FACULTATEA DE MECANICĂ Motoare si autovehicule rutiere

UNIVERSITATEA TEHNICĂ "GH.ASACHI" IAŞI

Motorul cu turbina

FACULTATEA DE MECANICĂ

UNIVERSITATEA TEHNICĂ "GH.ASACHI" IAŞI

- În turbinele termice, aceasta transformare are loc în 2 etape (simultane sau succesive):

- transformarea energiei termice a agentului de lucru în energie cinetica

(insotita de destindere)

- transferul energiei catre rotor prin variatia impulsului agentului de lucru

(modificarea vectorului viteze ca directie şi marime)

TURBINA – masina rotativa ce extrage energie dintr-un fluid în curgere şi o transforma în lucru

mecanic.

- Doua elemente principale: stator şi rotor: fiecare reprezinta o succesiune de canale (ajutaje) montate pe o coroana circulara şi realizate prin profilarea adecvata a paletelor

•Turbina cu actiune: procesul de destindere are loc doar în stator

• Turbina cu reactiune: destinderea se realizeaza şi în stator şi în rotor

Dupa natura fluidului de lucru:

- turbine aer şi produse de ardere

- turbine cu abur

- turbine cu heliu,

- turbine cu CO2,

- turbine cu vapori de mercur,

- turbine cu amoniac,

- turbine cu vapori de Na sau K,

- etc

Clasificarea turbinelor

Dupa starea de agregare a fluidului de lucru:

- turbine aer şi produse de ardere

- turbine cu abur

- turbine hidraulice

- fluide compresibile

Clasificarea turbinelor

Dupa modul de circulatie al fluidului de lucru:

- turbine axiale- turbine radiale

- centripete

- centrifuge

- turbine tangentiale

TURBOMOTOARE

- O clasa vasta de motoare care folosesc TURBINA ca organ de generare e puterii.

ISTORIC

- Primul dispozitiv care poate fi asimilat cu un motor cu turbina cu

abur este “eolipila” lui Heron din Alexandria (sec. I i.e.n.)

– primul motor termic cunoscut în istorie

– prima turbina cu reactiune pura.

- În sec 16 e.n. Leonardo da Vinci, imagineaza o turbina – montata

în cosul unui cuptor şi actionata de gazele arse – care antrena

o frigare – primul turbomotor cu gaze.

-1883 – primul turbomotor cu utilizare industriala – inginerul suedez Gustav de Laval

-turbina cu actiune cu o trepta de viteza,

-5 CP / 25000 rpm

Clasificare

Dpdv al sursei de energie primara:

- turbomotoare eoliene

- turbomotoare hidraulice

- turbomotoare termice

Dpdv al agentului de lucru, turbomotoarele termice se impart in:

- turbomotoare cu abur

- turbomotoare cu gaze

- turbomotoare mixte (ciclu binar)

În domeniul propulsiei vehiculelor, se folosesc, evident, turbomotoarele termice

Dpdv al destinatiei:

- turbomotoare energetice

- turbomotoare de transport

Avantaje ale turbomotoarelor

Sunt motoare care functioneaza în regim permanent, fiecare faza a ciclului

desfasurandu-se intr-un element specializat – ce poate fi optimizat.

Nu au piese în miscare alternativa – vibratii mult reduse fata de motoarele cu piston

Pot folosi combustibili de proasta calitate (în special turbomotoarele cu abur)

Prin adaptari simple pot trece de la un combustibil la altul (motoare policarburante).

Multe turbomotoare cu gaze (TMG) pot folosi o gama larga de combustibili fara nici o

modificare.

TMG sunt motoare foarte compacte şi cu greutati specifice reduse (sub 0,2 kg/CP).

Puterea dezvoltata de un motor se poate scrie:

P = G·es =

Puterile specifice mari se datoreza sectiunilor mari de trecere şi

caracterului continuu al functionarii ( = 1)

Puteri imposibil de atins pentru motoarele cu piston: peste 150 MW pt. instalatiile

energetice cu TMG; peste 750 MW pentru cele cu TMA

Sunt singurele motoare termice care se pot folosi în instalatii termonucleare.

smin ev

cS 1

Dezvantaje

TMG au randamente mai mici decat ale motoarelor cu piston (în special cele

Diesel)

Turbomotoarele cu circuit inchis (cu abur) au gabarite foarte mari, datorate sursei

calde şi sursei reci care sunt instalatii de volum şi greutate mare.

Timpul de pornire ridicat (în special la TMA)

Mase mari în miscare de rotatie – timpi de repriza mai ridicati (lag)

TMG sunt motoare foarte zgomotoase şi evacueaza debite mari de gaze cu

temperaturi ridicate – folosire limitata în transportul terestru – în special în cel urban.

Necesita tehnologii de mare complexitate şi materiale rezistente la temperaturi

ridicate – pret ridicat.

Turbomotorul ca sistem de propulsie

Turbomotoarele folosite în transporturi sunt în mare majoritate TMG.

S-au impus în special în aviatie datorita puterilor specifice ridicate.

La viteze mari nu exista momentan o alternativa pentru turboreactor

O larga raspandire în marina – în special în marina militara (TMG) dar şi comerciala (în

special TMA – datorita randamentelor ridicate)

TMA sunt folosite în exclusivitate ca grupuri de propulsie pe portavioanele, spargatoarele

de gheata şi submarinele nucleare.

În transportul terestru au existat o lunga serie de incercari de utilizare a TMG. Nu s-au

impus datorita randamentului.

În prezent exista perspective reale pentru aplicatii terestre datorita randamentelor din ce

în ce mai bune.

Turboreactorul (motorul cu reactie)

Primul motor cu reactie – imaginat de Henri Coanda în 1910.

Sistemul de propulsie nu era un turboreactor propriu-zis ci un motoreactor.

Conceptul de turboreactor a fost dezvoltat în paralel de Hans von Ohain şi Frank Whittle

la sfarsitul anilor ’30.Motorul lui Ohain a zburat în 1939 pe Heinkel 178 iar al lui Whittle în 1941 pe Gloster

Pioneer

Turboreactorul

Cel mai simplu motor cu turbina

Schematic:

A

TC

E

E1

A C T E1 E

Pratt & Whitney F100-JTF22

(McDonell Doglas F15 Eagle)Tumanski R11 – F300

(Mikoian Gurievici MIG 21)

Turbopropulsorul

Patentat în 1928 în Ungaria de György Jendrassik. Primul turbopropulsor a fost produs şi testat de uzinele GANZ în Budapesta În locul ajutajului reactiv, foloseste energia gazelor intr-o turbina pentru a genera putere Folosit atat ca sistem de propulsie cat şi ca instalatie energetica.

Turbopropulsorul monoax:

Variante constructive

Red

A

TC

E

A C ET

Utilizat în special pe aeronave cu aripa fixa (avioane) şi instalatii energetice industriale Dezavantaj: nu poate porni sub sarcina

Turbopropulsorul monoax:

Utilizat pe Ilyushin Il-18, Il-38, Antonov An-8, An-12 Putere la decolare: 3809 kW Masa motor + reductor: 1040 kg

Turbopropulsorul AI 20

Utilizat pe avioane, elicoptere, nave miltare rapide, locomotive şi instalatii energetice Au existat o serie de aplicatii experimentale în domeniul auto Folosit pe camioane (VOLVO) Poate porni sub sarcina; în aplicatiile terestre nu necesita cutie de viteze.

Turbopropulsorul cu turbina libera:

Red

A

TC

E

T1

Varianta a turbopropulsorului cu turbina libera:

Turboventilatorul (turbofan)

Turbopropulsorul cu turbina libera:

Turbomotor naval NORTHROP GRUMMAN – ROLLS ROYCE WR-21

Turboventilator cu recuperare de caldura –

brevet 1998

Turbomotor Pratt & Whitney pe un prototip de masina de curse

la Indianapolis în 1967

1963 Chrysler Turbine