Vizualizare sursă pentru „Turbină cu gaze”

[[Imagine:Turbina cu gaze animata.gif|thumb|400px|Schema funcţionării unei turbine cu gaze cu compresor axial.]]
O '''turbină cu gaze''' este o [[turbină]] termică, care utilizează căderea de [[entalpie]] a unui [[gaz]] sau a unui amestec de gaze pentru a produce prin intermediul unor palete care se rotesc în jurul unui ax o cantitate de [[energie mecanică]] disponibilă la cupla turbinei.<ref name="M105">MIT, op. cit. p.105</ref><ref name="LTR">LTR, ''Turbină cu gaze"</ref> Turbina cu gaze mai este cunoscută și sub denumirea de '''instalație de turbină cu gaze''' (ITG).

Din punct de vedere [[termodinamică|termodinamic]] o turbină cu gaze funcționează destul de asemănător cu [[motor]]ul unui [[automobil]]. Aerul din [[atmosferă]] este admis într-un [[compresor]] cu palete, unde este comprimat, urmează introducerea unui [[combustibil]], aprinderea și [[ardere]]a lui într-o cameră de ardere. Gazele de ardere se destind într-o [[turbină]], efectuând [[lucru mecanic|lucrul mecanic]], iar apoi sunt evacuate în atmosferă. Procesul este continuu, iar piesele execută doar mișcări de [[rotație]], ceea ce pentru o [[putere]] dată conduce la o [[masă]] totală a instalației mai mică. Ca urmare, turbinele cu gaze s-au dezvoltat în special ca motoare de [[avion|aviație]], însă își găsesc aplicații în multe alte domenii, unul dintre cele mai moderne fiind [[Termocentrală|termocentralele]] cu cicluri combinate abur-gaz.

== Istoric ==
Dezvoltarea turbinelor cu gaze este de dată mult mai recentă decât a [[turbină|turbinelor]] în general, și de dată mai recentă decât a [[turbină cu abur|turbinelor cu abur]].

În [[1791]] [[Anglia|englezul]] John Barber a brevetat prima adevărată turbină cu gaze, turbină care avea principalele elemente din turbinele cu gaze moderne.<ref name="C35">Creța, op. cit. p.35</ref> În [[1872]] Dr. F. Stolger din [[Germania]] a construit prima turbină cu gaze, care însă n-a funcționat niciodată independent.<ref name="C35"/>

În [[1903]] [[norvegia]]nul Ægidius Elling a construit prima turbină cu gaze funcțională, care a produs lucru mecanic, eveniment important, luând în considerare lipsa de cunoștințe de [[aerodinamică]] a vremii. Turbina sa a reușit să producă o [[putere]] de 11 [[cal putere|cai putere]], foarte mult pentru zilele respective. Din turbina sa s-a inspirat Frank Whittle.

În [[1914]] [[Charles Curtis]] a realizat prima aplicație practică a unei turbine cu gaze.

În [[1918]] [[General Electric]], unul din cei mai mari producători, inclusiv din zilele noastre, își începe producția de turbine cu gaze.
[[Imagine:RD-500 turbojet.jpg|thumb|250px|Turboreactor RD-500, clonă a Rolls-Royce Nene, fabricat în URSS.]]

În [[1930]] englezul [[Frank Whittle]] brevetează proiectul unei turbine cu gaze pentru propulsia avioanelor ([[motor cu reacție]]).<ref>Ispas, op. cit. p.42</ref><ref name="C40">Creța, op. cit. p.40</ref> Realizarea practică a acestui proiect s-a făcut însă abia în anul [[1937]]. Compresorul acestui motor era de tip [[compresor centrifugal|centrifugal]], și pe baza lui s-a dezvoltat motorul [[Rolls Royce|Rolls-Royce]] ''Welland'', care a echipat avionul [[Gloster Meteor]].

În [[1936]] Hans von Ohain și Max Hahn dezvoltă în Germania un motor cu reacție bazat pe un brevet propriu.<ref name="C40"/><ref>Ispas, op. cit. p.43</ref> Compresorul acestui motor era de tip [[compresor axial|axial]], și pe baza lui s-a dezvoltat motorul Junkers ''Jumo 004'' care a echipat avionul [[Messersmitt Me 262]].

== Clasificarea turbinelor cu gaze ==
{{Articol principal|Turbină cu abur}}
În afară de clasificarea turbinelor termice în general, turbinele cu gaze se pot clasifica:<ref name="M105"/><ref name="LTR"/>

==== După destinație ====
* turbine de tracțiune pentru [[aviație]] ([[turboreactor|turboreactoare]], [[turbopropulsor|turbopropulsoare]], [[turboventilator|turboventilatoare]] și turbine pentru antrenarea [[elice]]lor [[elicopter]]elor);
* turbine de tracțiune [[marină|navale]];
* turbine de tracțiune terestre (pentru [[locomotivă|locomotive]], [[autovehicul]]e, [[motocicletă|motociclete]], [[tanc]]uri etc.);
* turbine de [[supraalimentare]] a [[motor cu ardere internă|motoarelor cu ardere internă]].
* turbine energetice (pentru [[termocentrală|termocentrale]] cu [[ciclu termodinamic|ciclu]] cu gaze simplu sau cu ciclu combinat [[abur]]-gaz);

==== După modul de recuperare a căldurii evacuate ====
* turbine cu recuperator;
* turbine fără recuperator.

==== După felul ciclului în care lucrează ====
* cu ciclu închis;
* cu ciclu deschis.

== Principiul de funcționare ==
==== Ciclul Joule ====
Cea mai simplă turbină cu gaze este formată dintr-un [[compresor]], care este montat pe același ax cu o turbină. Compresorul absoarbe [[aer]]ul din [[atmosferă]] și îl comprimă la [[presiune]]a de câțiva bar. Aerul comprimat ajunge într-o cameră de [[ardere]], în care este introdus și un [[combustibil]]. Aici are loc arderea la presiune constantă, cu creșterea [[temperatură|temperaturii]] și a [[volum]]ului gazelor produse prin ardere. Gazele de ardere se destind în turbină, producând [[lucru mecanic]], iar apoi sunt evacuate în atmosferă.<ref name="M105" /><ref>Theil, op. cit. p.359</ref>
Ciclul termodinamic al unei astfel de turbine cu gaze este [[ciclu termodinamic|''ciclul Joule'']],<ref name="M116">MIT, op. cit. p.116</ref> cunoscut în literatura engleză de specialitate ca [[ciclu termodinamic|''ciclul Brayton'']].

[[Imagine:Turbina cu gaze ciclu.png|thumb|450px|Transformările care au loc în diferitele părți componente ale unei turbine cu gaze.]]

[[Transformare termodinamică|Transformările termodinamice]] din ciclu sunt:
* 1 – 2 compresie izoentropică;
* 2 - 3 încălzire izobară;
* 3 - 4 destindere izoentropică;
* 4 - 1 răcire izobară.

[[Randament termic |Randamentul termic]] al ''ciclului Joule ideal'' fără recuperator este:<ref name="M118">MIT, op. cit. p.118</ref><ref>Theil, op. cit. p.361</ref>
:<math>
\eta_t = 1 - \frac {1} { \epsilon ^{\frac {k-1} {k} } }
</math>
unde <math> \epsilon \,</math> este ''raportul de compresie'' =&nbsp;''p''<sub>2</sub>&nbsp;/&nbsp;''p''<sub>1</sub>, iar ''k'' este ''exponentul adiabatic'' al gazului.

Pentru aer, cu ''k'' = 1,4 , și pentru un raport de compresie de 15 (valoare uzuală), randamentul termic al ciclului este de 0,539. Randamentul termic al ciclului Joule ideal crește continuu cu creșterea raportului de comprimare, însă creșterea acestui raport este limitată de rezistența materialelor și de pierderile din ciclul real.

[[Imagine:Ts Real Brayton Cycle 2.png|thumb|250px|Ciclul Joule real (cu albastru), faţă de ciclul Joule ideal (cu negru).]]
Randamentul termic al ''ciclului Joule real'' fără recuperator, luând în considerare și randamentele interne ale turbinei <math> \eta_T \,</math> și compresorului <math> \eta_C \,</math> este:<ref>Theil, op. cit. p.362</ref>

:<math>
\eta_t = 1 - \frac 
{ \frac {T_3} {T_1} \eta_T \left ( 1 - \frac {1} { \epsilon^{\frac {k-1} {k} } } \right )
- \frac {1} {\eta_C} \left ( \epsilon^{\frac {k-1} {k} } - 1 \right ) }
{ \frac {T_3} {T_1} - 1 - \frac {1} {\eta_C} \left ( \Pi^{\frac {k-1} {k} } - 1 \right ) }
</math>

Pentru aer, un raport de compresie de 15, ''T''<sub>1</sub> = 300 K , ''T''<sub>3</sub> = 1500 K,  <math>\eta_T\,</math>  = 0,85  și  <math>\eta_C\,</math>  = 0,75 (valori uzuale) randamentul ciclului real este de 0,300 , mult mai mic decât al ciclului ideal. Randamentul termic al ciclului Joule real are un maxim pentru un anumit raport de compresie (pentru exemplul de mai sus, chiar acel 15). În practică, randamentele efective (la cuplă) sunt și mai mici decât cele termice, datorită influenței [[randament mecanic |randamentului mecanic]] al agregatului.

==== Ciclul Joule cu recuperator ====
[[Imagine:Ts Ideal Brayton Cycle 2.png|thumb|250px|Ciclul Joule cu recuperarea căldurii evacuate.]]
Pentru mărirea randamentului termic se folosesc [[Schimbător de căldură|recuperatoare]] care recuperează o parte din [[căldură|căldura]] evacuată odată cu gazele arse în atmosferă ''q''<sub>4-4'</sub> și o reintroduc în ciclu ''q''<sub>2-2'</sub>. Randamentul termic al ciclului Joule ideal cu recuperator este:<ref>Theil, op. cit. p.365</ref>

:<math>
1 - \frac {T_1} {T_3} \frac { \frac {T_2} {T_1} - 1} {1 - \frac {T_4} {T_3} }
</math>

Pentru exemplul de mai sus cu <math> \epsilon \,</math> = 15, din [[transformare termodinamică|transformarea izoentropică]] se obțin ''T''<sub>2</sub> = 650 K , ''T''<sub>4</sub> = 692 K, cu care randamentul ciclului este de 0,567, ceva mai mare decât a ciclului fără recuperator. În exemplul prezentat diferența între ''T''<sub>4</sub> și ''T''<sub>2</sub> este mică, deci câștigul dat de recuperator este mic. În practică este greu de obținut o diferență de temperaturi mare, din cauza limitărilor date de materiale. În ciclul real influența recuperatorului este ceva mai mare, dar nu cu mult. [[Expresie matematică|Expresia matematică]] a randamentului termic al ciclului Joule real cu recuperator se complică foarte mult.

==== Ciclu cu fracționarea compresiei sau a destinderii ====
O altă cale de îmbunătățire a randamentului termic al ciclului este fracționarea compresiei, cu răcirea intermediară a aerului, respectiv fracționarea destinderii în turbină, cu reîncălzirea agentului termic, aspecte detaliate în [[ciclu termodinamic]].

Realizarea practică a răcirii intermediare a aerului comprimat se poate face:
* la turbine cu gaze de aviație, unde [[greutate]]a agregatului e critică, prin injecție de [[apă]] între treptele compresorului;
* la celelalte turbine, prin [[schimbător de căldură|schimbătoare de căldură]] montate între trepte.

Realizarea practică a reîncălzirii gazelor se poate face:
* prin arderea unei cantități suplimentare de combustibil în camere de ardere intermediare între corpurile turbinei;
* prin schimbătoare de căldură montate între corpurile turbinei.
Ambele metode măresc mult dimensiunile instalației și nu sunt adecvate pentru turbinele cu gaze de aviație.

==== Ciclu deschis și închis ====
La turbinele cu gaze care lucrează cu aer absorbit din atmosferă și evacuează gazele de ardere tot în atmosferă (majoritatea cazurilor), ciclul nu este efectuat complet în instalație, transformarea '''4-1''' efectuându-se în atmosferă. Se spune că turbina lucrează ''în ciclu deschis''. Dacă însă se folosește un alt agent termic, diferit de aer, acesta trebuie reținut, caz în care toate transformările din ciclu se realizează în instalație, și se spune că turbina lucrează ''în ciclu închis''. Astfel de cicluri închise se întâlnesc în [[energie nucleară|centrale nucleare]], iar agentul termic este uzual [[dioxid de carbon|dioxidul de carbon]] sau [[heliu]]l.

== Poluarea cauzată ==
Poluanții emiși de turbinele cu gaze sunt aceiași ca în oricare alt proces de ardere: [[dioxid de carbon|dioxizii de carbon]] (CO<sub>2</sub>) și de [[dioxid de sulf|sulf]] (SO<sub>2</sub>), [[monoxid de carbon|monoxidul de carbon]] (CO) și [[oxizi de azot|oxizii de azot]] (NOx).

Reducerea CO<sub>2</sub> este limitată de fenomenul de ardere în sine, cantitățile emise fiind proporționale cu cantitățile de combustibil ars. Reducerea acestor emisii se poate face prin îmbunătățirea randamentului ciclului termic, îmbunătățire care, pentru o putere dată a turbinei, determină un consum de combustibil mai redus.

Reducerea SO<sub>2</sub> se poate obține numai folosind un combustibil fără [[sulf]]. De aceea este preferat gazul natural. Dacă se folosesc combustibili lichizi (de exemplu la turbinele mobile), este preferabilă desulfurarea prealabilă a combustibilului la [[rafinărie]].<ref name="">{{en icon}} [http://www.energy.wsu.edu/documents/renewables/Fuels.pdf Ultra-Low Sulfur Diesel]{{Legătură nefuncțională|date=octombrie 2022 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }} Washington State University Extension Energy Program</ref>

Reducerea CO se poate obține printr-o ardere ''completă din punct de vedere chimic'' (ardere ''perfectă'') a combustibilului, lucru care necesită cantități de aer sporite în procesul de ardere, însă acest lucru nu este o problemă la turbinele cu gaze, care oricum funcționează cu cantități de aer mai mari decât strict cele necesare arderii. Eventualele urme pot fi eliminate prin metode SCR - reducere selectivă catalitică ({{en|Selective Catalytic Reduction}}).<ref name="KK">{{en icon}} [http://www.pollutionengineering.com/CDA/Archives/cd4b4b25c542e010VgnVCM100000f932a8c0____ Rajat Kapoor, Keith C. Kaufman ''Reducing Gas Turbine Emissions''] Pollution Engineering, 8 octombrie 2006</ref>

Reducerea NOx se poate obține prin scăderea temperaturilor de ardere, ceea ce însă afectează randamentul ciclului, sau prin reducerea chimică a NOx format, de exemplu prin procedee SCR sau SNCR - reducere selectivă necatalitică ({{en|Selective Non-Catalytic Reduction}}). Ambele procedee au dezavantaje, SCR necesită catalizatori scumpi, care se consumă, iar SNCR produce emisii de [[amoniac]] (NH<sub>3</sub>).<ref name="KK"/>

Măsurile de reducere ale poluanților sunt costisitoare și se justifică în cazul emisiilor totale mari, în speță pentru țările industrializate.

== Descrierea părților componente ==
==== Compresorul ====
[[Imagine:Compressor Stage GE J79.jpg|thumb|250px|Compresorul axial cu 17 trepte al unui turboreactor [[General Electric|GE J79]].]]
Rolul ''compresorului'' este de a realiza comprimarea agentului termic (de obicei aerul), realizând transformarea '''1 – 2''' din ciclul Joule. Se folosesc exclusiv compresoare cu palete.

Compresoarele pot fi:
* [[compresor centrifugal|centrifugale]];
* [[compresor axial|axiale]].

''Compresoarele centrifugale'' au un raport de compresie pe treaptă mai mare, deci pentru un raport de compresie total dat trebuie mai puține trepte, deci agregatul rezultă mai ușor. Randamentul acestor compresoare este însă mai mic. Compresorul centrifugal s-a folosit la primele motoare cu reacție ale lui Frank Whittle, inclusiv la motorul Rolls-Royce ''Nene''. Actual este folosit pe scară largă la turbinele cu gaze pentru elicoptere mici, agregate care trebuie să fie cât mai ușoare.

''Compresoarele axiale'' au un raport de compresie pe treaptă mai mic, deci pentru un raport de compresie total dat trebuie multe trepte, deci agregatul rezultă mai lung, însă de diametru mai mic. Randamentul acestor compresoare este mai bun. Compresorul axial este folosit pe scară largă la turbinele cu gaze pentru toate turbinele pentru propulsia avioanelor, unde contează diametrul mic și randamentul bun, și toate turbinele energetice, unde contează randamentul bun.

==== Camera de ardere ====
[[Imagine:Combustion chamber GE J79.jpg|thumb|220px|Camerele de ardere individuale ale unui turboreactor GE J79.]]
Rolul ''camerei de ardere'' este de a realiza introducerea căldurii în ciclu prin arderea unui combustibil, realizând transformarea '''2 – 3''' din ciclul Joule. Camerele de ardere au în interior o cămașă răcită cu aerul de diluție, cămașă care ecranează [[flacără|flacăra]] și protejează astfel corpul exterior al camerei. Aprinderea inițială se face cu o [[bujie]].

Camerele de ardere pot fi:
* individuale;
* inelare.

''Camerele de ardere individuale'' sunt de formă tubulară și se montează mai multe în jurul axului agregatului. În camerele de ardere individuale este mai ușor de asigurat stabilitatea arderii, adică se evită ruperea flăcării, iar în caz de rupere, ruperea nu se propagă în celelalte camere, ba din contră, acestea, prin canalizații prevăzute special în acest scop ajută la reaprindere. Nu întotdeauna fiecare cameră de ardere are bujie proprie, deoarece, cum s-a spus, camerele comunică între ele și flacăra se transmite.

''Camerele de ardere inelare'' au un spațiu de ardere unic, inelar. În aceste camere este mai greu de stabilizat flacăra, dozajul aer-combustibil, vitezele de introducere a aerului prin diversele secțiuni și geometria camerei fiind critice. Camerele inelare însă au mai puține repere și sunt mai ușoare, fiind din punct de vedere tehnologic mai evoluate.

''Combustibilii'' folosiți la turbinele cu gaze sunt:
* ''combustibili lichizi'' - nu sunt necesari combustibili cu fracțiuni ușoare, cum ar fi [[benzina]], se pot folosi combustibili mai grei, ca [[petrol lampant|petrol]], [[kerosen]] (petrol de aviație), [[gazolină]], [[combustibil lichid ușor|combustibil lichid folosit la încălziri]] și, la instalațiile staționare, chiar [[păcură]].
* ''combustibili gazoși'' - [[gaz natural]], [[biogaz]], [[gaz de aer]], [[gaz de apă]], [[gazogen|gaz de gazogen]], [[gaz de sinteză]], [[gaz de furnal]], [[gaz de cocserie]] și chiar [[hidrogen]] (experimental).

Deși camerele de ardere pot arde și combustibili solizi ([[cărbune]] sub formă de praf), [[cenușă|cenușa]] conținută de acest tip de combustibili este abrazivă, astfel că ei nu sunt folosiți. Dacă totuși se dorește folosirea lor drept combustibili pentru turbine cu gaze, cea mai bună soluție este [[gazeificarea cărbunelui|gazeificarea]] lor prealabilă. De asemenea, gazele care conțin praf trebuie în prealabil desprăfuite.

==== Turbina ====
[[Imagine:Turbine Stage GE J79.jpg|thumb|150px|Turbina cu 3 trepte a unui turboreactor GE J79.]]
Rolul ''turbinei'' este de a realiza destinderea agentului termic (de obicei gaze de ardere), realizând transformarea '''3 – 4''' din ciclul Joule. Turbina transformă [[entalpie|entalpia]] a gazelor întâi în [[energie cinetică]], prin accelerarea prin destindere a agentului termic și transformarea de către palete a acestei energii în lucru mecanic, transmis discurilor turbinei și apoi arborelui.

[[Imagine:Turbinenschaufel RB199.jpg|thumb|250px|left|Paleta unei turbine cu gaze Rolls-Royce/Turbo-Union RB 199. Pe bordul de atac se observă orificiile pentru obţinerea filmului de aer necesar pentru răcirea paletei.]]
Piesele esențiale sunt ''[[ajutaj]]ele turbinei'' (a nu se confunda cu [[ajutaj reactiv |ajutajul reactiv]] al unui turboreactor) și ''paletele'', piese supuse unor solicitări termice și mecanice extreme. De aceea ele trebuie construite din materiale speciale, rezistente la temperaturi cât mai mari și se prevăd cu sisteme de răcire. Actual, temperaturile la intrarea în turbină au depășit în unele cazuri (turbine pentru avioane militare) temperatura de 1800&nbsp;°C, paletele fiind făcute în acest caz din materiale ceramice poroase, prin porii lor circulând aer provenit de la compresor, relativ rece.

==== Arborele ====
[[Imagine:Gas Turbine RR Olympus593.jpg|thumb|200px|Turboreactorul Rolls-Royce ''Olympus 593'' cu doi arbori coaxiali, folosit la motorizarea avionului [[Concorde]].]]
[[Imagine:Gas Turbine RR RB211.jpg|thumb|200px|Turboventilatorul Rolls-Royce ''RB 211'' cu trei arbori coaxiali, folosit la motorizarea avionului [[Lockheed L-1011]] „TriStar”.]]
Arborele turbinei asigură transmiterea puterii între turbină, compresor, cuplă, demaror, pompe etc. Un singur arbore nu asigură turațiile optime pentru toate componentele, așa că există construcții pe unul sau pe mai mulți arbori coaxiali.
* Schemele ''cu un arbore'' sunt specifice primelor turbine cu gaze. Aceste scheme permit antrenarea compresorului la turația turbinei și, printr-un [[reductor]] a elicelor, [[pompă|pompelor]] sau [[generator electric|generatoarelor electrice]].
* Schemele ''cu doi arbori'' au pe arborele exterior turbina de înaltă presiune și compresorul de înaltă presiune, iar pe arborele interior turbina de joasă presiune, compresorul de joasă presiune și eventual acționarea reductorului. Aceste scheme sunt obișnuite la turbinele de aviația actuale.
* Schemele ''cu trei arbori'' au pe arborele exterior turbina de înaltă presiune și compresorul de înaltă presiune, pe arborele intermediar turbina de medie presiune și compresorul de joasă presiune, iar pe arborele interior turbina de joasă presiune și acționarea reductorului. La schemele cu trei arbori este foarte dificilă coordonarea lor și foarte puțini producători din lume dispun de tehnologia necesară în aceste caz.

== Exemple de utilizări ale turbinelor cu gaze ==
==== Turbine cu gaze pentru aviație ====
[[Imagine:Turbojet operation- centrifugal flow (ro).png|thumb|right|200px|Turboreactor cu compresor centrifugal.]]
[[Imagine:Turbojet operation- axial flow (ro).png|thumb|right|200px|Turboreactor cu compresor axial.]]
Turbinele cu gaze pentru aviație sunt cunoscute și sub numele de [[motor cu reacție|motoare cu reacție]], însă denumirea de motor cu reacție acoperă o arie mai largă, ea cuprinde și agregatele de tracțiune prin reacție care nu au turbine.

'''[[Turboreactor]]ul'''<ref name="I79">Ispas, op. cit. p.79</ref> ({{en|Turbojet}}) este o turbină cu gaze la care destinderea în turbină se face până la o presiune anume, peste presiunea atmosferică, astfel încât turbina extrage din fluxul de gaze arse doar puterea necesară antrenării compresorului. În continuare, gazele de ardere se destind până la presiunea atmosferică într-un ajutaj plasat după turbină, ajutaj care generează forța de propulsie pentru avion. Turboreactoarele sunt eficiente la viteze de zbor relativ mari, cu [[număr Mach|numărul Mach]] peste 0,8 (cca. 900 [[SI|km]]/[[oră|h]] la nivelul solului, respectiv cca. 800&nbsp;km/h la nivelul zborului de croazieră).

[[Imagine:Turboprop operation (ro).png|thumb|right|200px|Turbopropulsor.]]
'''[[Turbopropulsor]]ul'''<ref name="I79"/> ({{en|Turboprop}}) este o turbină cu gaze la care destinderea în turbină se face până la presiunea atmosferică, astfel că turbina extrage din fluxul de gaze arse o putere mai mare decât cea necesară antrenării compresorului. Puterea în plus este folosită la antrenarea unei elice plasată în fața motorului. Turbopropulsoarele sunt eficiente la viteze de zbor mai mici, cu numărul Mach între 0,5 și 1,0 (cca. 600 – 1200&nbsp;km/h la nivelul solului, respectiv cca. 500 – 1000&nbsp;km/h la nivelul zborului de croazieră).

[[Imagine:Turbofan operation (ro).png|thumb|200px|Turboventilator.]]
'''[[Turboventilator]]ul'''<ref name="I79"/> ({{en|Turbofan}}) este un turbopropulsor cu o elice carenată și cu multe [[elice|pale]] (numită [[ventilator]]), cu funcționare economică și generând un zgomot redus. O parte din fluxul de aer antrenat de ventilator intră în compresor, iar restul curge în jurul carenajului motorului, generând și el o forță de tracțiune.

[[Imagine:Turboshaft operation (ro).png|thumb|200px|Turbină de elicopter.]]
'''[[Turbină de elicopter|Turbina de elicopter]]'''<ref name="I79"/> ({{en|Turboshaft}}), zis și ''motor cu turbină liberă''<ref>Ispas, op. cit. p.81</ref> este similară unui turbopropulsor, diferența constând în faptul că puterea nu se transmite în față, unei elice de tracțiune, ci în spate, unui reductor care o distribuie elicelor rotorului principal.

==== Turbine cu gaze pentru tracțiune terestră ====
Au existat câteva tentative de realizare a unor ''autovehicule'' cu turbină cu gaze, de exemplu [[Rover]] - JET1 (1950) <ref name="C41">Creța, op. cit. p.41</ref> și [[Chrysler]] - câteva prototipuri (1950 – 1980). Toate au avut un consum de combustibil inacceptabil de mare, chiar pentru vremurile acelea. În 1993 [[General Motors]] a produs primul autovehicul comercial hibrid, acționat de o turbină cu gaze.

Mai mult succes au avut turbinele cu gaze la autovehiculele de competiție și record. Mașini echipate cu turbine cu gaze au participat la cursele de la [[Le Mans]] ([[1963]])<ref>{{en icon}}[http://www.racingmodels.co.uk/center--rover-brm-gas-turbine-le-mans-1963-143-3824-p.asp Rover BRM Gas Turbine Le Mans 1963] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080327054632/http://www.racingmodels.co.uk/center--rover-brm-gas-turbine-le-mans-1963-143-3824-p.asp |date=2008-03-27 }}</ref> și [[Indianapolis 500]] ([[1967]]),<ref>{{en icon}} [http://www.turbinecowboy.com/carstrucksmotorcycles/1967IndyTurbine/photoalbum_view 1967 INDY Gas Turbine Car] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080315014946/http://turbinecowboy.com/carstrucksmotorcycles/1967IndyTurbine/photoalbum_view |date=2008-03-15 }}</ref> când s-au situat în fruntea curselor, dar n-au reușit să le câștige din cauza fiabilității reduse a acestor prototipuri. În domeniul vitezei maxime terestre, mașini ca [[Green Monster]],<ref>{{en icon}} [http://www.lesliefield.com/other_history/art_arfons_and_his_green_monster.htm Art Arfons and His Green Monster (1967)]</ref> acționată de o turbină General Electric J79 (vezi componentele în figurile de mai sus), condusă de [[Art Arfons]]<ref>{{en icon}} [http://www.saltflats.com/arfons_memorial.htm Art Arfons]</ref>, [[Spirit of America]],<ref>{{en icon}} [http://www.uniquecarsandparts.com.au/world_land_speed_record_34.htm Spirit Of America driven by Craig Breedlove]</ref> acționată tot de o turbină General Electric J79 și condusă de [[Craig Breedlove]]<ref>{{en icon}} [http://www.bluebird-electric.net/craig_breedlove.htm Craig Breedlove]</ref> au deținut multe recorduri mondiale. Mașina [[Thrust2]]<ref>{{en icon}} [http://www.bluebird-electric.net/thrust_2.htm Richard Noble and Thrust 2]</ref> acționată de o turbină Rolls-Royce Avon, condusă de [[Richard Noble]] <ref>{{en icon}} [http://www.bluebird-electric.net/richard_noble_thrust_2.htm Richard Noble Obe - Thrust 2 & SSC]</ref> a fost prima care a depășit viteza de 1000&nbsp;km/h. Recordul mondial actual a fost stabilit de mașina [[ThrustSSC]],<ref>{{en icon}} [http://www.bluebird-electric.net/thrust_super_sonic_car.htm Supersonic Race Status - Wednesday 9th July 2003]</ref> acționată de două turbine [[Rolls-Royce Spey]] (varianta militară), condusă de [[Andy Green]]<ref>{{en icon}} [http://www.speedace.info/andy_green.htm Andy Green and Thrust SSC]</ref> și este de 1227,99&nbsp;km/h (Ma = 1,016 – supersonic).

În anul [[2000]] Marine Turbine Technologies Inc. a produs ''motocicleta'' [[MTT Turbine Superbike]],<ref>{{en icon}} [http://marineturbine.com/motorsports.asp MTT Turbine Superbike] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080228144840/http://marineturbine.com/motorsports.asp |date=2008-02-28 }}</ref> cunoscută și sub numele de ''Y2K Turbine Superbike'', echipată cu o turbină Rolls-Royce Allison 250, cu o putere de 238 [[SI|kW]], care este considerată cea mai puternică motocicletă de serie din lume și care a atins viteza de 365&nbsp;km/h.

Turbinele cu gaze au fost folosite și pentru [[locomotivă|tracțiune feroviară]] la așa-numitele ''[[turbotren]]uri''. Primele locomotive cu turbine de gaze au fost livrate de firma [[Brown-Boveri]] înainte de cel de al doilea război mondial. În Anglia, [[Metropolitan Vickers]] a produs locomotive acționate de turbine de gaze.<ref name="Atlas">Șubenko-Șubin</ref> Între anii [[1948]] și [[1970]] [[Union Pacific]] a folosit pe scară largă locomotive din seria UP, acționate de turbine de gaz de 1800 – 10000&nbsp;hp fabricate de firma [[Westinghouse]].<ref>{{en icon}} [http://www.uprr.com/aboutup/history/loco/locohs05.shtml Gas Turbine Locomotives] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080202215612/http://www.uprr.com/aboutup/history/loco/locohs05.shtml |date=2008-02-02 }}</ref>

Ca aplicații militare, se menționează utilizarea turbinelor cu gaze ca agregate energetice la tancuri. Exemple sunt tancul [[SUA|american]] [[M1 Abrams]]<ref>{{en icon}} [http://www.globalsecurity.org/military/systems/ground/m1-intro.htm M1 Abrams Main Battle Tank]</ref> și tancul [[URSS|sovietic]]/[[Rusia|rusesc]] [[T-80]].<ref>{{ru icon}} [http://armoured.vif2.ru/t-80.htm Основной танк Т-80] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20071216114704/http://armoured.vif2.ru/t-80.htm |date=2007-12-16 }}</ref>

==== Turbine cu gaze pentru tracțiune navală ====
Datorită raportului excelent putere/greutate, turbinele cu gaze au fost folosite și la acționarea navelor rapide. Exemple de astfel de nave au fost în Anglia vedetele ''MGB 2009'' și fregatele ''Type 81'', în [[Suedia]] vedetele torpiloare din clasa ''6 Spica'', acționate de turbine Proteus 1282 fabricate de [[Bristol Siddeley]] <ref>{{en icon}} [http://www.t121spica.se/uk/artikel.asp?text=open&ID=68 T 121 Spica] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20070108143249/http://t121spica.se/uk/artikel.asp?text=open&ID=68 |date=2007-01-08 }}</ref>, în [[Finlanda]] corvetele din clasa ''Turunmaa'', acționate de turbine Rolls-Royce Olympus TMB3,<ref>{{en icon}} [http://www.gn113.com/english/turunmaa.php Turunmaa] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20070902081922/http://www.gn113.com/english/turunmaa.php |date=2007-09-02 }}</ref> în [[Canada]] distrugătoarele port-elicopter din clasa ''Canadian Iroquois'',<ref>{{en icon}} [http://www.navy.forces.gc.ca/iroquois/about/ship_about_e.asp Meet the IROQUOIS] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080317060652/http://www.navy.forces.gc.ca/iroquois/about/ship_about_e.asp |date=2008-03-17 }}</ref> iar în [[SUA]] cuterele din clasa ''Hamilton'' ale U.S Coast Guard.<ref>{{en icon}} [http://www.globalsecurity.org/military/systems/ship/whec-378.htm WHEC 378' Hamilton class]</ref>

==== Grupuri de turbosupraalimentare ====
[[Imagine:Turbocharger.jpg|right|thumb|200px|Grup de turbosupraalimentare]]
Un grup de turbosupraalimentare este o mică turbină ce gaze, la care rolul de cameră de ardere îl joacă un [[motor cu ardere internă]]. Scopul nu este producerea de energie, ci alimentarea motorului cu aer comprimat, ceea ce duce la creșterea puterii și randamentului termic al motorului. Turbina (în figură cu roșu) recuperează energia cinetică a gazelor evacuate din motor și o folosește la antrenarea compresorului (în figură cu albastru).

==== Turbine cu gaze energetice ====

La aceste turbine nu se pune problema greutății sau spațiului, așa că ele pot beneficia de cele mai complexe scheme termice în vederea creșterii randamentului, dispun de obicei atât de răcirea intermediară a aerului în timpul compresiei cât și de arderea fracționată. Scopul principal este producerea [[energie electrică|energiei electrice]] și, pentru mărirea economicității se tinde spre puteri tot mai mari. Se remarcă turbinele (în paranteză puterea la bornele generatorului electric):
* [[General Electric]] PG7241FA (172 MW)<ref>{{en icon}} [http://www.gepower.com/prod_serv/products/gas_turbines_cc/en/f_class/ms7001fa.htm MS7001FA Gas Turbines]</ref> și PG9351FA (256 MW);<ref>{{en icon}} [http://www.gepower.com/prod_serv/products/gas_turbines_cc/en/f_class/ms9001fa.htm MS9001FA Gas Turbines]</ref>
* [[Alstom]] GT 24 (188 MW) și GT 26 (288 MW);<ref>{{en icon}} [http://www.power.alstom.com/home/equipment___systems/turbines/gas_turbines/gt24_and_gt26___188mw_and_281mw_/34621.EN.php?languageId=EN&dir=/home/equipment___systems/turbines/gas_turbines/gt24_and_gt26___188mw_and_281mw_/ GT24 and GT26 Gas Turbines] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20090428210051/http://www.power.alstom.com/home/equipment___systems/turbines/gas_turbines/gt24_and_gt26___188mw_and_281mw_/34621.EN.php?languageId=EN&dir=%2Fhome%2Fequipment___systems%2Fturbines%2Fgas_turbines%2Fgt24_and_gt26___188mw_and_281mw_%2F |date=2009-04-28 }}</ref>
* [[Siemens AG]] Seria SGT5 (168 – 340 MW).<ref>{{en icon}} [http://www.powergeneration.siemens.com/products-solutions-services/products-packages/gas-turbines/large-scale-50hz/ Siemens - Large Scale 50 Hz] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080720032858/http://www.powergeneration.siemens.com/products-solutions-services/products-packages/gas-turbines/large-scale-50hz/ |date=2008-07-20 }}</ref>

Tot din categoria turbinelor energetice fac parte și ''microturbinele''. Dacă până nu demult prin microturbină se înțelegeau turbinele de câțiva kW sau câțiva zeci de kW, destinația lor fiind alimentarea cu energie a unei locuințe individuale, actual se discută de microturbine de [[siliciu]] cu diametrul de câțiva mm, fabricația lor fiind bazată pe tehnologia fabricării [[semiconductor]]ilor.<ref>{{en icon}} [http://www.tfot.info/articles.php?itemId=49/58/ Allan Epstein – microturbine] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20070918180949/http://www.tfot.info/articles.php?itemId=49%2F58%2F |date=2007-09-18 }}</ref> Aceste microturbine sunt destinate înlocuirii [[acumulator]]ilor din [[aparat]]ele [[electronică|electronice]], de exemplu [[computer| computerele portabile]], deoarece la dimensiuni comparabile cu ale [[baterie|bateriilor]] (incluzând și [[rezervor]]ul de combustibil) pot furniza cantități de energie mult mai mari.

== Turbine cu gaze fabricate în România ==
În [[1975]] ''[[Turbomecanica]]'' începe fabricația turbinelor cu gaze pentru tracțiune. Aici s-au fabricat sub licență motoarele [[Viper MK 632-41]] (licență Rolls-Royce) [[Artouste III-B]] și [[Turmo IV CA]] (licențe [[Turbomeca]]).<ref name="TMeca">{{en icon}} [http://www.turbomecanica.ro/history/the-age-of-jet-engines/ The age of jet engines] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080312124307/http://www.turbomecanica.ro/history/the-age-of-jet-engines/ |date=2008-03-12 }}</ref>
* Turbina cu gaze ''Viper MK 632-41''<ref name="C45">Creța, op. cit. p.45</ref> este un turboreactor care echipează avioanele [[IAR 93]] (câte două agregate pe un avion) și [[IAR 99]] „Șoim” (un agregat pe un avion). Este o turbină cu un singur arbore, compresorul având 8 trepte, iar turbina 2 trepte. Camera de ardere este inelară. Masa sa este de 378&nbsp;kg, iar turația este de 230 rot/s. Realizează o tracțiune la punct fix de 17,60&nbsp;kN (4000 [[Sistemul anglo-saxon de unități|lbs]]) în acord cu limitările [[NATO]] privind aplicațiile militare pentru țările care la vremea respectivă nu făceau parte din această organizație.
[[Imagine:Artouste III B.JPG|thumb|200px|Turbina cu gaze Artouste III-B.]]
* Turbina cu gaze ''Artouste III-B''<ref name="C45"/> este un agregat care propulsează elicopterul [[IAR 316 B]] (Alouette III). Este o turbină cu greutatea de 178&nbsp;kg, turația de 558 rot/s și care produce o putere la cuplă de 405&nbsp;kW.
* Turbina cu gaze ''Turmo IV CA''<ref name="C45"/> este un agregat care propulsează elicopterul [[IAR 330]] „Puma” (câte două agregate pe un elicopter). Este o turbină cu greutatea de 227&nbsp;kg, care produce o putere la cuplă de 1115&nbsp;kW.

De asemenea, la [[Hidromecanica Brașov]] s-au fabricat grupuri de turbosupraalimentare pentru [[motor cu ardere internă|motoarele cu ardere internă]] fabricate în România,<ref>Creța, op. cit. p.46</ref> exemple fiind grupurile VTR-200 și VTR-250,<ref>Creța, op. cit. p.720</ref> care fac parte din seria TR.

În [[1980]] ''Tehnoimportexport'' a obținut de la Rolls-Royce licența de fabricație a turboventilatorului ''Spey 512-14 DW'' civil, pentru echiparea avionului [[ROMBAC 1-11| ROMBAC 1-11-500]].<ref name="TMeca"/>

== Avantaje, dezavantaje și perspective ==
;Avantajele turbinelor cu gaze:
* foarte bun raport putere/greutate;<ref name="M106">MIT, op. cit. p.106</ref>
* dimensiuni reduse;<ref name="M106"/>
* timp de pornire scurt (5 ... 30 min);<ref name="C38">Creța, op. cit. p.38</ref>
* mișcare de rotație uniformă (nu alternativă), echilibrare foarte bună;<ref name="M106"/>
* vibrații reduse;<ref name="M106"/>
* la ITG energetice, costul investiției și timpul de dare în funcțiune sunt mult mai mici în comparație cu instalațiile cu turbine cu abur;<ref>Creța, op. cit. p.37</ref>
* pot funcționa fără apă de răcire, important în zone unde apa este deficitară, de exemplu în deșert.<ref name="C38"/>

;Dezavantajele turbinelor cu gaze:
* randament termic nu prea ridicat;
* scăderea pronunțată a randamentului și performanțelor în regimuri diferite de regimul pentru care au fost proiectate, (la sarcini parțiale);
* o oarecare inerție la modificarea turației;
* fabricație dificilă, necesită tehnologii înalte;
* materiale speciale, rezistente la temperaturi înalte, scumpe;
* întreținere pretențioasă, reparații planificate dese.

;Perspective:
O comparație cu competitorii săi se poate face doar pe domenii.
* La ''autovehicule'', dimensiunile motorului nu sunt chiar critice, iar vibrațiile motoarelor cu piston sunt acceptabile, ca urmare dezavantajele turbinelor se manifestă din plin. În acest domeniu turbinele cu gaze își găsesc însă aplicabilitatea ca grupuri de turbosupraalimentare.
* La ''tancuri'', randamentul termic mai scăzut nu este un impediment, costurile sunt acceptate de statele dezvoltate, iar puterea imensă dezvoltată de turbine asigură mobilitatea pe câmpul de luptă, avantaj care poate fi decisiv.
* În ''domeniul feroviar'', greutatea nu contează, deoarece pentru a avea forță la cârlig sarcina pe osie a locomotivelor trebuie să fie apropiată de cea maximă admisă. Aici randamentul termic scăzut și costurile își spun cuvântul, fiind preferate motoarele cu piston sau cele electrice.
* În ''domeniul naval civil'' situația este similară cu cea din domeniul feroviar. În ''domeniul naval militar'' situația este similară cu cea de la tancuri.
* În ''domeniul aviației'' sunt două situații. În ''aviația comercială'' și ''militară'' raportul putere/greutate primează asupra oricăror alte considerente, așa că dominația turbinelor cu gaze este totală. În domeniul ''aviației utilitare'', ''sportive'' și ''de agrement'', costurile limitează folosirea turbinelor cu gaze, fiind preferate motoarele cu piston, mult mai ieftine și cu întreținere simplă.
* În ''domeniul energetic'' randamentul termic mai scăzut limitează utilizarea turbinelor cu gaze ca agregate independente în ''regim de bază'', fiind preferate [[turbină cu abur|turbinele cu abur]]. Totuși, pornirea de la rece (din ''rezervă rece'') a unui agregat energetic cu turbine cu gaze se poate face în timpi de ordinul minutelor, față de timpi de ordinul orelor la turbinele cu abur, ceea ce face ca agregatele cu turbine cu gaze să fie de neînlocuit ca ''unități de vârf''<ref name="C38"/> în [[sistem energetic|sistemele energetice]] care nu dispun de [[hidrocentrală|hidrocentrale]] cu [[lac de acumulare]]. Tot în domeniul energetic turbinele cu gaze lucrând în cicluri combinate abur-gaz (în serie cu turbine cu abur) fac ca randamentul termic al termocentralelor de acest tip să fie foarte ridicat, de 55 – 58%, ceea ce face ca ele să aibă în acest domeniu un mare viitor.<ref name="C38"/>

== Note ==
{{listănote|2}}

== Bibliografie ==
* [[Remus Răduleț|Răduleț, R.]] și colab. ''[[Lexiconul Tehnic Român]]'' (LTR), [[Editura Tehnică]], București, 1957-1966.
*{{citat carte
 | first = Bazil | last = Popa | legătură-autor = Bazil Popa | year = 1986
 | title = Manualul inginerului termotehnician, (MIT), vol 2 | edition = Ed. a 2-a
 | publisher = Editura Tehnică | location = București }}
*{{citat carte
 | first = Gavril | last = Creța | authorlink = Gavril Creța | year = 1996
 | title = Turbine cu abur și cu gaze | edition = Ed. a 2-a
 | publisher = Editura Tehnică | location = București | id = ISBN 973-31-0965-7 }}
*{{citat carte
 | first = Ștefan | last = Ispas | authorlink = Ștefan Ispas | year = 1991
 | title = Motorul turboreactor – istorie, prezent, perspective
 | publisher = Editura Tehnică | location = București | id = ISBN 973-31-0273-3 }}
*{{citat carte
 | first = Helmut | last = Theil | year = 1972
 | title = Termotehnică și mașini termice
 | publisher = Litografia Univ. „Politehnica” | location = Timișoara }}
*{{citat carte
 | first = L. A. | last = Șubenko-Șubin | year = 1960
 | title = Atlas - Konstrukții i shem gazoturbinîh ustanovok
 | publisher = Moskva | location = Kiev }}

== Bibliografie adițională ==
Alte lucrări pe profil care se găsesc în bibliotecile din România:
* {{it icon}} Momi Bartorelli ''Le moderne Turbine a gas'', Ed Ulrico Hoepli, Milano, 1949
* G. S. Jirițki ''Turbine cu gaze pentru aviație'', (traducere din limba rusă), Editura Tehnică, București, 1952.
* V. Pimsner ș.a. ''Procese în mașini termice cu palete - aplicații și probleme'', Editura Tehnică, București, 1986.

== Vezi și ==
* [[Termodinamică]]
* [[Transformare termodinamică|Transformări termodinamice]]
* [[Mașină termică]]
* [[Motor cu reacție]]

==Legături externe==
* {{en icon}} [http://www.britannica.com/eb/article-9106038/gas-turbine-engine Enciclopedia BRITANNICA online]
* {{en icon}} [http://science.howstuffworks.com/turbine.htm HowStuffWorks]
* {{en icon}} [http://web.mit.edu/aeroastro/www/labs/GTL/ Gas Turbine Laboratory at MIT]
* {{en icon}} [http://igti.asme.org/ ASME International Gas Turbine Institute]

Producători de turbine cu gaze:
* {{en icon}} [http://www.ge.com/products_services/aviation.html General Electric – turbine de tracțiune]{{Legătură nefuncțională|date=octombrie 2022 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}
* {{en icon}} [http://gepower.com/prod_serv/products/gas_turbines_cc/en/index.htm General Electric – turbine energetice]
* {{en icon}} [http://www.pw.utc.com/vgn-ext-templating/v/index.jsp?vgnextrefresh=1&vgnextoid=38dbb839652db010VgnVCM1000000881000aRCRD Pratt & Whitney]
* {{en icon}} [http://www.rolls-royce.com/ Rolls Royce]
* {{fr icon}} [http://www.turbomeca.com/public/turbomeca_v2/html/en/produits/famille.php?aid=615&fid=500&mid=615 Turbomeca] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20070627080239/http://www.turbomeca.com/public/turbomeca_v2/html/en/produits/famille.php?aid=615&fid=500&mid=615 |date=2007-06-27 }}
* {{en icon}} [http://www.turbomecanica.ro/ Turbomecanica]
* {{ro icon}}{{en icon}}{{de icon}}{{es icon}} [http://www.hidro.rdsbv.ro/ Hidromecanica] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20071009040354/http://www.hidro.rdsbv.ro/ |date=2007-10-09 }}
* {{en icon}} [http://www.powergeneration.siemens.com/products-solutions-services/products-packages/gas-turbines/ Siemens AG] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080514195047/http://www.powergeneration.siemens.com/products-solutions-services/products-packages/gas-turbines/ |date=2008-05-14 }}
* {{en icon}} [http://www.power.alstom.com/home/ Alstom] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080601221922/http://www.power.alstom.com/home/ |date=2008-06-01 }}
* {{en icon}} [http://www.turbotechnics.com/ Turbo Technics Ltd.]
* {{en icon}} [http://www.turbo-systemes/ Turbo Systemes.]{{Legătură nefuncțională|date=octombrie 2022 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}
* {{de icon}}{{en icon}} [http://www.manturbo.com/de/ MAN Turbo]
* {{de icon}} [http://www.geizstrom.de/ Gasvergleich]
* {{de icon}} [http://www.energievergleicher.de/ Gaspreisvergleich] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20130121092242/http://www.energievergleicher.de/ |date=2013-01-21 }}
{{articol de calitate}}

{{commonscat|Gas turbines}}

{{Control de autoritate}}

[[Categorie:Turbine cu gaze| ]]