Turbina a gas
Salve a tutti,
mi sto occupando delle studio delle turbine a gas. Nello specifico, mi sto occupando della loro applicazione come propulsori navali. Premesso che:
a scuola la configurazione classica di una turbina a gas me l'hanno spiegata come segue:
compressore-combustore-turbina-utilizzatore.
Ora nel campo navale trovo la seguente configurazione:
compressore-combustore-turbina di alta pressione-turbina di potenza-utilizzatore. Nello specifico l'utilizzatore è un riduttore di giri collegato all'albero dove è calettata l'elica.
Il dubbio che ho è il seguente:
qual è la funzione della turbina di potenza?
Spero che qualcuno mi posso dare chiarimenti sia a livello pratico che a livello analitico.
Grazie
Antonio
mi sto occupando delle studio delle turbine a gas. Nello specifico, mi sto occupando della loro applicazione come propulsori navali. Premesso che:
a scuola la configurazione classica di una turbina a gas me l'hanno spiegata come segue:
compressore-combustore-turbina-utilizzatore.
Ora nel campo navale trovo la seguente configurazione:
compressore-combustore-turbina di alta pressione-turbina di potenza-utilizzatore. Nello specifico l'utilizzatore è un riduttore di giri collegato all'albero dove è calettata l'elica.
Il dubbio che ho è il seguente:
qual è la funzione della turbina di potenza?
Spero che qualcuno mi posso dare chiarimenti sia a livello pratico che a livello analitico.
Grazie
Antonio
Risposte
Questa configurazione viene utilizzata nei casi in cui si richiedono alla turbina (quella di potenza, collegata alò carico) di poter funzionare in diverse condizioni di carico e soprattutto a diverse condizioni di velocità angolare.
Se fosse presente solo compressore, combustore e turbina, con compressore e turbina vincolati mediante un albero a mantenere la stessa velocità angolare, le possibilità di regolazione della potenza fornita al carico sarebbero più limitate.
Questo influisce sulle prestazione del ciclo sostanzialmente in due modi: effetto che ha il sistema di regolazione utilizzato sulla forma del ciclo ideale corrispondente e effetto che ha il punto di funzionamento di compressore e turbina sulla loro efficienza isoentropica di compressione e di espansione (il punto di funzionamento è dato per entrambi da portata ridotta, numero di giri ridotto e rapporto di compressione).
Se fosse presente solo compressore, combustore e turbina, con compressore e turbina vincolati mediante un albero a mantenere la stessa velocità angolare, le possibilità di regolazione della potenza fornita al carico sarebbero più limitate.
Questo influisce sulle prestazione del ciclo sostanzialmente in due modi: effetto che ha il sistema di regolazione utilizzato sulla forma del ciclo ideale corrispondente e effetto che ha il punto di funzionamento di compressore e turbina sulla loro efficienza isoentropica di compressione e di espansione (il punto di funzionamento è dato per entrambi da portata ridotta, numero di giri ridotto e rapporto di compressione).
Purtroppo ho le idee ancora confuse. Premetto che sono un perito elettronico.
Tu mi scrivi che la turbina di potenza ha la funzione di poter funzionare a diverse condizioni di carico e diversi condizioni di velocità angolare. Cosa intendi per velocità angolare?
A scuola ho studiato che la regolazione della potenza fornita all'albero della turbina avviene tramite la regolazione della portata di combustibile iniettata nel combustore. Per cui per la variazioni di carico non sarebbe bastato regolare questo parametro? Di conseguenza, ritorno alla mia domanda iniziale: qual è la funzione della turbina di potenza?
Se la configurazione è composta da compressore a 16 stadi-combustore-turbina di alta pressione a 2 stadi-turbina di potenza a 6 stadi, il tutto calettato su un unico albero come può la turbina adattarsi alla variazioni di carico dell'utilizzatore senza rendere conto alla macchine che la precedono (compressore-turbina di alta pressione)?
Poi, potresti spiegarmi in maniera più semplice il concetto qui sotto:
"Questo influisce sulle prestazione del ciclo sostanzialmente in due modi: effetto che ha il sistema di regolazione utilizzato sulla forma del ciclo ideale corrispondente e effetto che ha il punto di funzionamento di compressore e turbina sulla loro efficienza isoentropica di compressione e di espansione (il punto di funzionamento è dato per entrambi da portata ridotta, numero di giri ridotto e rapporto di compressione)".
Grazie mille
Antonio
Tu mi scrivi che la turbina di potenza ha la funzione di poter funzionare a diverse condizioni di carico e diversi condizioni di velocità angolare. Cosa intendi per velocità angolare?
A scuola ho studiato che la regolazione della potenza fornita all'albero della turbina avviene tramite la regolazione della portata di combustibile iniettata nel combustore. Per cui per la variazioni di carico non sarebbe bastato regolare questo parametro? Di conseguenza, ritorno alla mia domanda iniziale: qual è la funzione della turbina di potenza?
Se la configurazione è composta da compressore a 16 stadi-combustore-turbina di alta pressione a 2 stadi-turbina di potenza a 6 stadi, il tutto calettato su un unico albero come può la turbina adattarsi alla variazioni di carico dell'utilizzatore senza rendere conto alla macchine che la precedono (compressore-turbina di alta pressione)?
Poi, potresti spiegarmi in maniera più semplice il concetto qui sotto:
"Questo influisce sulle prestazione del ciclo sostanzialmente in due modi: effetto che ha il sistema di regolazione utilizzato sulla forma del ciclo ideale corrispondente e effetto che ha il punto di funzionamento di compressore e turbina sulla loro efficienza isoentropica di compressione e di espansione (il punto di funzionamento è dato per entrambi da portata ridotta, numero di giri ridotto e rapporto di compressione)".
Grazie mille
Antonio
Per velocità angolare intendo quel vettore, proprio di un sistema di riferimento nello spazio tridimensionale (chiamiamolo mobile) rispetto ad un altro (chiamiamolo fisso), secondo cui, per un punto solidale al sistema di riferimento mobile la velocità rispetto al sistema di riferimento fisso può essere scritta come
$vecv_p=vecv_(o)+vecomega\wedge(P-O)$
Dove $P$ è il punto considerato, $O$ l'origine del sistema di riferimento mobile e $vecv_p$ e $vecv_o$ le rispettive velocità rispetto al sistema di riferimento fisso.
Ogni macchina, turbina o compressore che sia, è caratterizzata da curve di funzionamento, che a valori di portata in massa fluente attraverso la macchina fanno corrispondere un rapporto di compressione della macchina. Queste curve dipendono da diversi parametri: temperatura e pressione in ingresso, velocità angolare del rotore della macchina, geometria delle pale (numero, rapporto tra passo e altezza, angoli in ingresso del flusso), presenza di effetti dissipativi (attrito viscoso e formazione di vortici causati dalla non stazionarietà del flusso nella rotazione relativa tra rotore e statore, differenze di pressione in direzione radiale che si vengono a creare nella macchina attraverstata dal flusso, curvatura delle pale, differenza tra angoli di ingresso e di uscita tra pala e velocità media del flusso, trafilamenti di fluido attraverso gli interstizi alle estremità delle pale).
La regolazione di una turbina può avvenire in diversi modi, a seconda dei dispositivi installati e dei gradi di libertà che sono presenti nel suo funzionamento.
I due modi più utilizzati sono la regolazione dell'inclinazione rispetto all direzione assiale di statori posti all'ingresso del compressore, che influiscono sulle curve di funzionamento del compressore, e la regolazione della portata di combustibile inserita nel combustore. Nel caso in cui siano presenti una turbina di bassa pressione e una di alta pressione vengono utilizzati anche degli statori con inclinazione regolabile all'ingresso della turbina di bassa pressione, che permettono di variare le curve di funzionamento anche per questa macchina, oltre alla possibilità di regolare la velocità angolare di questa essendo montata su un albero differente rispetto a quello su cui sono montati compressore e turbina di alta pressione (almeno negli esempi che sono presenti nel link che ho postato).
Ci sono limiti per le regolazioni, che riguardano i diversi componenti del sistema, e sono limiti strutturali, legati alla pressione raggiunta, alla temperatura massima raggiunta all'uscita del combustore, alla velocità angolare raggiunta dal rotore (sul rotore agisce, oltre alla pressione del fluido la forza centrifuga distribuita), lo stallo del compressore, condizione in cui si presenta un comportamento instabile della macchina con conseguenze consistenti in stress meccanici, il raggiungimento della velocità del suono da parte del flusso in una parte della macchina, che limita la portata in massa fluente, la possibilità del controllo della fiamma nel combustore, dipendente dalla velocità dell'aria all'interno di esso, dalla sua geometrica, dalla vorticosità del flusso, dal modo in cui avviene la fase di miscela aria/combustibile rispetto alla fase di combustione.
A questo link puoi trovare informaioni riguardo ai sistemi di regolazione di una turbina a gas
http://www.htc.de.unifi.it/PDF/IP/06_off_design.pdf
$vecv_p=vecv_(o)+vecomega\wedge(P-O)$
Dove $P$ è il punto considerato, $O$ l'origine del sistema di riferimento mobile e $vecv_p$ e $vecv_o$ le rispettive velocità rispetto al sistema di riferimento fisso.
Ogni macchina, turbina o compressore che sia, è caratterizzata da curve di funzionamento, che a valori di portata in massa fluente attraverso la macchina fanno corrispondere un rapporto di compressione della macchina. Queste curve dipendono da diversi parametri: temperatura e pressione in ingresso, velocità angolare del rotore della macchina, geometria delle pale (numero, rapporto tra passo e altezza, angoli in ingresso del flusso), presenza di effetti dissipativi (attrito viscoso e formazione di vortici causati dalla non stazionarietà del flusso nella rotazione relativa tra rotore e statore, differenze di pressione in direzione radiale che si vengono a creare nella macchina attraverstata dal flusso, curvatura delle pale, differenza tra angoli di ingresso e di uscita tra pala e velocità media del flusso, trafilamenti di fluido attraverso gli interstizi alle estremità delle pale).
La regolazione di una turbina può avvenire in diversi modi, a seconda dei dispositivi installati e dei gradi di libertà che sono presenti nel suo funzionamento.
I due modi più utilizzati sono la regolazione dell'inclinazione rispetto all direzione assiale di statori posti all'ingresso del compressore, che influiscono sulle curve di funzionamento del compressore, e la regolazione della portata di combustibile inserita nel combustore. Nel caso in cui siano presenti una turbina di bassa pressione e una di alta pressione vengono utilizzati anche degli statori con inclinazione regolabile all'ingresso della turbina di bassa pressione, che permettono di variare le curve di funzionamento anche per questa macchina, oltre alla possibilità di regolare la velocità angolare di questa essendo montata su un albero differente rispetto a quello su cui sono montati compressore e turbina di alta pressione (almeno negli esempi che sono presenti nel link che ho postato).
Ci sono limiti per le regolazioni, che riguardano i diversi componenti del sistema, e sono limiti strutturali, legati alla pressione raggiunta, alla temperatura massima raggiunta all'uscita del combustore, alla velocità angolare raggiunta dal rotore (sul rotore agisce, oltre alla pressione del fluido la forza centrifuga distribuita), lo stallo del compressore, condizione in cui si presenta un comportamento instabile della macchina con conseguenze consistenti in stress meccanici, il raggiungimento della velocità del suono da parte del flusso in una parte della macchina, che limita la portata in massa fluente, la possibilità del controllo della fiamma nel combustore, dipendente dalla velocità dell'aria all'interno di esso, dalla sua geometrica, dalla vorticosità del flusso, dal modo in cui avviene la fase di miscela aria/combustibile rispetto alla fase di combustione.
A questo link puoi trovare informaioni riguardo ai sistemi di regolazione di una turbina a gas
http://www.htc.de.unifi.it/PDF/IP/06_off_design.pdf
Grazie per le risp.
Putroppo non sono riuscito a capire. Probabilmente il mio essere un perito elettronico è una barriera imprescindibile all'acquisizione immediata di determinati dettagli tecnici.
Antonio
Putroppo non sono riuscito a capire. Probabilmente il mio essere un perito elettronico è una barriera imprescindibile all'acquisizione immediata di determinati dettagli tecnici.
Antonio
"Innomi":
Grazie per le risp.
Putroppo non sono riuscito a capire. Probabilmente il mio essere un perito elettronico è una barriera imprescindibile all'acquisizione immediata di determinati dettagli tecnici.
Antonio
Questa è roba da ingegneri. Perdonami, ma ci sono studi approfonditi da fare sull'argomento e le conoscenze non si acquisiscono "gratis". Se non hai conoscenze di matematica, fisica, termodinamica ecc...capire per bene le cose è impossibile.
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