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[가스터빈] 가스터빈의종류 평가A+최고예요

가스 터빈 기관(GAS TURBINE ENGINE)◎가스터빈엔진의 개요가스터빈엔진은 열역학적 사이클에 의해서 작동하는 기계장치로서 가스상태의 작동유체를 압축 및 팽창하는 과정에서 동력을 연속적으로 얻어내는 엔진이다. 연속적인 작동 조건이라는 조건은 가스터빈엔진이 왕복기계나 등용적 연소 사이클을 사용하지 않는다는 것을 자동적으로 의미하며 회전식 부품이 주요구성요소가 된다는 것을 내포한다. 주요구성부품에 왕복운동이 없기 때문에 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰부분이 없어서 윤활유의 소비가 극히 적으며 왕복운동기계의 특징인 진동이 대폭 감소되고, 고속운동이 가능하다. 가스터빈엔진은 회전운동과 압축성가스에 의해서 움직이기 때문에 형태가 원주형으로 제작이 가능하고, 원주운동에 필요한 거리가 필요 없기 때문에 크기가 줄어든다. 또한 터빈은 압축된 가스의 팽창에 의해서 작동하기 때문에 부하의 변화에 대한 반응이 빠르다. 이러한 장점 때문에 가스터빈엔진은 항공기의 동력기관으로 아주 적합하며, 선박용 엔진과 산업용에도 그 응용이 증가하고 있다.◎가스 터빈 기관의 작동 원리정의 가스터빈이란 보일러에서 공급받은 고온의 증기를 작동유체로 사용하는 증기터빈과 달리 연소기에서 가열된 고온고압의 가스를 팽창시켜서 회전기계 에너지를 축출하여 그 힘으로 압축기와 발전기 축을 돌리게 하거나 가용 동력을 사용케 하는 기구이다. 즉 터빈을 쉽게표현하면작동원리나 형태에 있어서 압축기의 역이라 할 수 있다.◎가스터빈 기관의 장,단점1 가스 터빈 기관의 장점ㄱ 연소가 연속적으로 진행되기 때문에 기관의 추력이 증가ㄴ 왕복 부분이 없으므로 진동이 적고 높은 회전수를 얻을 수 있다.ㄷ 추운 기후에서도 시동이 용이하고 윤활유 소모가 적다.ㄹ 저급 연료 사용이 가능하다.ㅁ 고속 비행이 가능하다.2 가스 터빈 기관의 단점ㄱ 연료 소모량이 많다.ㄴ 소음이 심하다.◎가스터빈 기관의 분류1 압축기의 종류에 따른 분류ㄱ 원심식 압축기 기관ㄴ 축류식 압축기 기관ㄷ 원심-축류식 압축기 기관2 출력 발생 방법에 따른 분류터보관의 추진 효율(추력 효율,ηp):공기가 기관을 통과하면서 얻은 운동 에너지에 의한 동력과 추진 동력의 비{추진~효율= { 2×비행~속도} over {배기~ 가스~ 속도 + 비행~ 속도 }= { 2× { V}_{a } } over { { V}_{j }+ { V}_{a } }터보 제트 기관의 열효율(단열 효율,ηth):기관에 공급된 열에너지와 기계적 에너지로 바꿔진 양의 비터보 제트 기관의 전효율(ηt):공급된 열에너지에 의한 동력과 추력 동력으로 변한 양의 비ηt = ηp × ηth3 추력에 영향을 끼치는 요소공기 밀도의 영향 : 밀도가 증가하면 추력이 증가한다.대기 온도가 증가하면 추력은 감소하고, 대기압이 증가하면 밀도가 증가하여 추력은 증가한다.비행 속도의 영향 : 속도가 증가하면 추력이 감소하나 램 효과에 의해 추력이 증가한다.결과적으로 어느 정도까지는 감소하다가 다시 증가한다.비행 고도의 영향:고도가 증가하면 대기압이 낮아져 밀도가 작아지므로 추력은 감소하고 대기온도가 낮아져 밀도 가 증가하므로 추력은 증가한다. 그러나 증가량보다는 감소량이 크기 때문에 고도가 증가하면 결과적으로 추력은 감소한다. 고도가 11,000m 를 넘게되면 온도는 일정하고 압력만 낮아지므로 추력은 급격히 감소한다.{{4 가스 터빈 기관의 효율 향상법추진 효율 향상 방법:배기 속도를 감소시키는 대신 감소된 배기 가스 속도 에너지로 팬을 회전시켜 많은 공기를 뒤쪽으로 분출시켜 추진 효율을 향상시킨다.고바이패스비를 가질 수록 효율 향상열효율 향상 방법:터빈 입구 온도를 높일 수 있는 방법의 개발과 압축기 및 터빈의 단열 효율을 높이는 방법이가장 효과적◎압 축 기(COMPRESSOR)압축기의 역할은 제한된 체적의 연소실에서 가열되어 터빈을 통과하면서 팽창하게 될 공기에 최대한 의 압력을 주는 것으로, 터빈에서 공급되는 기계적 에너지를 공기의 압력에너지로 전환시켜 공기의 포텐셜을 높이는 것이다. 압축기는 공기를 압축할 때 최소한의 온도상승으로 최대한의 압축을 얼마나 효율적으로 할 수 있서지는 압축기 전체가 불안정성을 일으키는 현상이고, 스톨은 다단압축기에서 제1단 또 는 몇 단만이 흐름의 불안정성을 일으키는 것으로, 단 전부가 스톨되면 서지가 일어난다. 압축기에 서 서지가 발생할 때에는 폭음과 함께 압축기 입구로부터 화염이 역류해 나올 수 있으며, 반면에 스톨 이 발생하면 약간의 진동이 생기고, 엔진의 가속성 또는 감속성이 저하된다. 실속이 생기는 이유는 엔 진 회전속도, 높은 압축기 입구온도, 압축기 출구 또는 연소실의 압력, 공기 유량의 감소 등으로 이러 한 실속 또는 서지를 방지하기 위한 방법이 개발되어 왔다. 모든 작동조건에서 서지를 완전히 방지 할 수 있는 압축기를 설계하기 위해서는 압축비의 감소, 즉 엔진효율의 감소를 감수해야 한다. 그 러나, 효율의 감소는 매우 치명적이어서 가속, 감속 및 저추력 작동 중에 정상적으로 서지를 피할 수 있도록 엔진과 연료제어 계통의 연료유동을 제어해야 한다.1 원심식 압축기(CENTRIFUGAL TYPE COMPRESSOR)1 구 성임펠러, 디퓨저, 매니폴드{2 작동 원리:중심의 흡입 매니폴드에서 공기를 흡입하여 임펠러 회전에 의해 원주 방향으로 가속되고 디퓨의 확산 통로를 통해 속도 에너지가 압력 에너지로 변환되어 매니폴드를 통해 연소실로 공급다.3 장 점ㄱ 단당 압력비가 높다.ㄴ 제작이 쉽고 값이 싸다.ㄷ 구조가 튼튼하고 가볍다.4 단 점ㄱ 압축기 입,출구의 압력비가 낮다.ㄴ 효율이 낮다.ㄷ 많은 공기를 처리할 수 없다.ㄹ 전면 면적이 커서 항력이 크다.ㅁ 다단 제작이 곤란하다(보통 2단까지 사용).ㅂ 주로 소형 기관에 사용2 축류식 압축기(axial flow type compressor)1 구 성로터(rotor; 동익, 회전자), 스테이터(stator; 정익, 고정자)ㄱ 로 터 : 여러 층의 원판 둘레에 많은 로터 깃이 장착ㄱ 스테이터 : 압축기 바깥 쪽 케이스 부분으로 많은 스테이터 깃이 장착{2 장 점ㄱ 대량 공기 처리 가능ㄴ 압력비 증가를 위해 다단으로 제작 가능ㄷ 입, 출구의 압력비가able bypass valve)가변 바이패스 밸브는 기관의 속도가 규정 보다 높아지면 자동적으로 닫힌다.7 다축식 압축기{특 징ㄱ N1은 자체 속도를 유지한다ㄴ N2는 엔진 속도를 제어한다ㄷ 시동기에 부하가 적게 걸린다단 점ㄱ 터빈과 압축기를 연결하는 축의 숫자 증가ㄴ 구조가 복잡ㄷ 베어링 숫자 증가ㄹ 무게 증가8 깃의 장착 방법압축기 깃은 일반적으로 Dobe Tail 방법으로 장착된다.3 축류-원심식 압축기1 구 성압축기 전방 부분은 축류식 압축기로 후방 부분은 원심식 압축기로 구성2 용 도소형 터보 프롭 기관이나 터보 샤프트 기관의 압축기로 많이 사용3 특 징원심식 압축기의 전체 압력비가 낮은 단점을 축류식 압축기로 보완하고, 축류식 압축기의 단당 압 력비가 낮으며 뒤쪽 단에서 압축기 깃이 소형, 정밀해야 하는 단점을 원심식 압축기를 사용함으로 써 보완한 형태이다.◎팬(fan)역 할공기를 압축한 후 노즐을 통해 분사시킴으로써 추력을 얻도록 한 장치로 지름이 큰 축류식 압축기 또는 흡입 도관에서 작동하는 프로펠러와 비슷 흡입 도관에 의하여 가속된 공기를 축류 압축기와 같 이 압축하기 때문에 천음속 및 초음속 비행이 가능하다.바이패스 비팬으로 유입된 공기량 중 바이패스된 공기량(2차 공기)과 연소실을 통과한 공기량(1차 공기)의 비ㄱ 바이패스 비가 큰 경우팬 노즐에서 분사된 공기에 의해 추력이 발생{ㄴ 바이패스 비가 작은 경우바이패스된 공기가 기관 주위로 흐르면서 기관을 냉각시키고 배기 노즐을 통해서 분사팬의 단수ㄱ 고 바이패스비의 경우 : 1∼2단ㄴ 저 바이패스비의 경우 : 2∼4단 정도◎ 연소실(COMBUSTION CHAMBER)역 할:압축된 고압 공기에 연료를 분사하여 연소시킴으로써 연료의 화학적 에너지를 열에너지로 변환시키는 장치연소실은 얍축기와 터빈 사이에 위치한다.구비 조건ㄱ 가능한 한 작은 크기(길이 및 지름)ㄴ 기관의 작동 범위 내에서 최소의 압력 손실ㄷ 연료 공기비, 비행 고도, 비행 속도 및 출력의 폭넓은 변화에 대하여 안정되고 효율적인 작로 할 경우 효율이 저하ㄴ 다단으로 할 경우 구조가 복잡해져 대형 엔진에 부적합2 축류형 터빈(AXIAL FLOW TURBINE){1 작동 원리: 고정자와 회전자로 구성되며 연소 가스로 부터 얻은 에너지의 일부는 축을통해 압축기를 구동하고 나머지는 속도 에너지로 분출되어 추력이 발생된다.깃에 의해 간격이 입구는 넓고 출구는 좁아지게 하여 압력을 속도로 바꿔주는 수축 노즐을 형성한다.2 터빈 노즐(터빈 노즐 다이어 프램; NOZZLE DIAPHRAM)ㄱ 역 할배기 가스의 유속을 증가시키고 유효한 각도로 로터 깃에 부딪치게 하여 터빈 로터 깃 속도를증가시켜 추력을 증가시켜주는 장치ㄴ 특 징가스 속도가 가장 빠른 지점1열의 스테이터와 1열의 로터를 합하여 1단이라 하고 첫단의 스테이터를 터빈 노즐이라 한다. {3 반 동 도터빈 1단의 팽창 중 회전자 깃이 담당하는 몫{반동도( phi _t ~)=& { 회전자깃에~ 의한~ 팽창} over {단의~ 팽창 } TIMES 100% #& ={ P_2 -P_3} over {P_1 -P_3 } TIMES 100%4 반동 터빈(REACTION TURBINE)스테이터 및 로터에서 연소가스가 팽창하여 압력감소가 이루어지는 터빈ㄱ 원 리스테이터 및 로터 깃의 깃과 깃 사이의 공기 흐름 통로가 모두 수축 노즐을 형성하므로 압력이감소하고 속도가 증가한다.ㄴ 반동도반동도는 50 % 이하의 값을 갖는 것이 일반적이다.5 충동 터빈(IMPULSE TURBINE)반동도가 0 %인 터빈으로 가스 팽창은 터빈 노즐에서만 이루어지고 로터 깃에서는 이루어지지 않 는, 즉 스테이터에서 나오는 빠른 연소가스가 터빈 깃에 충돌하여 발생한 충돌력으로 터빈을 회전 시키는 방식으로 깃을 통과하면서 속도나 압력은 변하지 않고 흐름의 방향만 변한다.{6 실제 터빈 깃(IMPULSE - REACTION TURBINE)로터 깃을 깃끝으로 갈수록 깃각을 작게 비틀어 주어 깃 뿌리에서는 충동 터빈으로 깃 끝으로 갈 수록 반동 터빈이 되게 함으로서 토크를 일정하게 하여 로터 결정된다

공학/기술| 2004.04.26| 24페이지| 1,000원| 조회(4,768)

가스터빈, 터보제트, 가스터빈의종류

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