Turbina+cu+gaze

TURBINA CU GAZE Baca Adrian - Iulian

Eu mi-am ales turbina cu gaze, deoarece m-a impresionat prin faptul ca poate fi utilizata ca unitate de baza in centralele termoelectrice, ea inlocuind cu succes motoarele Diesel de puteri mari sau turbinele cu abur de puteri mici si mijlocii. De asemenea, este folosita in antrenarea compresoarelor centrifugale pentru motoarele cu aprindere prin compresie (cresterea performantelor acestora- putere efectiva ). I Definitie O turbină cu gaze este o turbina termică, care utilizează căderea de entalpie (o marime de stare termodinamica, notata cu i, care simplifica studiul proceselor termodinamic; exprima continutul de caldura la presiune constanta a agentului de lucru) a unui gaz sau a unui amestec de gaze pentru a produce prin intermediul unor palete care se rotesc în jurul unui ax a unei cantități de energie mecanică disponibilă la cupla turbinei. Turbina cu gaze mai este cunoscută și sub denumirea de instalație de turbină cu gaze (ITG). Din punct de vedere termodinamic, o turbină cu gaze funcționează destul de asemănător cu motorul unui automobil. In 1971, englezul John Barber a brevetat prima adevarata turbina cu gaze, care avea principalele elemente din turbinele cu gaze moderne.

media type="youtube" key="y96GJunXxHc" height="284" width="318" II Ciclul Joule Cea mai simplă turbină cu gaze este formată dintr-un compresor, care este montat pe același ax cu o turbină. Compresorul absoarbe aerul din atmosferă și îl comprimă la presiune 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 temperaturii și a volumului gazelor produse prin ardere. Gazele de ardere se destind în turbină, producând lucru mecanic, iar apoi sunt evacuate în atmosferă. Ciclul termodinamic al unei astfel de turbine cu gaze este ciclul Joule, cunoscut în literatura engleză de specialitate ca ciclul Brayton. Transformările termodinamice din ciclu sunt: Randamentul termic al ciclului Joule ideal fără recuperator este:
 * 1 – 2 compresie izoentropică;
 * 2 - 3 încălzire izobară;
 * 3 - 4 destindere izoentropică;
 * 4 - 1 răcire izobară.

unde ε este raportul de compresie = p2 / p1, iar k este exponentul adiabatic al gazului. Randamentul termic al ciclului Joule real fără recuperator, luând în considerare și randamentele interne ale turbinei ηt și compresorului ηc este:

III Ciclul Joule cu recuperator Pentru mărirea randamentului termic se folosesc recuperatoare, care recuperează o parte din căldura evacuată odată cu gazele arse în atmosferă q4-4' și o reintroduc în ciclu q2-2'. Randamentul termic al ciclului Joule ideal cu recuperator este: IV 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 greutatea agregatului e critică, prin injecție de apă între treptele compresorului; -la celelalte turbine, prin 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. V 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 centrale nucleare, iar agentul termic este uzual dioxidul de carbon sau heliul. VI Poluare Poluanții emiși de turbinele cu gaze sunt aceiași ca în oricare alt proces de ardere: dioxizii de carbon (CO2) și de sulf (SO2), monoxidul de carbon (CO) și oxizii de azot(NOx). Măsurile de reducere ale poluanților sunt costisitoare și se justifică în cazul emisiilor totale mari, în speță pentru țările industrializate. VII Parti componente - Compresorul; Rolul compresorului este de a realiza comprimarea agentului termic (de obicei aerul), realizând transformarea 1 – 2 din ciclul Joule. -Camera de ardere; Rolul camerei de ardere este de a realiza introducerea căldurii în ciclu prin arderea unui combustibil, realizând transformarea 2 – 3 din ciclul Joule. -Turbina; Rolul turbinei este de a realiza destinderea agentului termic (de obicei gaze de ardere), realizând transformarea 3 – 4 din ciclul Joule. -Arborele; Arborele turbinei asigură transmiterea puterii între turbină, compresor, cuplă, demaror, pompe etc. VIII Exemple de utilizari -turbina cu gaze pentru aviatie ( turboreactorul, turbopropulsorul, turboventilatorul, turbina de elicopter); -turbina cu gaze pentru tractiune terestra; -turbina cu gaze pentru tractiune navala; -grupuri de turbosupraalimentare; -turbine cu gaze energetice; IX Turbine cu gaze fabricate in Romania In 1975, Turbomecanica incepe fabricatia turbinelor cu gaze pentru tractiune. De asemenea, la Hidromecanica Brasov s-au fabricat (si se mai fabrică) grupuri de turbosupraalimentare pentru motoarele cu combustie internă fabricate în România, X Avantaje -foarte bun raport putere/greutate; -dimensiuni reduse; -timp de pornire scurt (5 ... 30 min); -mișcare de rotație uniformă (nu alternativă), echilibrare foarte bună; -vibrații reduse; -pot funcționa fără apă de răcire, important în zone unde apa este deficitară, de exemplu în deșert. XI Dezavantajele -randament termic nu prea ridicat; -o oarecare inerție la modificarea turației; -fabricație dificilă, necesită tehnologii înalte; -materiale speciale, rezistente la temperaturi înalte, scumpe; -întreținere pretențioasă, reparații planificate dese. XII Bibliografie [] [] [] []