Esempio di 2a verifica Descrivere il funzionamento

Esempio di 2a verifica
Descrivere il funzionamento della turbina a vapore assiale semplice a reazione: triangoli di velocità,
lavoro sviluppato, rendimento.
Discutere gli effetti prodotti dal rapporto di compressione e dalla temperatura massima T3 sul
rendimento di un ciclo Brayton semplice ideale.
Descrivere le tecniche di raffreddamento delle pale di una turbina a gas.
Uno stadio di turbina assiale a reazione con profilo di pale non simmetrico elabora aria (cp=1000
J/(kgK), R=287 J/(kgK), k=1.4 ) ed è caratterizzato da :
• angolo uscita statore α1=15°, angolo uscita rotore β2=170° ;
• velocità assiale Va= 100 m/s;
• velocità di rotazione: 3000 rpm;
• condizioni totali all’ingresso dello statore: T0=1000 K, p0=10 bar.
Nell’ipotesi di stadio ideale ottimizzato (minima energia cinetica di scarico) e componente assiale
costante, calcolare:
1) i triangoli di velocità ingresso ed uscita rotore, nell’ipotesi di componente assiale costante;
2) il lavoro euleriano prodotto dallo stadio;
3) la temperatura T1 e la pressione p1 all’ingresso del rotore;
4) la temperatura T2 e la pressione p2 all’uscita del rotore;
5) il grado di reazione.
Di un ciclo Brayton semplice reale sono assegnati:
• rapporto di compressione e di espansione:
= 12
• pressione e temperatura aria ammissione:
p1 = 0,1 MPa, T1 = 25 °C
• rendimento adiabatico del compressore:
c= 0,85
• rendimento adiabatico della turbina:
t= 0,88
• rendimento meccanico di compressore e turbina:
mc= mt = 0,98
• rendimento globale del combustore:
b= 0,98
• temperatura massima di ingresso in turbina:
T3 = 1100 °C
• potere calorifico inferiore del combustibile:
Hi= 42000 kJ/kg
• rapporto tra i calori specifici:
cp/cv = k = 1,4
• calore specifico a pressione costante :
cp = 1,1 kJ/kg K
• rendimento elettrico:
el= 0,96
• potenza elettrica dell’impianto:
Pel= 200 MW .
• velocità periferica stadi turbina:
U=350 m/s
• angolo della velocità assoluta di ingresso stadio:
1=15°
• coefficiente di perdita statore:
=0.98
• coefficiente di perdita rotore (w2/w2,is):
=0.97
Si chiede di calcolare:
1) le condizioni di fine compressione p2 e T2 ;
2) il rapporto aria/combustibile con il bilancio al combustore;
3) il lavoro massico reale richiesto dal compressore lcr e il rendimento reale del ciclo;
4) la portata massica d’aria aspirata dal compressore e la portata di combustibile iniettata;
5) il grado di reazione del singolo stadio della turbina, supponendo di utilizzare 6 stadi con his,stadio
costante e sapendo che la componente tangenziale della velocità relativa all’ingresso del rotore
(W1t) è nulla;
6) la velocità relativa all’uscita del rotore del 1° stadio, sapendo che quella isoentropica di entrata
(W1is) è pari a 90 m/s.