ガスタービンエンジンについて

質問

ガスタービンは、空気を圧縮機で圧縮し、この中へ燃料を噴射して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスを膨張させてタービンを回転させる仕組みになっていますが、

僕は燃焼器で、圧縮した空気および燃料を噴射することによって高温・高圧のガスに変えるという工程がしっくりきません。

というのも、レシプロエンジンでしたらガソリンと空気をピストンで圧縮して点火・爆発で高圧力を得ますが

ガスタービンの場合、燃料を爆発した力ではなくて圧縮空気を燃焼器に送り込み燃料を"燃焼（爆発ではなく）"させ高温にするだけでタービンを回すので「タービンを高速で回転させるほどのパワーが生み出せるのかな？」と疑問に思っています。

爆発だったらイメージしやすいのですが・・・

この「燃焼器で圧縮空気を送り込み、さらに燃料を噴射・燃焼させ高温・高圧の燃焼ガスを得る」

という仕組みを詳しい方いましたら、解説お願いできないでしょうか？

回答No.4

noname#77472

基本的な思考のみ。

Ｅ/Ｇとタービン式Ｅ/Ｇを比較した場合に
「燃焼室」とはどこを指すのか？
圧縮混合気はどれだけ流入するのか？
給、排気工程のサイクルはどうか？

燃焼室で燃焼可能な圧縮された混合気の容量の比較。
ここが大きなポイントになります。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%87%E3%82%A3%E3%83%BC%E3%82%BC%E3%83%AB%E3%82%B5%E3%82%A4%E3%82%AF%E3%83%AB

他のサイクルも認識出来ると思うので
色々と比較検討してみるとよいでしょう。
本格的な理解が出来ると思います。

お礼

一度基本から見直してみます！ありがとうございました

回答No.3

mazeran

そうですね。やはり点火装置は付いています。
私は「ホットスタート」をやりかけましたから！。

燃焼室内には大量の空気が圧縮されて流れ込んできます。
ガスライターに火を点けて吐息を吹きかけると消えてしまいますが、燃焼室の中で安定した炎を保つために「保炎領域」と言うのがあります。
空気が渦を巻くことで燃料と空気が混合され、超高速の空気の流れの中でも安定して炎を保つことができるようになっています。
燃料が燃えることで高温のガスが発生します。しかし燃焼室は「密閉された空間」と考えることができるので、発生した高温のガスのエネルギーは「速度」のエネルギーとなり出口へ向かって高速で流れます。燃焼室を出ると今度は徐々に体積を膨張させながら後方のタービンへ送られます。
このときに「速度」のエネルギーは「圧力」のエネルギーへと変換されます。この「圧力」がタービンを回すわけです。
ガスタービンを軸に沿って断面にした写真やイラストを見ると、タービン入り口から出口に向かうに従い、段々と面積が大きくなっていることがわかると思います。（断面ですから「面積」としましたが、実際は「体積」となります。）
ですからタービンは「圧力」で回るように設計されており、一般的にタービンは複数段あるので、各段で膨張を理論的に調べて、そのときの「圧力」をロスの少ないように回転のエネルギーに変換するように羽の形が考えられています。

＞爆発だったらイメージしやすいのですが・・・
これはＮｏ，１様が書かれているように、「連続した爆発」が「燃焼」と言えます。燃焼室内の空燃比は、まさに「爆発」の状態です。

お礼

熱エネルギー→速度エネルギー→圧力エネルギーとなっていくのですね。pv=nRTで納得しまた^^

回答No.2

ElectricGamo

オットーサイクルとかブレイトンサイクルとかを理解されての上で、イメージ的にどうすればしっくりするかがご質問の意図かと思います。

ですので、ややイメージ的な説明になります。

>この「燃焼器で圧縮空気を送り込み、さらに燃料を噴射・燃焼させ高温・高圧の燃焼ガスを得る」

圧縮器で圧縮されて送り込まれた高圧の空気ですが、燃焼により急激に体積が膨張し、流量（体積流量）が増加します。

燃焼器では圧縮器から送り込まれて来たのとほとんど同じ圧力で燃焼が維持されていますので、およそ燃焼後の温度/燃焼前の温度の比で、燃焼ガスの体積が大きくなるからです。（pV=RT → V=RT/p → V∝T）

この急激に増えた流量の燃焼ガスが（出口に殺到し）猛烈にタービンを回す、というのがイメージです。

別の言い方をすると、開いた系の仕事なので、圧力差に流れた体積を掛ければ仕事になります。圧縮器の前後の圧力差とタービン後前の圧力差が変わらないとすれば、体積流量が増える分だけタービンで取り出せる仕事が大きくなります。

蛇足ながら、ガスタービンはガスコンロみたいなもので、一度火がつけばずっと燃えていますが、点火装置は必要です。

お礼

返信がおそくなってしまってすいません

式で考えると分かりやすいですね！
大学の教授も、圧力は圧縮機の時のままで燃焼器では温度を上げることが目的といっていました。
それで私はたかが圧縮機で発生した圧力でタービンを回せるのか？と思っていましたがPv=nRTより、温度が上がることで体積も上昇するのですね。

しかしここで新たな疑問が沸いたのですが、p-v線図を見るとオットーサイクルだと爆発の時に等容変化で圧力が上昇します。
しかしブレイトンサイクルは等圧で体積が上昇します。

ブレイトンサイクルだとなぜ燃焼時に圧力が上昇しないのでしょうか？

ディーゼルサイクルのように燃焼が遅いのでピストンが引いて圧力が下がる（ｖが大きくなるとpが小さくなる）のと爆発による圧力上昇が相殺して等圧になるみたいな考え方なのでしょうか？

回答No.1

char2nd

「爆発」というのは、瞬間的な燃焼現象のことで、それによって高温高圧のガスが発生している状態です。
　レシプロタイプのエンジンの場合は、行程上断続的に燃焼を起こしているので、爆発という表現になってますが、実際に起こっていることはガスタービンでも同様です。ガスタービンの場合は、燃焼を連続して行ってるだけです。
　ちなみに、レシプロエンジンでもディーゼルや直噴タイプのガソリンエンジンは「点火」の行程がありません。ピストン内で圧縮された空気に燃料を噴射することで自然発火させています。この仕組みはガスタービンも同じです。
　レシプロエンジンもガスタービンエンジンも、燃料を燃焼した後に発生するガスの膨張エネルギーを利用する点では同じです。

お礼

わかりやすい説明ありがとうございます!!

ガスタービンはディーゼルサイクルと一緒で点火装置が要らないんですね