Turbina Cu Gaz

7/28/2019 Turbina Cu Gaz

1/19

Turbine cu gaz

Grosu Andrei-Teodor

Master M.S.I.M anul I


2/19

O turbin cu gaze este o turbintermic, care utilizeaz cdereade entalpie a unui gaz sau a unui amestec de gaze pentru a produce

prin intermediul unor palete care se rotesc n jurul unui ax a uneicantiti deenergie mecanicdisponibil la cupla turbinei. Turbina cugaze mai este cunoscut i sub denumirea deinstalaie de turbincu gaze (ITG).

Din punct de vedere termodinamic o turbin cu gaze funcioneaz

destul de asemntor cumotorul unui automobil. Aerul

din atmosfer este admis ntr-un compresor cu palete, unde estecomprimat, urmeaz introducerea unuicombustibil, aprinderea iarderea lui ntr-o camer de ardere. Gazele de ardere se destind ntr-o turbin, care extrage din ele lucrul mecanic, iar apoi sunt evacuaten atmosfer. Procesul este continuu, iar piesele execut doar micride rotaie, ceea ce pentru o putere dat conduce la omastotal a

instalaiei mai mic. Ca urmare, turbinele cu gaze s-au dezvoltat nspecial ca motoare de aviaie, ns i gsesc aplicaii n multe altedomenii, unul dintre cele mai moderne fiind termocentralele cu cicluricombinate abur-gaz.


3/19

n 1903 norvegianul gidius Elling aconstruit prima turbin cu gaze funcional,care a produs lucru mecanic, evenimentimportant, lund n considerare lipsa decunotine deaerodinamic a vremii. Turbinasa a reuit s produc o putere de 11 caiputere, foarte mult pentru zilele respective.Din turbina sa s-a inspirat Frank Whittle.

n 1791 englezul John Barber a brevetat

prima adevrat turbin cu gaze, turbin careavea principalele elemente din turbinele cugaze moderne.

Dezvoltarea turbinelor cu gaze este de dat mult mai recent decta turbinelorn general, i de dat mai recent dect a turbinelor cu abur.

n 1918 General Electric, unul din cei mai mariproductori, inclusiv din zilele noastre, i ncepeproducia de turbine cu gaze.


4/19

n 1936 Hans von Ohain i Max Hahndezvolt n Germania un motor cureaciebazat pe un brevet

propriu. Compresorul acestui motor erade tip axial, i pebaza lui s-a dezvoltatmotorul Junkers Jumo 004 care aechipatavionul Messersmitt Me 262.

n 1930 englezul FrankWhittle breveteaz proiectul unei turbinecu gaze pentru propulsia avioanelor(motor cu reacie).Realizarea practic a

acestui proiect s-a fcut ns abia nanul 1937. Compresorul acestui motorera de tip centrifugal, i pe baza lui s-adezvoltat motorul Rolls-Royce Welland,care a echipat avionul Gloster Meteor.


5/19

Clasificarea turbinelor cu gaze

Dup destinaie:

turbine de traciunepentru aviaie ( turboreactoare, turbopropulsoare, turboventilatoare i turbine pentruantrenarea elicelor elicopterelor);turbine de traciune navale;turbine de traciune terestre

(pentru locomotive, autovehicule, motociclete, tancuri etc.);turbine de supraalimentare a motoarelor cu ardere intern.turbine energetice (pentru termocentrale cu ciclu cu gaze simplu sau cu ciclucombinat abur-gaz);

Dup modul de recuperare a cldurii evacuate:

turbine cu recuperator;turbine fr recuperator.

Dup felul ciclului n care lucreaz:cu ciclu nchis;cu ciclu deschis.


6/19

Principiul de funcionare

Ciclul Joule

Cea mai simpl turbin cu gaze este format dintr-un compresor, care estemontat pe acelai ax cu o turbin. Compresorulabsoarbe aerul din atmosferi l comprim la presiunea de civa bar. Aerulcomprimat ajunge ntr-o camer deardere, n care este introdus i

un combustibil. Aici are loc arderea la presiune constant, cucreterea temperaturii i a volumului gazelor produse prin ardere. Gazele deardere se destind n turbin, producnd lucru mecanic, iar apoi suntevacuate n atmosfer. Ciclul termodinamic al unei astfel de turbine cu gazeeste ciclul Joule, cunoscut n literatura englez de specialitate caciclulBrayton.


7/19

Transformrile termodinamice din ciclu sunt:

12 compresie izoentropic;

2 - 3 nclzire izobar;3 - 4 destindere izoentropic;4 - 1 rcire izobar.


8/19

Descrierea prilor componente

Compresorul

Rolul compresoruluieste de a realiza comprimarea agentului termic (de obiceiaerul), realiznd transformarea 1 2 din ciclul Joule. Se folosesc exclusivcompresoare cu palete.Compresoarele pot fi:centrifugale;

axiale.

Compresoarele centrifugaleau un raport de compresie pe treapt mai mare,

deci pentru un raport de compresie total dat trebuie mai puine trepte, deciagregatul rezult mai uor. Randamentul acestor compresoare este ns maimic. Compresorul centrifugal s-a folosit la primele motoare cu reacie ale luiFrank Whittle, inclusiv la motorul Rolls-Royce Nene. Actual este folosit pe scarlarg la turbinele cu gaze pentru elicoptere mici, agregate care trebuie s fiect mai uoare.
http://ro.wikipedia.org/wiki/Fi%C8%99ier:Compressor_Stage_GE_J79.jpghttp://ro.wikipedia.org/wiki/Fi%C8%99ier:Compressor_Stage_GE_J79.jpg


9/19

Compresoarele axialeau un raport de compresie pe treapt mai mic, deci pentruun raport de compresie total dat trebuie multe trepte, deci agregatul rezult mailung, ns de diametru mai mic. Randamentul acestor compresoare este maibun. Compresorul axial este folosit pe scar larg la turbinele cu gaze pentru

toate turbinele pentru propulsia avioanelor, unde conteaz diametrul mic irandamentul bun, i toate turbinele energetice, unde conteaz randamentul bun.

Camera de ardere

Rolul camerei de ardereeste de a realiza introducerea cldurii n ciclu prinarderea unui combustibil, realiznd transformarea 2 3 din ciclul Joule. Camerelede ardere au n interior o cma rcit cu aerul de diluie, cma careecraneazflacrai protejeaz astfel corpul exterior al camerei. Aprindereainiial se face cu o bujie.Camerele de ardere pot fi:

individuale;inelare.
http://ro.wikipedia.org/wiki/Fi%C8%99ier:Combustion_chamber_GE_J79.jpghttp://ro.wikipedia.org/wiki/Fi%C8%99ier:Combustion_chamber_GE_J79.jpg


10/19

Camerele de ardere individualesunt de form tubular i se monteaz mai multen jurul axului agregatului. n camerele de ardere individuale este mai uor deasigurat stabilitatea arderii, adic se evit ruperea flcrii, iar n caz de rupere,ruperea nu se propag n celelalte camere, ba din contr, acestea, prin canalizaiiprevzute special n acest scop ajut la reaprindere. Nu ntotdeauna fiecarecamer de ardere are bujie proprie, deoarece, cum s-a spus, camerele comunicntre ele i flacra se transmite.Camerele de ardere inelareau un spaiu de ardere unic, inelar. n aceste camereeste mai greu de stabilizat flacra, dozajul aer-combustibil, vitezele de introducere

a aerului prin diversele seciuni i geometria camerei fiind critice. Camerele inelarens au mai puine repere i sunt mai uoare, fiind din punct de vedere tehnologicmai evoluate.Combustibiliifolosii la turbinele cu gaze sunt:combustibili lichizi- nu sunt necesari combustibili cu fraciuni uoare, cum arfi benzina, se pot folosi combustibili mai grei, ca petrol, kerosen (petrol de

aviaie),gazolin,combustibil lichid folosit la nclzirii, la instalaiile staionare,chiarpcur.combustibili gazoi- gaz natural, biogaz, gaz de aer, gaz de ap, gaz degazogen, gaz de sintez, gaz de furnal, gaz de cocserie ichiar hidrogen (experimental).


11/19

Rolul turbineieste de a realiza destinderea agentului termic (de obicei gaze

de ardere), realiznd transformarea 3 4 din ciclul Joule. Turbinatransform entalpia a gazelor nti n energie cinetic, prin accelerarea prindestindere a agentului termic i transformarea de ctre palete a acesteienergii n lucru mecanic, transmis discurilor turbinei i apoi arborelui.

Turbina

Arborele turbinei asigurtransmiterea puterii ntre turbin,compresor, cupl, demaror,pompe etc. Un singur arbore nuasigur turaiile optime pentru

toate componentele, aa cexist construcii pe unul sau pemai muli arbori coaxiali.

Arborele


12/19

Turbine cu gaze pentru aviaie

Turbinele cu gaze pentru aviaie sunt cunoscute i sub numele de motoare cureacie, ns denumirea de motor cu reacie acoper o arie mai larg, eacuprinde i agregatele de traciune prin reacie care nu au turbine.

Turboreactorul(cca. 900 km/h lanivelul solului, respectiv cca. 800km/h la nivelul zborului de croazier)

Turbopropulsorul(cca. 600 1200 km/h la nivelulsolului, respectiv cca. 500 1000km/h la nivelul zborului decroazier).


13/19

Turboventilatorul

Turbina de elicopter

Este un turbopropulsor cu o

elice carenat i cumulte pale (numit ventilator),cu funcionare economic igenernd un zgomot redus

Este similar unuiturbopropulsor, diferena

constnd n faptul c putereanu se transmite n fa, uneielice de traciune, ci n spate,unui reductor care o distribuieelicelor rotorului principal.


14/19

Turbine cu gaze pentru traciune terestr

Au existat cteva tentative de realizare a unorautovehiculecu turbin cu

gaze, de exemplu Rover - JET1 (1950) i Chrysler - cteva prototipuri (1950 1980). Toate au avut un consum de combustibil inacceptabil de mare, chiarpentru vremurile acelea. n 1993 General Motors a produs primul autovehiculcomercial hibrid, acionat de o turbin cu gaze.

Mai mult succes au avut turbinele cu gazela autovehiculele de competiie i record.


15/19

Turbinele cu gaze au fost folosite pentru traciune feroviarla aa-numitele turbotrenuri

ntre anii 1948 i 1970 Union Pacific a folosit pe scar larg locomotivedin seria UP, acionate de turbine de gaz de 1800 10000 hp fabricate defirma Westinghouse.

Datorit raportului excelent putere/greutate, turbinele cu gaze au fost folosite i laacionarea navelor rapide. Exemple de astfel de nave au fost n Angliavedetele MGB 2009i fregateleType 81, n Suedia vedetele torpiloare din clasa 6Spica, acionate de turbine Proteus 1282, n Finlanda corvetele dinclasa Turunmaa, acionate de turbine Rolls-Royce OlympusTMB3, n Canada distrugtoarele port-elicopter din clasa Canadian Iroquois, iarn SUA cuterele din clasa Hamilton ale U.S Coast Guard.


16/19

Turbine cu gaze energetice

La aceste turbine nu se pune problema greutii sau spaiului, aa c ele pot

beneficia de cele mai complexe scheme termice n vederea creteriirandamentului, dispun de obicei att de rcirea intermediar a aerului n timpulcompresiei ct i de arderea fracionat. Scopul principal esteproducerea energiei electrice i, pentru mrirea economicitii se tinde spreputeri tot mai mari. Se remarc turbinele (n parantez puterea la bornelegeneratorului electric):

General Electric PG7241FA (172 MW)

Alstom GT 24 (188 MW)

Siemens AG Seria SGT5 (168 340 MW)


17/19

Avantajele turbinelor cu gaze

foarte bun raport putere/greutate;dimensiuni reduse;

timp de pornire scurt (5 ... 30 min);micare de rotaie uniform (nu alternativ), echilibrare foarte bun;vibraii reduse;la ITG energetice, costul investiiei i timpul de dare n funciune sunt mult mai micin comparaie cu instalaiile cu turbine cu abur;pot funciona fr ap de rcire, important n zone unde apa este deficitar, de

exemplu n deert.

Dezavantajele turbinelor cu gaze

randament termic nu prea ridicat;

scderea pronunat a randamentului i performanelor n regimuri diferite deregimul pentru care au fost proiectate, (la sarcini pariale);o oarecare inerie la modificarea turaiei;fabricaie dificil, necesit tehnologii nalte;materiale speciale, rezistente la temperaturi nalte, scumpe;ntreinere pretenioas, reparaii planificate dese.


18/19

Perspective

La autovehicule, dimensiunile motorului nu sunt chiar critice, iar vibraiile motoarelor cupiston sunt acceptabile, ca urmare dezavantajele turbinelor se manifest din plin. n acestdomeniu turbinele cu gaze i gsesc ns aplicabilitatea ca grupuri de turbosupraalimentare.La tancuri, randamentul termic mai sczut nu este un impediment, costurile sunt acceptatede statele dezvoltate, iar puterea imens dezvoltat de turbine asigur mobilitatea pecmpul de lupt, avantaj care poate fi decisiv.n domeniul feroviar, greutatea nu conteaz, deoarece pentru a avea for la crlig sarcinape osie a locomotivelor trebuie s fie apropiat de cea maxim admis. Aici randamentul

termic sczut i costurile i spun cuvntul, fiind preferate motoarele cu piston sau celeelectrice.n domeniul naval civilsituaia este similar cu cea din domeniul feroviar. ndomeniul navalmilitarsituaia este similar cu cea de la tancuri.n domeniul aviaieisunt dou situaii. naviaia comercialimilitar raportulputere/greutate primeaz asupra oricror alte considerente, aa c dominaia turbinelor cugaze este total. n domeniulaviaiei utilitare, sportiveide agrement, costurile limiteaz

folosirea turbinelor cu gaze, fiind preferate motoarele cu piston, mult mai ieftine i cuntreinere simpl.n domeniul energeticrandamentul termic mai sczut limiteaz utilizarea turbinelor cu gazeca agregate independente n regim de baz, fiind preferate turbinele cu abur. Tot n domeniulenergetic turbinele cu gaze lucrnd n cicluri combinate abur-gaz (n serie cu turbine cuabur) fac ca randamentul termic al termocentralelor de acest tip s fie foarte ridicat, de 55 58

%, ceea ce face ca ele s aib n acest domeniu un mare viitor.


19/19

Bibliografie

www.Wikipedia.org

www.google/images.com

www.lefo.wikispaces.com
http://www.wikipedia.org/http://www.google/images.comhttp://www.lefo.wikispaces.com/http://www.lefo.wikispaces.com/http://www.google/images.comhttp://www.wikipedia.org/

Turbina Cu Gaz

Documents

Transcript of Turbina Cu Gaz