες και τον μετρητή καυσίμου, τους συγκρατητές φλόγας, τα οποία βρίσκονται σε σωλήνα µε αποκλίνουσα εισαγωγή και αποκλίνουσα συγκλίνουσα (ή απλή συγκλίνουσα) εξαγωγή. Πρέπει να κινηθεί με μεγάλη ταχύτητα για να είναι σε θέση να παράγει ώση. Η απουσία συμπιεστή δεν επιτρέπει την εισαγωγή επαρκούς ποσότητας αέρα στον αθόδυλο σε χαμηλές ταχύτητες. Όταν εισέλθει αέρας στον κινητήρα, εγχύεται καύσιμο, παράγονται τα απαιτούμενα καυσαέρια που επιταχύνονται και παράγουν ώση. Επιβάλλεται η τοποθέτησή του σε πύραυλο ή αεροσκάφος. Στη συνέχεια, υποβοηθά µε την ώση που παράγει τον ίδιο το φορέα του ή αποσπάται από αυτόν και προωθεί άλλο σκάφος ή βαλλιστικό βλήμα, µε τα οποία συνδέεται. Ο αθόδυλος αποτελεί το αποδοτικότερο είδος κινητήρα σε ταχύτητες 3000 km/h και άνω.

44 Παλμικός αθόδυλος (pulse jet) Διαφέρει από τον αθόδυλο µόνο στην κατασκευή της εισαγωγής του αέρα. Εκεί, τοποθετούνται βαλβίδες εισαγωγής που διατηρούνται στην ανοικτή θέση µε ελατήρια. Τα παραγόμενα από την καύση καυσαέρια εκτονώνονται και εξαναγκάζουν τις βαλβίδες εισαγωγής να κλείσουν, οπότε και τα καυσαέρια επιταχύνονται προς την εξαγωγή. Τότε παράγουν την απαιτουμένη ώση. Τα ελατήρια ανοίγουν ξανά τις βαλβίδες εισαγωγής και ο κύκλος λειτουργίας επαναλαμβάνεται. Παροχή ισχύος διακεκομμένη. Θορυβώδης λειτουργία με έχει μικρή απόδοση. Μπορεί να λειτουργήσει από την ακινησία.

45 Αεριοστρόβιλος (gas turbine engine)

46 Αεριοστρόβιλος (gas turbine engine) Πηγή: Animagraffs.com

47 Τύποι αεροστροβίλων για αεροπορική πρόωση

48 Στροβιλοαντιδραστήρας - turbojet ΣΥΜΠΙΕΣΤΗΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΣ ΑΚΡΟΦΥΣΙΟ ΕΞΟΔΟΥ ΘΑΛΑΜΟΣ ΚΑΥΣΗΣ ΑΞΟΝΑΣ

49 Στροβιλοαντιδραστήρας με μετάκαυση Η μετάκαυση (afterburning) πραγματοποιείται µε την έγχυση καυσίμου στο χώρο μεταξύ στροβίλου και εξαγωγής, το οποίο καίγεται μετά την ανάμειξή του µε τα καυσαέρια. Χρησιμοποιείται για την αύξηση της παραγόμενης ώσης.

50 Ελικοστρόβιλος - turboprop (α)τα βασικά μέρη του ελικοστρόβιλου, (β) ο ελικοστρόβιλος T-53, (γ) ο ελικοστρόβιλος κινητήρας T-56

51 Ελικοστρόβιλος - turboprop Για αεροσκάφη χαμηλότερης ταχύτητας (μέχρι ~400knots) Χρησιμοποιείται ένα σύστημα γραναζιών ως μειωτήρας στροφών για τη μετάδοση κίνησης σε έναν έλικα. Ο μειωτήρας στροφών είναι απαραίτητος καθώς η βέλτιστη απόδοση της έλικας επιτυγχάνεται σε πολύ μικρότερες στροφές από αυτές της λειτουργίας του κινητήρα. Σχεδόν όλη η ενέργεια των καυσαερίων χρησιμοποιείται για την κίνηση του έλικα. Για το λόγο αυτό, η προσφερόμενη από τα καυσαέρια ώση είναι πολύ μικρή. Σε ορισμένους ελικοστρόβιλους χρησιμοποιείται ξεχωριστός στρόβιλος για την κίνηση του έλικα. Αυτός ονομάζεται ελεύθερος στρόβιλος (free turbine ή power turbine) και είναι συνδεδεμένος µε ξεχωριστό άξονα µε το μειωτήρα στροφών. Τα άλλα μέρη του κινητήρα (συμπιεστής, θάλαμος καύσης και στρόβιλος καυσαερίων gas turbine) λειτουργούν για να παρέχουν καυσαέρια µε υψηλή ενέργεια για την περιστροφή του ελεύθερου στροβίλου.

52 Ελικοστρόβιλος - turboprop Πλεονεκτήματα Επιτυγχάνει την καλύτερη ειδική κατανάλωση καυσίμου συγκριτικά µε οποιονδήποτε αεριοστρόβιλο άλλου τύπου. Η συμβολή του έλικα επιτρέπει την επιτάχυνση μεγάλων μαζών αέρα σε μικρές ταχύτητες. Η παραγόμενη ώση είναι μεγάλη και το αεροσκάφος έχει ικανοποιητικά χαρακτηριστικά στην απογείωση (μικρός διάδρομος) και στην άνοδο. Ικανοποιητική απόδοση ακόμη και σε σχετικά μεγάλα ύψη πτήσεων (6000 m). Μειονεκτήματα Η απόδοση μειώνεται όταν αυξάνεται η ταχύτητα (άνω των 650km/h) και το ύψος της πτήσης (άνω των 7000 m). Πολυπλοκότητα κατασκευής. Βάρος μεγαλύτερο από ένα στροβιλοαντιδραστήρα µε ανάλογη ώση.

53 Ελικοστρόβιλος Pratt & Whitney Canada PT6 Cessna Caravan Free turbine Axial-centrifugal compressor Reverse-flow combustor Παραμένει σε παραγωγή από το 1956 και χρησιμοποιείται σε μια μεγάλη σειρά εφαρμογών από μονοκινητήρια εκπαιδευτικά αεροσκάφη σε εκδόσεις που ποικίλλουν από 450 μέχρι 1500kW.

54 Αξονοστρόβιλος - Turboshaft ΣΥΜΠΙΕΣΤΗΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΣ ΕΞΑΓΩΓΗ ΘΑΛΑΜΟΣ ΚΑΥΣΗΣ ΕΛ. ΣΤΡΟΒΙΛΟΣ ΕΛ. ΑΞΟΝΑΣ Η ισχύς παρέχεται σχεδόν αποκλειστικά στον άξονά του ενώ ελάχιστη είναι η παραγωγή ώσης. Στην περίπτωση που ο ελεύθερος στρόβιλος του ελικοστρόβιλου κινητήρα δε συνδέεται µε έλικα αεροσκάφους, αλλά µε τον άξονα του στροφείου ενός ελικοπτέρου τότε έχουμε τον αξονοστρόβιλο. Χρησιμοποιείται και ως εναλλακτικό µέσο παροχής ισχύος (Auxiliary Power Unit) σε αεροσκάφη. Μπορεί να συνδεθεί και µε τον άξονα στροφείου πλοίου, αυτοκινήτου, ηλεκτρογεννήτριας.

55 Στροβιλοανεμιστήρας - Turbofan Ο κινητήρας αυτός συνδυάζει τα τεχνικά χαρακτηριστικά του στροβιλοαντιδραστήρα και του ελικοστρόβιλου.

56 Στροβιλοανεμιστήρας - Turbofan Επιταχύνει μικρότερη μάζα αέρα από τον ελικοστρόβιλο αλλά μεγαλύτερη από το στροβιλοαντιδραστήρα. Αναπτύσσει μεγάλες ταχύτητες πτήσης και σε μεγάλα ύψη (όπως ο στροβιλοαντιδραστήρας) ενώ, παράλληλα, δεν απαιτεί μεγάλο διάδρομο για την απογείωση (όπως και ο ελικοστρόβιλος). Ο περιορισμός της ταχύτητας πτήσης του ελικοστρόβιλου σε τιμές 550 έως 650km/h δεν υφίσταται. Τα πτερύγια του ανεμιστήρα σε αυτήν την περίπτωση είναι σχεδιασμένα µε τρόπο τέτοιο ώστε να µην επηρεάζονται ιδιαίτερα από την ταχύτητα του αεροσκάφους. Αυξημένη παροχή ισχύος ανά μονάδα βάρους. Καλή ειδική κατανάλωση καυσίμου. Μειωμένος θόρυβος κατά την απογείωση και την προσγείωση. Περισσότερο αξιόλογοι τύποι κινητήρων αεριώθησης για μεγάλα αεροσκάφη.

57 Στροβιλοανεμιστήρας Trent της Rolls-Royce Οι στροβιλοανεμιστήρες έχουν αντικαταστήσει τους στροβιλοαντιδραστήρες στα επιβατικά αεροσκάφη λόγω της καλύτερης ειδικής κατανάλωσης καυσίμου τους και του μειωμένου θορύβου. Το Airbus A380 είναι ένα διώροφο, τετρακινητήριο αεροσκάφος τζετ ευρείας ατράκτου. Είναι το μεγαλύτερο επιβατικό αεροσκάφος στον κόσμο και πολλά αεροδρόμια έχουν αναβαθμίσει τις εγκαταστάσεις τους για να μπορούν να το φιλοξενήσουν. Το A380 έκανε την πρώτη του πτήση στις 27 Απριλίου 2005 και τέθηκε σε εμπορική υπηρεσία τον Οκτώβριο του 2007 με την Singapore Airlines. Ο πάνω όροφος του A380 εκτείνεται σε όλο το μήκος της ατράκτου, με πλάτος που αντιστοιχεί σε αεροσκάφος ευρείας ατράκτου. Αυτό δίνει στην καμπίνα του A ωφέλιμο χώρο ορόφου 478 τετραγωνικών μέτρων, 40% περισσότερο από ό, τι το επόμενο μεγαλύτερο αεροσκάφος, το Boeing και παρέχει θέσεις για 525 άτομα σε μία τυπική διαμόρφωση τριών-κλάσεων ή μέχρι 853 άτομα σε μία οικονομική διαμόρφωση. Το A έχει εμβέλεια km (8500 ναυτικά μίλια), που αρκεί για να πετάξει απευθείας από το Ντουμπάι στο Λος Άντζελες, και ταχύτητα πτήσης Mach 0,85 (περίπου 900 km/h, σε υψόμετρο). Το A380 χρησιμοποιεί κινητήρες Trent 900 από την εταιρεία Rolls-Royce ή κινητήρες GP7200 από την The Engine Alliance (μια κοινοπραξία μεταξύ της General Electric και της Pratt & Whitney). Ο κινητήρας Trent Συμπιεστής μέσης πίεσης 8 βαθμίδων Συμπιεστής υψηλής πίεσης 6 βαθμίδων Δακτυλιοειδής θάλαμος καύσης με 20 εγχυτήρες καυσίμου Στρόβιλος υψηλής πίεσης 1 βαθμίδας Στρόβιλος μέσης πίεσης 1 βαθμίδας Στρόβιλος χαμηλής πίεσης 5 βαθμίδων Διάμετρος ανεμιστήρα: 2.95 m Ώση338kN (Trent 977, Πολιτικός turbofan υψηλού λόγου παράκαμψης (bpr)

58 Θέσεις ανεμιστήρα στον Στροβιλοανεμιστήρα

59 Θέσεις ανεμιστήρα & λόγος παράκαμψης στους Στροβιλοανεμιστήρες Ο ανεμιστήρας βρίσκεται στο μπροστινό ή στο οπίσθιο τμήμα του κινητήρα. Η ροή του αέρα εισαγωγής διασπάται σε δύο ρεύματα: το θερμό και το ψυχρό. Το θερμό ρεύμα διέρχεται μέσα από τον κινητήρα. Το ψυχρό ρεύμα περνά περιφερειακά του σώματος του κινητήρα, µε την ίδια αξονική διεύθυνση (ροή παράκαμψης- bypass). Το ρεύμα αυτό συνεισφέρει στην παραγωγή του 80% της ώσης του κινητήρα. Ο ανεμιστήρας επιταχύνει ψυχρό αέρα προς το οπίσθιο τμήμα του κινητήρα, χωρίς αυτός να αναμιγνύεται µε καύσιμο και να καίγεται. Έτσι, παράγεται ώση που προστίθεται στην ολική ώση του κινητήρα. Ο λόγος του ψυχρού ρεύματος προς το θερμό ρεύμα αέρα καλείται λόγος παράκαμψης (bypass ratio) και είναι χαρακτηριστικό του στροβιλοανεμιστήρα. Οι τιμές του κυμαίνονται από 2:1 έως 10:12. Ανάλογα µε τις τιμές του λόγου, ο στροβιλοανεμιστήρας χαρακτηρίζεται ως υψηλού ή χαμηλού λόγου παράκαμψης. Η έξοδος του αέρα παράκαμψης πραγματοποιείται από ειδικό αγωγό (duct) που βρίσκεται περιφερειακά του κύριου σώματος του κινητήρα.

60 Λόγος παράκαμψης (bypass ratio) Στροβιλοανεμιστήρας (α) υψηλού και (β) χαμηλού λόγου παράκαμψης

61 Έξοδος αέρα παράκαμψης Το μήκος του αγωγού είναι μικρό συνήθως στην περίπτωση χρήσης ανεμιστήρα μεγάλης διαμέτρου. Μεγάλο μήκος αγωγού: ο αγωγός εκτείνεται σε όλο το μήκος του κινητήρα. Στην περίπτωση αυτή επιτυγχάνεται μείωση της αεροδυναμικής αντίστασης και του θορύβου του κινητήρα. Χρησιμοποιούνται περισσότεροι από ένας στρόβιλοι για την κίνηση αποκλειστικά και μόνο του ανεμιστήρα. Ο συμπιεστής κινείται από άλλον ή άλλους στροβίλους. Έξοδος αέρα παράκαμψης από αγωγό (Α) μικρού και (Β) μεγάλου μήκους

62 Βιομηχανικές Εφαρμογές

63 Έξοδος αέρα παράκαμψης Διάρκεια ζωής ~ 100,000 ώρες χωρίς μεγάλη προγραμματισμένη επισκευή συντήρηση Περιορισμός στο μέγεθος και στο βάρος όχι τόσο σημαντικός Δεν αξιοποιούν την κινητική ενέργεια των αερίων που εξέρχονται από τον στρόβιλο, την οποία θεωρούν ως απώλεια και επιδιώκεται η διατήρησή της σε χαμηλά επίπεδα.

64 Μεγάλος στρόβιλος SIEMENS μονής ατράκτου Αεριοστρόβιλος SIEMENS V94 Διάταξη για εφαρμογές συνδυασμένου κύκλου Χρησιμοποιεί δυο μεγάλους εξωτερικούς καυστήρες τύπου silo και αποδίδει 150 MW Η εισαγωγή του αέρα βρίσκεται αρκετά υψηλότερα από το επίπεδο του εδάφους για την αποφυγή εισόδου διαφόρων ανεπιθύμητων στερεών κατακρημνισμάτων στον κινητήρα.

65 Συμπαγής μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής Ισχύος (Rolls-Royce) Μικρός σταθμός παραγωγής ισχύος όπου χρησιμοποιείται ένας αεριοστρόβιλος που προέρχεται από αεροπορικό κινητήρα. Η εισαγωγή του αέρα βρίσκεται αρκετά υψηλότερα από το επίπεδο του εδάφους για την αποφυγή εισόδου διαφόρων ανεπιθύμητων στερεών κατακρημνισμάτων στον κινητήρα.

66 Κινητήρας TRENT της Rolls-Royce Μεγάλος κινητήρας τύπου στροβιλοανεμιστήρα με τρία τύμπανα Ο μονοβάθμιος ανεμιστήρας οδηγείται από έναν πενταβάθμιο στρόβιλο χαμηλής πίεσης Βιομηχανική έκδοση: ο ανεμιστήρας αντικαταστάθηκε από ένα διβάθμιο συμπιεστή παρόμοιου λόγου πίεσης αλλά πολύ χαμηλότερης παροχής μάζας. Ο στρόβιλος χαμηλήες παράγει μια μεγάλη περίσσεια ισχύος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να οδηγεί τη γεννήτρια. Η ταχύτητα του άξονα χαμηλήε πίεσης του αεροσκάφους περιορίζεται από τη μέγιστη ταχύτητα των κορυφών των πτερυγίων του ανεμιστήρα και ισοδυναμεί με 3600 RPM. Το γεγονός αυτό επιτρέπει την άτρακτο εξόδου της βιομηχανικής έκδοσης να συνδεθεί απευθείας με μια γεννήτρια 60 Hz. Μπορεί να συνδεθεί και με γεννήτρια 50 Hz (3000 RPM) με αλλαγή της γωνίας των πτερυγίων του συμπιεστή ΧΠ.

67 Συμπαραγωγή ή Συνδυασμένη θερμότητα και ισχύς (CHP) Ο αεριοστρόβιλος οδηγεί μια γεννήτρια και τα αέρια εξαγωγής, συνήθως σε θερμοκρασία C, χρησιμοποιούνται σαν πηγή θερμότητας κατώτερης ποιότητας. Πολλές βιομηχανικές διεργασίες απαιτούν μεγάλες ποσότητες ατμού και θερμού νερού (ποτοποιεία, χαρτοβιομηχανίες, τσιμεντοβιομηχανίες κλπ) Θέρμανση μεγάλων κτιρίων σε σχετικά χαμηλή θερμοκρασία (Πανεπιστήμια, Νοσοκομεία, κλπ) Ο θερμοκρασιακός περιορισμός στον κύκλο αεριοστρόβιλου σημαίνει ότι πρέπει να χρησιμοποιηθούν υψηλοί λόγοι αέρα/καυσίμου, με αποτέλεσμα την παρουσία μεγάλου ποσοστού αχρησιμοποίητου οξυγόνου στην εξαγωγή, καθιστώντας τα αέρια της εξαγωγής πολύ κατάλληλα Η μονάδα μπορεί να σχεδιαστεί για να ικανοποιεί τις απαιτήσεις σε θερμό αέριο, με ή χωρίς παραγόμενη ισχύ ατράκτου και μερικές φορές να είναι σε θέση να καίει ένα καύσιμο που είναι ένα παραπροϊόν της χημικής διεργασίας.

68 Συμπαραγωγή ή Συνδυασμένη θερμότητα και ισχύς (CHP)

69 Μικρής κλίμακας διανεμημένη συμπαραγωγή Χρησιμοποιούνται μικροί αεριοστρόβιλοι ονομαστικής ισχύος 100kW Για χρήση σε μικρούς χρήστες (supermarkets, εμπορικά κέντρα, κλπ) Λόγω του μικρού μεγέθους τους θα διαθέτουν απλά χαρακτηριστικά, αλλά χρησιμοποιώντας τη θερμότητα χαμηλές ποιότητας στην εξαγωγή για θέρμανση κτιρίων κλιματισμό και παραγωγή θερμού νερού. Εφεδρική σύνδεση στο τοπικό δίκτυο ηλεκτρισμού και ένα εφεδρικό σύστημα θέρμανσης.

70 Ναυτικές και Χερσαίες Μεταφορές

71 Ναυτικές μεταφορές Ο αεριοστρόβιλος έχει μακρά ιστορία επιτυχημένης λειτουργίας στο πολεμικό ναυτικό όπου τα πλεονεκτήματα του συμπαγούς μεγέθους, της υψηλής πυκνότητας ισχύος, του χαμηλού θορύβου και της μειωμένης υποστήριξης από προσωπικό έχουν εκτοπίσει τον ατμοστρόβιλο σε πολεμικά πλοία επιφάνειας. Σημαντικό μειονέκτημα: φτωχή ειδική κατανάλωση καυσίμου σε συνθήκες μερικού φορτίου. π.χ. πλοίο με μέγιστη ταχύτητα 36 knots και μέση ταχύτητα πορείας 18 knots, ισχύς ανάλογη της τρίτης δύναμης της ταχύτητας => ισχύς πορείας μόνο το 1/8 της μέγιστης ισχύος. Πρακτικά πολύς χρόνος λειτουργίας θα δαπανηθεί σε ταχύτητες μικρότερες από 18 knots. Για να ξεπεραστεί αυτό το πρόβλημα και να εξασφαλιστεί η συνήθης λειτουργία των αεριοστροβίλων σε μέγιστη ισχύ και βαθμό απόδοσης, χρησιμοποιήθηκαν συνδυασμένες μονάδες παραγωγής που αποτελούνταν από αεριοστρόβιλους σε συνδυασμό με ατμοστρόβιλους, κινητήρες diesel και άλλους αεριοστρόβιλους.

72 Ναυτικές μεταφορές Ονοματολογία: COSAG CODOG COGOG COGAG, κλπ CO = COmbined S = Steam turbine G = Gas turbine D = Diesel engine A = And O = Or Two Main Engines Markus Brinkmann, CC BY-SA 2.0

73 Ναυτικές μεταφορές COSAG : Χρησιμοποιήθηκε αρχικά σε περιπτώσεις όπου η άτρακτος του πλοίου οδηγούνταν και από ατμοστρόβιλους και από αεριοστρόβιλους και ο σχεδιασμός του συστήματος μετάδοσης έδινε αυτή τη δυνατότητα. Οι αεριοστρόβιλοι ήταν μονάδες (βιομηχανικού τύπου) ισχύος 6MW και χρησιμοποιούνταν αρχικά για γρήγορες εκκινήσεις και για αύξηση ισχύος. Η επιτυχημένη εφαρμογή των αεριοστρόβιλων σε αυτή την περίπτωση οδήγησε πρακτικά σε λειτουργία τους για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα.

74 Ναυτικές μεταφορές CODOG : Αεριοστρόβιλος για αύξηση ισχύος και κινητήρας diesel για πορεία. Ισχύς κινητήρα diesel πολύ μικρότερη από αυτή του αεριοστρόβιλου. Δεν υπάρχει σημαντικό πλεονέκτημα από την άθροιση των δυο ισχύων οπότε το πλοίο λειτουργεί είτε με τον αεριοστρόβιλο ή με τη μηχανή diesel. Για ναυτική χρήση ο diesel έχει το πλεονέκτημα της πολύ καλής κατανάλωσης καυσίμου κατά την πορεία με το μειονέκτημα του μεγάλου όγκου και του μεγαλύτερου επιπέδου υποβρύχιου θορύβου.

75 Ναυτικές μεταφορές COGOG : Συνδυάζει έναν μικρό αεριοστρόβιλο πορείας (4-5MW) με έναν μεγάλο αεριοστρόβιλο (20-25MW) για αύξηση ισχύος (boost). Οι μικροί αεριοστρόβιλοι δεν είναι και τόσο ανταγωνιστικοί σε σχέση με τους κινητήρες diesel αναφορικά με την ειδική κατανάλωση καυσίμου οπότε υπάρχει μια τάση μετατόπισης από το σύστημα COGOG στο CODOG.

76 Ναυτικές μεταφορές Σύνθετο παράδειγμα : Διάταξη μονάδας BG Boost Gearbox BE Boost Engine CG Cruise Gearbox CE Cruise Engine CST Cruise Steam Turbine Missile Cruiser, pr. «ATLANT» («SLAVA») with propulsion plant M2 Full displacement tones Economy speed 18 knots Full speed 32,5 knots COSAG boost

77 Ναυτικές μεταφορές COGAG : Χρησιμοποιεί αεριοστρόβιλους του ίδιου μεγέθους και μπορεί να συνδυάσει την παραγόμενη ισχύ τους.

78 Ναυτικές μεταφορές COGES : Για κρουαζιερόπλοια αεριοστρόβιλος σε συνδυασμένο κύκλο, παρέχοντας ατμό και για παραγωγή ισχύος και για ξενοδοχειακές υπηρεσίες. Οι προπέλες του πλοίου περιστρέφονται με ηλεκτρικούς κινητήρες. 1. Ηλεκτρογεννήτριες 2. Ατμοστρόβιλος 3. Συμπυκνωτής 4. Αντλία 5. Λέβητας/εναλλάκτης θερμότητας 6. Αεριοστρόβιλος

79 Ναυτικές μεταφορές COGES : LM2500

80 Ναυτικές μεταφορές κινητήρας LM2500+ LM2500+ Ισχύς SFC Παροχή θερμότητας Παροχή καυσαερίων kw 215 g/kw-hr 9227 kj/kws-hr 85.9 kg/sec Θερμοκρασία καυσαερίων 518 C Στροφές ελεύθερου στροβίλου 3600 rpm Μέση λειτουργία, 60 Hertz, 15 C, επίπεδο θάλασσας, 60% σχετική υγρασία, χωρίς απώλειες εισόδου/εξόδου RMS Queen Mary 2 Brian Burnell, CC BY-SA 3.0 Μήκος: 345 m Ολική χωρητικότητα: GT Εκτόπισμα: τόνοι Καταστρώματα: 14 επιβατικά/18 συνολικά Εγκατεστημένη ισχύς: 4 x Wärtsilä 16V 46C-CR / kw 2 x GE LM2500+ / kw Πρόωση: 4 x 21.5 MW Rolls-Royce/Alstom "Mermaid" electric propulsion pods Χωρητικότητα: 2620 επιβάτες Ταχύτητα: 30 κόμβοι (56 km/h 35 mph) Rolls-Royce "Mermaid" electric propulsion pod

81 Τραίνα Διάφοροι τύποι αμαξοστοιχιών που χρησιμοποιούν αεριοστρόβιλος έχουν αναπτυχθεί. Διαφοροποιούνται κυρίως ως προς τον τρόπο μετάδοσης της μηχανικής ισχύος στους κινητήριους τροχούς. Μηχανικός τρόπος μετάδοσης Σύνδεση με ηλεκτρογεννήτρια (Gas Turbine Electric GTEL): κατάλληλο για μεγάλα ταξίδια σε σταθερή ταχύτητα GTEL Union Pacific 18 at the Illinois Railway Museum Jeremy Atherton, CC BY-SA 2.5

82 Τραίνα

83 Τραίνα

84 Τραίνα 1 Δεξαμενή καυσίμου 2 Αεριοστρόβιλος 3 Κιβώτιο ταχυτήτων 4 Γεννήτρια 5 Ρεζερβουάρ αέρα 6 Εύκαμπτοι σύνδεσμοι 7 Πετάσματα αμαξώματος 8 Μονάδα ελέγχου τραίνου (ATC) 9 Cushion Shelf 10 Θέση μηχανικού 11 Βοηθητικός μετασχηματιστής 12 Κονσόλα μηχανής 13 Διάφραγμα 14 Φίλτρα αδράνειας και ηχοαπόσβεσης 15 Δευτερεύοντα φίλτρα μηχανής 16 Σύστημα HVAC 17 Μπλοκ κινητήρα 18 Σύστημα πυρόσβεσης 19 Φορτιστής μπαταρίας 20 Αεροσυμπιεστής/ξηραντήρας αέρα 21 Ψύξη γεννήτριας 22 Σύστημα ελέγχου πνευματικών φρένων 23 Ψύξη ελαίου στροβίλου/κιβωτίου 24 Ράφια ελέγχου 25 Απαγωγός καυσαερίων 26 Ράφια εξοπλισμού αεριοστρόβιλου 27 Φυσητήρας 28 Τροφοδοσία και έλεγχος στροβίλου 29 Μπαταρίες 30 Τουαλέτα 31 Δίκτυο ροοστατών 32 Απόσβεση θορύβου καυσαερίων 33 Ράφια εξοπλισμού κιβωτίου ταχυτήτων

85 Αυτοκίνητα Rover Jet 1 Rover Jet 1 Stephencdickson, CC BY-SA 4.0

86 Αυτοκίνητα General Motors Firebird Firebird I Firebird II Firebird III Firebird IV Firebird I (c) Karrmann, CC BY-SA 3.0

87 Αυτοκίνητα Chrysler Turbine Car

88 Αυτοκίνητα Fiat Turbina Fiat Turbina torephoto, CC BY 2.0 Gasturbine "Tipo 8001" der Fiat Turbina Bergfalke2, CC BY-SA 3.0 Stunning Gas Turbine Car Andrew Bone, CC BY 2.0

89 Αυτοκίνητα Volvo ECC (Environmental Concept Car)

90 Άρματα μάχης 1944: GT Ο πρώτος αεριοστρόβιλος που προορίζονταν για χρήση σε άρμα μάχης 1954: PU εγκαθίσταται και δοκιμάζεται σε βρετανικό άρμα μάχης Conqueror Panther Conqueror 1950: Stridsvagn το πρώτο άρμα μάχης σε μαζική παραγωγή που χρησιμοποιεί αεριοστρόβιλο κινητήρα. 103 A: Rolls-Royce K60 diesel, 240 hp (179 kw) and Boeing GT502 gas turbine, 300 hp (223 kw) 103 B: Rolls-Royce K60 diesel, 240 hp (179 kw) and Caterpillar 553 gas turbine, 490 hp (365 kw) 103 C: Detroit diesel 6V53T, 290 hp (216 kw) and Caterpillar 553 gas turbine, 490 hp (365 kw) Stridsvagn : αεριοστρόβιλοι χρησιμοποιούνται τόσο ως βοηθητικές μηχανές (APUs) είτε ως κύριες μηχανές, π.χ. Ρωσικό T-80 και Αμερικάνικο M1 Abrams M1 Abrams: Honeywell AGT1500C multi-fuel turbine engine 1120 kw T-80: αεριοστρόβιλος SG-1000 (1000 hp) στην έκδοση T-80B, αεριοστρόβιλος GTD-1250 (1250 hp) στην έκδοση T-80U ή μηχανή diesel στην έκδοση T-80UD M1 Abrams T-80 Honeywell AGT1500C

91 Περιβαλλοντικά Θέματα

92 Περιβαλλοντικά Θέματα Θόρυβος Ανάλογος της ταχύτητας των καυσαερίων Λύση: μείωση ταχύτητας δέσμης καυσαερίων, αύξηση παροχής μάζας αέρα ανάπτυξη στροβιλοανεμιστήρα Στροβιλοανεμιστήρας και λόγος παράκαμψης Εκπομπές Οξείδια Αζώτου (NO x ) Άκαυστοι υδρογονάνθρακες (UHC) Διοξείδιο του άνθρακα CO 2

93 Περιβάλλον - θόρυβος Η εμφάνιση σημαντικού αριθμού αεροθούμενων αεροσκαφών σε αεροδρόμια στο τέλος της δεκαετίας του 50 οδήγησε στο πρόβλημα ηχορύπανσης που υπήρχε κίνδυνος να εμποδίσει σημαντικά την ανάπτυξη των αερομεταφορών

94 Παραγωγή θορύβου Θόρυβος ~ v 8 (v = jet velocity) =>οδήγησε στην ανάπτυξη του στροβιλοανεμιστήρα Μειωμένη ταχύτητα καυσαερίων Μεγάλη παροχή αέρα από την παράκαμψη

95 Περιβάλλον - θόρυβος Ο θόρυβος από τη δέσμη καυσαερίων υψηλής ταχύτητας στην εξαγωγή (Jet noise) προκαλείται από την ανάμιξη των καυσαερίων με τον ατμοσφαιρικό αέρα: - Επηρεάζεται από την ανάπτυξη διατμητικών στρωμάτων που δημιουργούνται μεταξύ θερμών καυσαερίων και ψυχρών μαζών αέρα - Η κλίση της ταχύτητας δημιουργεί εμφάνιση δινών κοντά στην έξοδο: θόρυβος υψηλής συχνότητας (μικρές δίνες), μακριά κατάντη της εξόδου: θόρυβος χαμηλής συχνότητας (μεγάλες δίνες) - Κρουστικά κύματα αναπτύσσονται όταν η ταχύτητα των καυσαερών ξεπερνά τη ταχύτητα του ήχου και δημιουργούν θόρυβο υψηλής συχνότητας

96 Μείωση θορύβου Μείωση θορύβου επιτυγχάνεται μέσω της επιτάχυνσης της διαδικασίας ανάμιξης με αύξηση της επιφάνειας του jet Αλλαγή στη μορφή της εξόδου για μείωση θορύβου

97 Θόρυβος αό τα πτερύγια Ο θόρυβος από τις περιστρεφόμενες στροβιλομηχανές Προκαλεί διακριτούς τόνους λόγω της αλληλεπίδρασης μεταξύ σταθερών και περιστρεφόμενων σιερών πτερυγίων Η ένταση του απόρρου (wake) εξαρτάται από την απόσταση κατάντη της σειράς των πτερυγών Αποφυγή θορύβου από στροβιλομηχανές Χρήση υλικών που απορροφούν το θόρυβο αύξηση της απόστασης μεταξύ διαδοχικών σειρών πτερυγίων Σε περίπου bpr = 5, ο θόρυβος των πτερυγίων της στροβιλομηχανής κυριαρχεί σε σχέση με το θόρυβο από το jet

98

99 Περιβάλλον αέριοι ρύποι NO x : Εμφανίζονται σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες καύσης Αυξάνουν με τη θερμοκρασία εισόδου στον θάλαμο καύσης Τα παραπάνω αυξάνουν τη θερμοκρασία εισόδου στον στρόβιλο και τον λόγο πιέσεων οδηγώντας σε αύξηση του βαθμού απόδοσης αλλά και αύξηση του σχηματισμού NO x (φαινόμενο περιορισμού ισχύος) Άκαυστοι υδρογονάνθρακες UHC (unburned hydrocarbons): Μεγάλες ποσότητες περίσσειας αέρα κατά την καύση οδηγούν σε μειωμένες εκπομπές UHC Κύριο προϊόν της καύσης το CO 2 : Αέριο του Θερμοκηπίου Μείωση μόνο μέσω βελτίωσης της απόδοσης έτσι ώστε να καίγεται λιγότερο καύσιμο για την ίδια παραγόμενη ισχύ. Ιδανικά ανάπτυξη πηγών ισχύος χωρίς καύση ορυκτού καυσίμου

100 Η Διαδικασία Σχεδιασμού Αεριοστροβίλων

101

102 Λειτουργία Αεριοστροβίλων

103 Λειτουργία Αεριοστροβίλων Για να υπάρχει δυνατότητα εκτόνωσης σε έναν στρόβιλο θα πρέπει να παρέχεται ένας λόγος συμπίεσης ή λόγος πίεσης και συνεπώς το πρώτο απαραίτητο βήμα στο θερμοδυναμικό κύκλο μιας μονάδας παραγωγής ισχύος αεριοστρόβιλου πρέπει να είναι η συμπίεση του εργαζόμενου μέσου. Απαραίτητη προϋπόθεση για την παραγωγή ισχύος από τον αεριοστρόβιλο είναι η προσθήκη ενέργειας για αύξηση της θερμοκρασίας του εργαζόμενου μέσου πριν από την εκτόνωση ΚΑΥΣΗ καυσίμου στον αέρα που έχει συμπιεστεί.

104 Σύγκριση αεριοστρόβιλου εμβολοφόρου κινητήρα

105

106 Πίεση και θερμοκρασία Όλες αυτές οι βαθμίδες της μηχανής λειτουργούν λόγω της σχέσης μεταξύ πίεσης, όγκου και θερμοκρασίας. Το γινόμενο της πίεσης με τον όγκο ενός αερίου (έργο) είναι ανάλογο της θερμοκρασίας του Πίεση (atmospheres) Θερμοκρασία ( C)

107 Πίεση και θερμοκρασία Ο βαθμός απόδοσης της μηχανής διέπεται από τη μέγιστη πίεση και θερμοκρασία που επιτυγχάνονται στο κέντρο του πυρήνα της. Η πρόοδος της τεχνολογίας έχει επιφέρει σημαντικές αυξήσεις αυτών των μεγεθών. Βελτιώσεις στην αεροδυναμική των συμπιεστών επιτρέπουν μεγαλύτερες αυξήσεις πίεσης να επιτευχθούν με λιγότερα εξαρτήματα (βαθμίδες). Τα εξαρτήματα της καύσης και του στροβίλου μπορούν να λειτουργήσουν σε συνθήκες που κανονικά θα επέρχονταν η καταστροφή τους. Αυτή η λειτουργία απαιτεί σημαντική ψύξη. Η πρόοδος των υλικών και των ψυκτικών τεχνολογιών βοήθησε στη βελτίωση της απόδοσης και της μείωσης του βάρους.

108 Διατάξεις ανοικτού κύκλου, μονής και διπλής ατράκτου Σε σταθμούς παραγωγής ισχύος βασικού φορτίου, απαιτείται ο αεριοστρόβιλος να λειτουργεί σε συνθήκες σταθερής ταχύτητας και φορτίου και η διάταξη μονής ατράκτου είναι η πλέον κατάλληλη. Η ευελιξία λειτουργίας (π.χ. ταχύτητα απόκρισης μηχανής σε μεταβολές φορτίου) δεν αποτελεί σημαντική απαίτηση. Πλεονέκτημα η σχετικά υψηλή αδράνεια λόγω αντίστασης του συμπιεστή καθώς μειώνει τον κίνδυνο υπερτάχυνσης σε περίπτωση μείωσης του φορτίου. Εναλλάκτης θερμότητας. Μπορεί να προστεθεί για να βελτιώσει τον θερμικό βαθμό απόδοσης. Απαραίτητος για την επίτευξη υψηλού βαθμού απόδοσης για χαμηλούς λόγους συμπίεσης αλλά λιγότερο ευνοϊκή η χρήση του για μεγάλους λόγους συμπίεσης.

109 Διατάξεις ανοικτού κύκλου, μονής και διπλής ατράκτου Μια τροποποιημένη μορφή διάταξης ανοικτού κύκλου για περιπτώσεις που το καύσιμο π.χ. κονιορτοποιημένος στερεός άνθρακας είναι τέτοιο που τα προϊόντα της καύσης περιέχουν συστατικά που μπορούν να διαβρώσουν ή να φθείρουν τα πτερύγια του στροβίλου. Χαμηλός βαθμός απόδοσης γιατί η πρόσδοση θερμότητας γίνεται μέσω του εναλλάκτη ο οποίος δεν είναι τέλειος. Χρησιμοποιείται μόνο όταν η παροχή του ακάθαρτου καυσίμου είναι διαθέσιμη σε πολύ χαμηλό κόστος.

110 Διατάξεις ανοικτού κύκλου, μονής και διπλής ατράκτου Όταν η ευελιξία στη λειτουργία είναι μεγάλης σημασίας π.χ. όταν ο αεριοστρόβιλος οδηγεί ένα φορτίο μεταβλητής ταχύτητας όπως ο συμπιεστής ενός αγωγού Φ.Α. ή προπέλα ενός πλοίου ή ένα αυτοκινούμενο όχημα είναι επιθυμητή η χρήση ενός μηχανικά ανεξάρτητου (ή ελεύθερου) στροβίλου ισχύος (free ή power turbine). Στο σχήμα ο στρόβιλος υψηλής πίεσης οδηγεί τον συμπιεστή και ο συνδυασμός των δυο δρα σαν μια μονάδα παραγωγής αερίων ή αεριοπαραγωγός για τον στρόβιλο χαμηλής πίεσης. Προπέλα πλοίου. Λειτουργεί σε χαμηλότερη ταχύτητα οπότε απαιτείται η χρήση μειωτήρα στροφών. Κινητήρες με δυο ατράκτους μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κίνηση μιας ηλεκτρικής γεννήτριας και αυτοί οι κινητήρες συνήθως προέρχονται από αεροπορικούς jet όπου το προωθητικό ακροφύσιο αντικαθίσταται από έναν στρόβιλο ισχύος. Στρόβιλος χαμηλής πίεσης Στρόβιλος υψηλής πίεσης

111 Διατάξεις ανοικτού κύκλου, μονής και διπλής ατράκτου Πλεονεκτήματα Εύκολη εκκίνηση σε σύγκριση με την μονάδα μονής ατράκτου μιας και το σύστημα εκκίνησης χρειάζεται να υπολογιστεί να ξεκινά μόνο τον αεριοπαραγωγό. Το σύστημα εκκίνησης μπορεί να είναι ηλεκτρικό, υδραυλικός κινητήρας, στρόβιλος εκτόνωσης που τροφοδοτείται με μια παροχή φυσικού αερίου σε αγωγό μεταφοράς, ένα κινητήρας diesel ή ένας ατμοστρόβιλος. Μειονεκτήματα Μια πτώση του ηλεκτρικού φορτίου μπορεί να οδηγήσει σε υπερτάχυνση του στροβίλου και απαιτείται κατάλληλα σχεδιασμένου σύστημα ελέγχου εμπόδισης του φαινομένου.

112 Διατάξεις ανοικτού κύκλου, μονής και διπλής ατράκτου Μεταβολή ισχύος Και στους δυο τύπους κινητήρων η μεταβολή ισχύος επιτυγχάνεται με έλεγχο της παροχής καυσίμου στον θάλαμο καύσης. Και στις δυο περιπτώσεις ο λόγος πίεσης του κύκλου και η μέγιστη θερμοκρασία μειώνονται με τη μείωση της ισχύος από την τιμή σχεδιασμού με αποτέλεσμα ο θερμικός βαθμός απόδοσης να μειώνεται σημαντικά κατά τη λειτουργία σε μερικό φορτίο. Βελτίωση επιδόσεων αεριοστροβίλων Οι επιδώσεις ενός αεριοστρόβιλου μπορούν να βελτιωθούν σημαντικά με την αύξηση του έργου εκτόνωσης και τη μείωση του έργου συμπίεσης. Αν η διεργασία συμπίεσης εκτελεστεί σε δυο στάδια (βαθμίδες) με ενδιάμεση ψύξη το έργο της συμπίεσης μπορεί να μειωθεί. Παρόμοια μπορεί να μειωθεί το έργο εκτόνωσης (με δυο ή περισσότερες βαθμίδες εκτόνωσης και αναθέρμανση του καυσίμου στη μέγιστη επιτρεπτή θερμοκρασία ανάμεσα στις βαθμίδες).

113 Διατάξεις πολλαπλών στροφίων Για την επίτευξη ενός υψηλού θερμικού βαθμού απόδοσης χωρίς τη χρήση ενός εναλλάκτη θερμότητας είναι σημαντικός ένα υψηλός λόγος συμπίεσης. Διάταξη πολλαπλών στροφίων: αναπτύχθηκε αρχικά για αεροπορικές εφαρμογές. Σήμερα χρησιμοποιείται σε πολλές εφαρμογές παραγωγής ισχύος σε άτρακτο και στους περισσότερους από αυτούς το ακροφύσιο αντικαθίσταται από έναν ελεύθερο στρόβιλο. Η γεννήτρια και ο συμπιεστής ΧΠ λειτουργούν σε σταθερή περιστροφική ταχύτητα. Σε μικρότερους κινητήρες ο συμπιεστής ΥΠ είναι συχνά φυγοκεντρικού τύπου γιατί για τις μεγάλες τιμές πίεσης και πυκνότητας που εμφανίζονται η παροχή όγκου είναι χαμηλή και τα πτερύγια που θα απαιτούνταν για έναν αξονικό συμπιεστή θα ήταν πολύ μικρά για καλό βαθμό απόδοσης. Μονάδες διπλού στροφίου χρησιμοποιήθηκαν σε λόγο πίεσης ~10 και είναι κατάλληλοι για λόγους πίεσης κύκλων μέχρι 35:1. Διατάξεις τριπλού στροφείου μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθούν σε μεγάλους κινητήρες τύπου στροβιλοανεμιστήρα όπου υπάρχει μεγάλη απαίτηση για πολύ υψηλό λόγο συμπίεσης και χαμηλή περιστροφική ταχύτητα για τον ανεμιστήρα με μεγάλη διάμετρο.

114 Κλειστοί κύκλοι αεριοστροβίλου Πλεονεκτήματα Δυνατότητα χρήσης υψηλής πίεσης (και υψηλής πυκνότητας αερίου) διαμέσου του κύκλου που οδηγεί σε μέγεθος των στροβιλομηχανών για δεδομένη ισχύ εξόδου και επίσης παρέχει τη δυνατότητα μεταβολής της παραγόμενης ισχύος μέσω αλλαγής στο επίπεδο πίεσης του κυκλώματος. Μπορεί να καλυφθεί ένα μεγάλο εύρος φορτίου χωρίς μεταβολή της μέγιστης θερμοκρασίας του κύκλου και συνεπώς με μικρή μεταβολή του βαθμού απόδοσης. Αποφεύγεται η φθορά των πτερυγίων του στροβίλου και άλλες βλαβερές επιπτώσεις από τα προϊόντα της καύσης. Εξαλείφεται η ανάγκη για φιλτράρισμα του εισερχόμενου αέρα, το οποίο αποτελεί ένα πολύ σοβαρό πρόβλημα στη χρήση μονάδων ανοικτού κύκλου σε περιβάλλον με ρύπανση. Υψηλή πυκνότητα εργαζόμενου μέσου βελτιώνει τη μετάδοση θερμότητας οπότε επιτρέπει υψηλότερο βαθμό απόδοσης κατά την εναλλαγή θερμότητας. Μειονεκτήματα Αναγκαιότητα χρήσης μιας εξωτερικής πηγής πρόσδοσης θερμότητας που απαιτεί τη χρήση ενός βοηθητικού κύκλου και εισάγει μια θερμοκρασιακή διαφορά ανάμεσα στα καυσαέρια και στο εργαζόμενο μέσο. Η επιτρεπόμενη θερμοκρασία λειτουργίας των επιφανειών του θερμαντήρα θέτει επομένως ένα ανώτερο όριο στη μέγιστη θερμοκρασία του κύριου κύκλου.

115 Κλειστοί κύκλοι αεριοστροβίλου Υδρόψυκτος προψύκτης για το ρευστό του κύριου κύκλου ανάμεσα στον εναλλάκτη και στον συμπιεστή Η συσκευή πρόσδοσης θερμότητας στο αέριο αποτελεί μέρος του κύκλου ενός βοηθητικού ατμοστροβίλου Η ισχύς ελέγχεται μέσω μιας βαλβίδας απομάκρυνσης αερίου (blow-off valve) και μια παροχή συμπιεσμένου αερίου όπως παρουσιάζεται στο σχήμα.

116 Ιδεατοί κύκλοι Παραδοχή ιδεατών συνθηκών: Διεργασίες αντιστρεπτές και αδιαβατικές ισεντροπικές Μεταβολή κινητικής ενέργειας του εργαζόμενου μέσου μεταξύ εισόδου και εξόδου αμελητέα. Δεν υπάρχουν απώλειες πίεσης στους αγωγούς εισόδου, στους θαλάμους καύσης, στους εναλλάκτες στου ενδιάμεσους ψύκτες στους αγωγούς εξόδου και τους συνδετικούς αγωγούς. Το εργαζόμενο μέσο έχει την ίδια σύσταση σε όλο τον κύκλο και αποτελεί ένα τέλειο αέριο με σταθερές ειδικές θερμοχωρητικότητες. Η παροχή μάζας του αερίου είναι σταθερή σε όλο τον κύκλο. Η μεταφορά θερμότητας σε έναν εναλλάκτη θερμότητας είναι πλήρης οπότε η αύξηση θερμοκρασίας του ψυχρού ρεύματος είναι η μέγιστη δυνατή και ακριβώς ίση με τη θερμοκρασιακή πτώση στο θερμό ρεύμα.

117 Ιδεατοί κύκλοι 1-2 Αδιαβατική συµπίεση. Ο αέρας εισάγεται µέσω της εισαγωγής στον κινητήρα. Αναρροφάται από το συµπιεστή, ο οποίος αυξάνει τη στατική του πίεση. Παράλληλα, παρατηρείται αύξηση της θερµοκρασίας και πτώση του όγκου του. 2-3 Ισοβαρής καύση. Η µεταβολή αυτή παριστάνει τις αλλαγές που πραγµατοποιούνται κατά την καύση του µείγµατος αέρα καυσίµου στο θάλαµο καύσης υπό σταθερή πίεση. Η αύξηση της θερµοκρασίας επιφέρει µείωση της πυκνότητας µε αποτέλεσµα την αύξηση της ταχύτητας των καυσαερίων, καθώς η διατοµή του κινητήρα σε αυτό το σηµείο δεν παρουσιάζει ουσιαστική µεταβολή. 3-4 Αδιαβατική εκτόνωση. Τα καυσαέρια εξέρχονται από το θάλαµο καύσης. Περνούν από τα πτερύγια του στροβίλου. Η στατική πίεση και η θερµοκρασία τους µειώνεται ενώ ο όγκος τους συνεχίζει να αυξάνεται. Ο στρόβιλος περιστρέφεται και παρέχει κίνηση στο συµπιεστή, µέσω του κοινού τους άξονα. Έτσι, µέρος της ισχύος των καυσαερίων διατίθεται για τη διεργασία της συµπίεσης. 4-5 Αδιαβατική εκτόνωση. Στη συνέχεια, µετά το στρόβιλο, παρουσιάζεται µικρή αντίσταση στη ροή των καυσαερίων. Αυτά εκτονώνονται στο ακροφύσιο εξαγωγής, όπου παρατηρείται µεγάλη αύξηση της ταχύτητάς τους µε παράλληλη µείωση της πίεσης και της θερµοκρασίας τους. 4-1 Ισοβαρής αποβολή θερµότητας. Η αποβολή της θερµότητας των καυσαερίων πραγµατοποιείται στην ατµόσφαιρα.

118 Λειτουργία αξονικού συμπιεστή και στροβίλου

119 Λειτουργία αξονικού συμπιεστή και στροβίλου Βαθμίδες Συμπιεστή Περιστρεφόμενη σειρά (δρομέας) Περιστρεφόμενη σειρά (δρομέας) Βαθμίδες στροβίλου Περιστρεφόμενη σειρά (δρομέας) Περιστρεφόμενη σειρά (δρομέας) Ροή αέρα Ροή αερίου Σειρά σταθερών πτερυγίων Σειρά σταθερών πτερυγίων Σειρά σταθερών Πτερυγίων (nozzle) Σειρά σταθερών Πτερυγίων (nozzle)

120 Λειτουργία αξονικού συμπιεστή και στροβίλου Οι συμπιεστές και οι στρόβιλοι που είδαμε μέχρι εδώ είναι κατά κύριο λόγο αξονικοί επειδή η ροή είναι κατά τη διεύθυνση του άξονα της μηχανής. Είναι φτιαγμένες από σειρές πτερυγίων (περιστρεφόμενων και σταθερών). Ένα ζευγάρι μιας γραμμής περιστρεφόμενων και μιας γραμμής σταθερών πτερυγίων σχηματίζει μια βαθμίδα. Στον συμπιεστή, μια περιστρεφόμενη σειρά πτερυγίων χρησιμοποιεί το έργο ατράκτου που μεταφέρεται από τον στρόβιλο και προωθεί τη ροή προς τα σταθερά πτερύγια. Στα σταθερά πτερύγια μετατρέπουν τη κινητική αυτή ενέργεια του κινούμενου αερίου σε αύξηση πίεσης. Ο στρόβιλος από την άλλη λειτουργεί αντίστροφα από τον συμπιεστή. Η πίεση του αερίου μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια στα σταθερά πτερύγια. Η ροή αυτή οδηγείται σε μια σειρά περιστρεφόμενων πτερυγίων τα οποία απομαστεύσουν ενέργεια από τη ροή για να την αποδώσουν στον συμπιεστή. Πρόοδος στην αεροδυναμική επέτρεψε τεράστιες αυξήσεις στα επίπεδα της ενέργειας που μπορεί να προσδοθεί ή να εξαχθεί με τη χρήση μιας μόνο βαθμίδας συμπιεστή ή στροβίλου. Αυτό διευκόλυνε τη βελτίωση της ισχύος, του βάρους και του κόστους.

121 Κινητήρας πολλαπλών στροφείων Trent 95,000 lbs ώσης Σύστημά Μέσης Πίεσης 8 βαθμίδες συμπιεστή 1 βαθμίδα στροβίλου >7,500 rpm Σύστημα Χαμηλής Πίεσης 1 βαθμίδα ανεμιστήρα 5 βαθμίδες στροβίλου >3,000 rpm Σύστημα Υψηλής Πίεσης 6 βαθμίδες συμπιεστή 1 βαθμίδα στροβίλου >10,000 rpm

122 Λειτουργία θαλάμου καύσης

123 Λειτουργία καυστήρα Κύρια ζώνη Μεσαία ζώνη Ζώνη αραίωσης (dilution zone) Ακροφύσιο έγχυσης καυσίμου