Kas ir turbīnas dzinējspēks?

Turbīnas piedziņa ir transportlīdzekļa piedziņa, izmantojot turbīnu. Tā kā turbīnai ir mazs griezes moments, sauszemes transportlīdzekļus reti darbina turbīna. Tomēr kuģu kuģu piedziņas turbīnas ir izmantotas kopš to izgudrošanas 19. gadsimta beigās. Visizplatītākie piedziņas turbīnu veidi ir tvaika un gāzes turbīnas, kurām abām ir savas unikālas priekšrocības un trūkumi. Mūsdienās daudzi mūsdienu militārie kuģi izmanto tvaika turbīnas to liela ātruma un efektivitātes dēļ.

Pirmo praktisko tvaika turbīnu, ko izmantoja dzinējspēkam un enerģijas ražošanai, 1884. gadā izgudroja sers Čārlzs Pārsons. Laika gaitā Parsons turbīna pilnveidojās un galu galā tika uzstādīta īpaši būvētā kuģī. Šis kuģis, kas pazīstams kā “Tubrinia”, bija pirmais peldlīdzeklis, kas jebkad tika darbināts ar turbīnu. Kuģis tika palaists ūdenī 1894. gadā, un tas varēja sasniegt 34.5 mezglu (39.7 jūdzes stundā, 63.9 km/h) ātrumu, un tas tika izmantots, lai demonstrētu tvaika turbīnas piedziņas potenciālu jūras kuģos.

Kopš tā laika tvaika turbīnas piedziņas izmantošana jūras kuģiem kļuva arvien populārāka. Turbīnas tika dotas priekšroka salīdzinājumā ar tā laika lielajiem tvaika dzinējiem ar virzuļu kustību, jo to termiskā efektivitāte, ātrums un jaudas un svara attiecība bija augstāka. Kruīza laineri, piemēram, Cunarder “Lusitania”, kā galvenos dzinējus izmantoja tvaika turbīnas, kas ļāva tiem pārvietoties ievērojami ātrāk nekā ar virzuli darbināmiem līdziniekiem. Tvaika turbīnu darbinātajam SS “United States” joprojām ir Blue Riband, kas nodrošina ātrāko transatlantisko šķērsošanu Rietumu virzienā ar maksimālo ātrumu aptuveni 38 mezgli (43.8 jūdzes stundā, 71 km/h).

Attīstoties kodolenerģijai, tvaika turbīnas dzinējspēks joprojām ir plaši izmantots enerģijas avots. Ar kodolenerģiju darbināmi kuģi, tostarp zemūdenes, izmanto tvaika turbīnas kā galvenos dzinējus. Kodolreaktori aizstāj katlus, lai uzsildītu verdošu ūdeni pārkarsētā tvaikā. Pēc tam tvaiks tiek palaists caur turbīnu, kur tas tiek izsmelts un kondensēts turpmākai lietošanai.

Neskatoties uz to zemo griezes momentu, tvaika turbīnas ir izmantotas sauszemes transportlīdzekļos. Ford Nucleon bija ar kodolenerģiju darbināma automašīna, kurā neliels kodolreaktors darbināja turbīnu. 2009. gadā Lielbritānijas inženieru komanda pārspēja pasaules ātruma rekordu ar tvaiku darbināmām automašīnām, kurās izmanto tvaika turbīnas. Ir bijušas arī dažas lokomotīves, kuras darbināja tvaika turbīnas.

Viens no tvaika turbīnu trūkumiem ir to zemais griezes moments. Tomēr, lai novērstu šo problēmu, tiek izmantoti reduktori, lai palielinātu griezes momentu uz apgriezienu skaita minūtē (RPM). Lai gan griezes momenta prasības atšķiras atkarībā no pielietojuma, gandrīz visiem ar tvaika turbīnu darbināmiem transportlīdzekļiem ir nepieciešams noteikts griezes momenta daudzums, ko nevar sasniegt ar tiešo piedziņu. Tāpēc lielākajā daļā transportlīdzekļu, ko darbina tvaika turbīnas, tiek izmantoti reduktori.

Alternatīva reduktora pārnesumiem ir turboelektriskā piedziņa, kurā turbīna griež ģeneratoru, kas darbina elektromotoru. Pēc tam elektromotors kalpo kā transportlīdzekļa galvenais virzītājspēks, un tvaika turbīna nodrošina tā jaudu. Tomēr to izmaksu dēļ turboelektriskās sistēmas ir izmantotas tikai nedaudzos kuģos un lokomotīvēs.

Gāzes turbīnām ir arī ļoti svarīga loma mūsdienu turbīnu piedziņā. Atšķirībā no tvaika turbīnas, kuras liela ātruma tvaiks griež vairākus rotorus, gāzturbīnas izmanto sadegšanu, lai radītu rotācijai nepieciešamo termisko izplešanos. Gāzes turbīnas ir ne tikai daudz jaudīgākas nekā tvaika turbīnas, bet arī var griezties ar daudz lielāku ātrumu. Pateicoties tam, gāzes turbīnas ir izmantotas lidmašīnām, lokomotīvēm, kuģiem un pat smagākiem militārajiem transportlīdzekļiem.