BW Professional Cutter Expert www.tool-tool.com

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.

Kaasuturbiini, jota käytetään lentokoneen moottorina

Kaasuturbiinin monivaiheinen kompressoriosa

Kaasuturbiini käynnissä, liekki suihkuaa takaosasta ulos

Kaasuturbiinin siipien asennusta

Kaasuturbiini on lämpövoimakone, jossa kaasua tai nestettä polttokammiossa polttamalla käytetään turbiinia, joka on yhdistetty akselilla ilmaa polttokammioon puristavaan ahtimeen.

Teollistumisen alusta lähtien polttoaineella käyvät erityyppiset moottorit ovat yleensä olleet raskaita ja monimutkaisia koneita. Tässä joukossa kaasuturbiini on poikkeus. Sen koneisto koostuu akselilla yhdistetystä ahtimesta ja turbiinista sekä palotilasta näiden välissä. Kaasuturbiini tuottaa kokoonsa ja painoonsa nähden paljon energiaa, mutta sen hyötysuhde on dieselmoottoriiin verrattuna hieman alhaisempi, parhaimmillaan yli 40%.

Kaasuturbiinin toiminta perustuu sisäiseen palamiseen: polttoaine ruiskutetaan suurella paineella moottorin keskellä ja akselin ympärille ryhmitettyihin polttokammioihin. Ahdin puristaa niihin ilmaa, jolloin polttoaine palaa suurella paineella ja pakokaasut purkautuvat taaksepäin turbiinin läpi. Turbiini puolestaan antaa voiman ahtimelle. Kaasuturbiinin ja suihkumoottorin tärkein ero on voiman hyödyntämisen tapa: kaasuturbiinista otetaan akselitehoa, suihkumoottorista halutaan työntövoimaa esimerkiksi lentokoneelle. Potkuriturbiinissa hyödynnetään suihkumoottorin ahtimen imutehoa. Kaasuturbiinin eroaa höyryturbiinista, jonka palaminen tapahtuu moottorin ulkopuolella ja itse moottori toimii välikaasun eli vesihöyryn kautta.

[muokkaa] Historia

Ensimmäisenä kaasuturbiinin patentoi John Barber jo 1791 käytettäväksi ”hevosettomien vaunujen” voimanlähteenä. Kaasuturbiineja käytettiinkin alkuun pääosin kulkuneuvoissa, tosin vasta toisesta maailmansodasta lähtien ja lähinnä lentokoneen moottorina.

Vuonna 1947 Ison-Britannian laivaston tykkiveneeseen (Motor Gun Boat) MGB 2009:ään asennettiin 1 839 kilowatin (2 500 hv) kaasuturbiini pyörittämään kolmipotkurisen aluksen keskimmäistä akselia. Ensimmäisenä suurena sotalaivana kaasuturbiinia käytti vuonna 1961 palveluskäyttöön otettu fregatti HMS Ashanti (F117), jonka pituus oli 109,7 metriä.

Ensimmäinen kaasuturbiinin voimalla kulkenut kauppalaiva oli säiliöalus Auris, jonka neljästä dieselmoottorista yksi korvattiin kaasuturbiinilla vuonna 1951.

[muokkaa] Kaasuturbiinien käyttökohteita

Monet kaasuturbiinit ovat mekaanisesti kytketyllä alennusvaihteistolla varustettuja suoravirtaussuihkumoottoreita. Esimerkkinä matkustajalautta GTS Finnjetin voimanlähteenä toimivat Pratt & Whitney-tehtaan valmistamat FT-4 -moottorit. Kaasuturbiinia suunniteltiin aikanaan tavallisten autojenkin voimanlähteeksi, mutta suunnitelmat kariutuivat suureen polttoaineenkulutukseen. Varhaisissa T-80-malleissa ja yhdysvaltalaisessa M1 Abrams -panssarivaunuissa käytetään voimanlähteenä kaasuturbiinia. Kaasuturbiini kuluttaa runsaasti polttoainetta myös tyhjäkäynnillä, mutta tehoa saadaan enemmän kuin vastaavan kokoisesta mäntämoottorista. Kaasuturbiinin erinomaisen teho/paino -suhteen ansiosta sitä käytetään kohteissa, joissa pienellä massalla on erityisen suuri merkitys, kuten esimerkiksi lentokoneissa. Kaasuturbiini soveltuu myös erinomaisesti sellaisiin kohteisiin, joissa tyhjäkäyntiä ei ole nimeksikään ja silloin kun tehoa tarvitaan, sitä kaivataan runsaasti. Kaasuturbiini on ollut ainakin jonkinlainen ratkaisu toisen maailmansodan aikana nousseiden panssarivaunujen massojen liikuttajaksi. Tosin sen valtava polttoaineen kulutus saattaa koitua sen kohtaloksi huollon pettäessä. Pitkät huoltolinjat ja polttoaineen säännöstely rajoittivat toisessa maailmansodassa lentokoneiden ja panssarivaunujen liikkeitä merkittävästi, joten kaasuturbiinin pohjaton polttoaineenjano estin keksinnön laajamittaisen soveltamisen.

[muokkaa] Toimintaperiaate

Kaasuturbiini tuottaa energiaa kuvassa esitettyä ns. Brayton-prosessia hyödyntäen. Ahdin puristaa ilmaa kuvan pisteiden A ja B välillä. Ilman lämpötila nousee hieman puristuksen takia. Ahdin ajaa ilman polttokammioon, jossa siihen sekoitetaan polttoainetta. Polttoaine palaa pisteiden B ja C välillä. Palamisessa syntyneet kuumat kaasut paisuvat turbiinissa pisteiden C ja D välillä muuntaen palamisessa vapautuneen lämpöenergian mekaaniseksi energiaksi.

Ahdin (C)

Kaasuturbiineissa käytetään sekä aksiaali- että radiaaliahtimia. Aksiaaliahdin on yleisempi, sillä radiaaliahdin soveltuu parhaiten pienempitehoisempiin kaasuturbiineihin. Aksiaaliahtimessa vuorottelevat pyörivät juoksu- ja liikkumattomat johtosiivet, joita voi olla kymmeniäkin peräkkäin.

Polttokammio (B)

Polttokammiossa osaan ilmaa sekoitetaan polttoainetta, joka syttyy. Jäljelle jäävästä ilmasta osa ohjataan palamisprosessiin myöhemmin ja osa johdetaan jäähdyttämään rakenteita, jotka eivät muuten kestäisi liekin ja pakokaasujen kuumuutta.

Turbiini (T)

Polttokammiosta virtaavat kuumat kaasut ohjautuvat turbiinin johtosiipien läpi. Niiden tehtävänä on nostaa pakokaasujen virtausnopeutta ja suunnata virtaus haluttuun suuntaan. Tällöin kaasun tuntema paine ja lämpötila laskevat termodynamiikan I pääsäännön mukaisesti. Seuraavaksi virtaus kulkee juoksusiivistöön, joka muuntaa kaasun virtausnopeuden turbiinin pyörimisliikkeeksi. Useimmat turbiinit ovat monivaiheisia, jolloin sama toistuu useita kertoja peräkkäin paineen ja lämpötilan laskiessa jatkuvasti. Lopulta – kun kaasujen paine on laskenut niin lähelle ulkopuolista ilmanpainetta, ettei sitä enää ole järkevä hyödyntää – kaasut ohjataan poistoputkeen, diffuusoriin. Suihkumoottorin tapauksessa poistuvia kaasuja ei päästetä paisumaan näin pitkälle, vaan ne johdetaan suihkusuuttimeen, jossa ne muodostavat moottorin työntövoiman.

[muokkaa] Materiaalit

Alkuun turbiinissa käytettiin jonkin verran austeniittisia teräksiä ja Yhdysvalloissa myös kobolttiseoksia, mutta varsin varhaisessa vaiheessa siirryttiin kuitenkin nikkelipohjaisten superseosten käyttöön. Nikkeliseoksia käytettiin 40-luvulla jonkin verran sähkövastuksissa, minkä perusteella niillä tiedettiin olevan erinomainen hapettumisen vastustuskyky korkeissa lämpötiloissa – toivottava ominaisuus kaasuturbiinin siivelle. Nikkeliseosten huono virumiskestävyys osoittautui ongelmaksi, joka kuitenkin pystyttiin suurelta osin ratkaisemaan uusilla seosaineilla. Nikkeliseokset yleistyivät nopeasti ja ovat nykyään ylivoimaisesti yleisin turbiinin siipimateriaali.

60-luvulta lähtien materiaalivalintaan on vaikuttanut merkittävästi siipien jäähdyttäminen, joka toteutetaan ajamalla jäähdytysilmaa säteittäisten kanavien läpi siivissä. Jäähdytyksellä on onnistuttu alentamaan siiven keskilämpötilaa, mutta samalla siipeen syntyy voimakkaita lämpötilaeroja sisä- ja ulkopintojen välille.

Seuraavassa on käsitelty yleisimpiä turbinin siipimateriaaleja.

[muokkaa] Superseokset

Toisen maailmansodan jälkeen alettiin eräitä suuria mekaanisia rasituksia korkeissa lämpötiloissa kestäviä metalliseoksia kutsua superseoksiksi. Superseosten tärkeimmät ominaisuudet ovat hyvä virumislujuus yli 650 °C:n lämpötiloissa sekä kuumakorroosion ja kulumisen kestävyys. Tämä tekee superseoksista hyviä materiaaleja kaasuturbiinin siipiin; suurimpaan osan nykyaikaisista kaasuturbiineista turbiiniosan siivet tehdäänkin nikkelipohjaisista superseoksista.

Nikkelipohjaiset superseokset

Nikkelipohjaisten superseosten hapettumisen kesto ja lujuus korkeissakin lämpötiloissa tekee niistä erinomaisen materiaalin kaasuturbiiniin. Nikkeliseosten lujuus perustuu kiteiden pintakeskeiselle kuutiorakenteelle, joka on tilakeskeistä kuutiorakennetta parempi erityisesti kovassa kuumuudessa. Hapettumisen kesto taas johtuu seosaineista. Nikkeli sinänsä hapettuu varsin herkästi, mutta seoksissa yleensä käytetty kromi muodostaa kuumissa ja hapettavissa olosuhteissa suojaavan Cr₂O₃-kerroksen materiaalin pinnalle. Myös alumiinia saatetaan käyttää samaan tarkoitukseen. Toisaalta alumiini muodostaa myös yhdistettä Ni₃Al, joka lujittaa seosta. Alumiinin ohella samankaltaisen yhdisteen voivat muodostaa myös titaani ja niobi. Koboltin lisäämisellä voidaan vähentää alumiinin ja titaanin liukenemista nikkeliin, mikä lisää Ni₃Al:n ja Ni₃Ti:n muodostumista. Molybdeenillä ja volframilla voidaan parantaa seoksen lujuutta kovassa kuumuudessa.

Nikkeli-rautapohjaiset superseokset

Nikkeli-rautasuperseosten ominaisuudet muistuttavat olennaisesti nikkelipohjaisten superseosten ominaisuuksia. Rautaa käytetään seosaineena lähinnä valmistuskustannusten alentamiseksi, sillä seoksen ominaisuudet heikkenevät rautapitoisuuden kasvaessa.

Kobolttipohjaiset superseokset

Kobolttipohjaisilla superseoksilla on korkeampi sulamispiste kuin nikkelipohjaisilla, mikä tekee niistä oivan materiaalin kaikkein kuumimpiin turbiineihin. Toisaalta alle 1100 °C:n lämpötiloissa nikkelipohjaiset superseokset ovat lujempia ja siten suurimpaan osaan turbiineja parempia materiaaleja. Kobolttiseoksia käytetään jonkun verran johtosiivissä, joissa lujuusominaisuudet eivät ole yhtä kriittisessä asemassa kuin juoksusiivissä. Osaltaan kobolttiseosten käyttöä rajoittaa niiden korkea hinta.

[muokkaa] Pinnoitteet

Superseosten pintaan muodostuu hapettumisen kautta yleensä itsestäänkin korroosiolta suojaava oksidikerros, mutta turbiininsiipiä pinnoitetaan myös valmistuksen yhteydessä. Niiden tarkoitus on lähinnä suojata siipiä hapettumiselta, korroosiolta sekä eroosiolta ja toisaalta – varsinkin kulkuneuvoissa – turbiiniin ajautuvilta partikkeleilta. Yleisimmin pinnoitteet pohjautuvat joko nikkeli- tai kobolttialuminideihin. Pinnoite toimii eräänlaisena alumiinivarastona suojaavaa oksidikerrosta varten. Diffuusiotyypin aluminidipinnoite on halpa asentaa ja huollon yhteydessä helppo poistamisen ja uudelleenpinnoituksen kannalta. Pinnoittaminen tapahtuu useimmiten suojakaasussa upottamalla siivet hienojakoiseen pinnoitejauheeseen ja kuumentamalla 700–1100 °C:een. Kerroksen paksuudeksi tulee yleensä noin 50 μm.

[muokkaa] Turbiininsiipien valmistaminen

Kaasuturbiinin rasitetuin ja suurimmat vaatimukset asettava osa ovat turbiinin siivet. Siksi niiden valmistamisessa tulee laatuun ja kestävyyteen kiinnittää erityistä huomiota.

[muokkaa] Valaminen

Nykyaikaisten turbiinisiipien muotojen ollessa monimutkaisia jo ulkopintojenkin osalta – puhumattakaan mahdollisista sisäisistä jäähdytyskanavista – ei ole ihme että yleisin valmistusmenetelmä on valaminen. Suuri osa valuteollisuuden kapasiteetista tarkkojen ja integriteetiltään korkeatasoisten valujen tuottamiseksi on kaasuturbiiniteollisuuden kysynnän synnyttämää. Tarkka monella ainesosalla seostaminen tekee superseosten valmistuksesta vaativan prosessin. Metallin sulattaminen – yleensä elektronisuihkulla tai valokaarella – tapahtuu tyhjiössä epäpuhtauksien ja ainesosien hapettumisen välttämiseksi. Myös itse valaminen tapahtuu tyhjiössä ilmanpoiston aiheuttamien hankaluuksien ja hapettumisen estämiseksi. Usein jähmettymisprosessi käynnistetään nopealla jäähdyttämisellä yhdeltä sivulta, jolloin tavoitteena on hallittu jähmettyminen siten, että kiteet muodostuvat turbiinin säteen suuntaisiksi. Tämä parantaa siiven virumis- ja väsymiskestävyyttä.

[muokkaa] Takominen

Koska turbiininsiiveltä vaaditaan hyvää väsymiskestävyyttä, valmistetaan turbiininsiipiä takomalla. Muokatuilla kappaleilla on yleensä paremmat säröily- ja väsymislujuudet kuin valetuilla kappaleilla, sillä viat ja suuret kiteet ovat halkeilleet sekä huokoisuus on parantunut kuumamuokkauksen aikana. Varsinkin ennen valutekniikan kehittymistä nykytasolle turbiininsiipien takominen oli hyvin yleistä, mutta nyttemmin se on jäänyt vähemmälle. Tähän on monta syytä. Joillakin superseoksilla on hankalat ominaisuudet takomisen kannalta, esimerkiksi erittäin kapea takomiseen sopivan lämpötilaväli. Toisaalta monimutkaistuvat rakenteet, mm. jäähdytyskanavat ovat äärimmäisen hankalia valmistaa takomalla.

[muokkaa] Kaasuturbiinivoimalaitos

Kaasuturbiinivoimalaitos on sähkön tuotantolaitos, jossa generaattoria pyöritetään kaasuturbiinilla.

[muokkaa] Toimintaperiaate

Kaasuturbiinin kanssa samalla akselilla oleva kompressori paineistaa palamisilman 10–20 baariin ja pumppaa sen polttokammioon. Polttokammiossa poltetaan yleensä maakaasua, joka on liki kokonaan metaania. Korkeapaineiset ja kuumat savukaasut johdetaan kaasuturbiiniin, joka pyörittää generaattoria ja kompressoria.

[muokkaa] Hyötysuhde ja energiantuotanto

Polttokammiossa vapautettavasta energiasta poistuu savukaasujen mukana 65 % savukaasuhäviönä. Turbiinin tehosta yli puolet kuluu kompressorin pyörittämiseen, joten sähköntuotannon hyötysuhde jää parhaimmillaankin 35 %:iin. Pelkästään sähköä tuotettaessa kokonaishyötysuhde on samakuin sähköntuotannon eli enintään 35 %. Tämän vuoksi kaasuturbiinivoimalaitosta käytetään sellaisenaan vain vara- ja huipputuotantoon. Kaasuturbiinivoimalaitosten etu on niiden nopea ja tehokas säädettävyys. Kaasuturbiini voidaan käynnistää tai pysäyttää hyvin nopeasti, ja siten voimalaitoksen tuotantoa voidaan säätää nopeasti vastaamaan sähkön tarvetta.

Yhdistämällä kaasuturbiini lämmöntalteenottokattilaan, jossa kuumista savukaasuista otetaan lämpöenergiaa esim. kaukolämpöveteen, saadaan kokonaishyötysuhde jopa 90 %:iin. Mikäli kaasuturbiinivoimalaitos yhdistetään höyrykattilavoimalaitokseen (ns. kombivoimalaitos) saadaan sähköntuotannon hyötysuhde jopa lähes 60 %:iin. Kokonaishyötysuhde vastapainetuotannossa saadaan 90 %:iin, kun lauhdetuotannossa se on sama kuin sähköntuotannonhyötysuhde.

歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！

BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool..com / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan

Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

Bewise Inc. www.tool-tool.com

ようこそＢｅｗｉｓｅ　Ｉｎｃ.の世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな

情報を受け取って頂き、もっと各産業に競争力プラス展開。

弊社は専門なエンド・ミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ、

豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。

弊社は各領域に供給できる内容は：

（１）精密ＨＳＳエンド・ミルのＲ＆Ｄ

（２）Carbide Cutting tools設計

（３）鎢鋼エンド・ミル設計

（４）航空エンド・ミル設計

（５）超高硬度エンド・ミル

（６）ダイヤモンド・エンド・ミル

（７）医療用品エンド・ミル設計

（８）自動車部品＆材料加工向けエンド・ミル設計

弊社の製品の供給調達機能は：

（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計

（２）ミクロ・エンド・ミル～大型エンド・ミル供給

（３）小Ｌｏｔ生産～大量発注対応供給

（４）オートメーション整備調達

（５）スポット対応～流れ生産対応

弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические д