I principali costruttori di turbine a gas

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1 Approfondimenti sulle Turbine a gas

2 I principali costruttori di turbine a gas Solar Siemens Rolls Royce GE (Nuovo Pignone) Alstom < 15 MW Typhoon, Tempest, Cyclone, GT10B-C C, GTX100, W251B11/12, V64,W501,V94 V K, RB211, Trent PGT LM LMS100 Frame GT8,GT11, GT13, GT26 Mitsubishi Kawasaki Hitachi MF61, MF111, MF221 M 7, L20A H15, H25 501, 701F-G Man Turbo P&W THM FT8 potenza prodotta [MWe]

3 Prestazioni delle turbine a gas

4 Il rapporto di compressione e la temperatura massima 1700 temperat tura mass sima [ C] M501 G max lavoro specifico W94.3A PG9351 Trent 60 RB211 LM6000 LM2500 GT11N2 Taurus 50 GT13E2 max Centaur 50 rendimento PGT5 MAN PG5371 Saturn rapporto di compressione

5 Il rendimento dei turbogas: dati di progetto 50% rendim mento elettric co 45% 40% 35% 30% aero-derivate heavy duty BAT REFERENCE DOCUMENT new plants existing plants 25% potenza elettrica [MW]

6 Il rendimento dei turbogas: dati di progetto < 125 MW elettrici 50% rendime ento ele ettrico 45% 40% 35% 30% 501KH5 Mercury LM6000 LM2500 Trent LMS100 BAT REFERENCE DOCUMENT new plants existing plants 25% potenza elettrica [MW]

7 Il rendimento dei ciclo combinati: dati di progetto 0.60 nto ele ettrico re endime new plants existing plants BAT REFERENCE DOCUMENT potenza elettrica - ciclo combinato [MW]

8 Il rendimento dei ciclo combinati: dati di progetto < 150 MW elettrici 0.60 re endime ento ele ettrico new plants existing plants BAT REFERENCE DOCUMENT potenza elettrica - ciclo combinato [MW]

9 Compressore Centrifugo o assiale stadi assiali (β per stadio L=20 kj/kg per stadio) stadi centrifughi (β 4 6 per stadio L=200 kj/kg per stadio) Portata massima del turbogas Limiti sulla velocità periferica (450 m/s) e sulla velocità di ingresso dell aria (150 m/s) impongono limiti alla portata

10 Compressore assiale: limiti iti alla portata t u R rpm moz > 0,4 = ω Rper = 2π Rper = 2πfR per R 60 per R per < u max 2πf = 50Hz R per < 60Hz Rper < 1,43 m 1,19m A ( 2 2 = π R per R )= per moz = Hz A < π R ( 1 0,4 ) = 2,6 R = per per 60Hz A < 5,3m 3 7, m 2 2

11 Compressore assiale: limiti iti alla portata t ξ = 2 3 m& = ρcaξ 180 A 2 50Hz m& = 3 60Hz m& < < kg kg s s

12 Compressore centrifugo: limiti iti alla portata R per = χ R < u umax χ 2π f χ = 0.5 Compressore centrifugo 2 Acent = χ Aass = & m cent A ass 4 50Hz m& < = 60Hz m& < 160 kg s 110 kg s moto del fluido

13 Compressore: le principali i cause di perdite Perdite interne di profilo per flussi radiali secondari per strato t limite it per trafilamento Principali perdite esterne cuscinetti i e lubrificazione i di massa di calore

14 Compressore: perdite interne η p = f ( N,SP) = S Il numero di giri caratteristico Ns: V & in N S = ω = 0.75 Δh is N S ottimale

15 Compressore: perdite interne η p = f ( N,SP) = S Le dimensioni del compressore: SP = Δh V& in 0.25 is [ m ]

16 Espansore: le perdite Le perdite minori perdite di strato limite rispetto al compressore perdite per elevati carichi aerodinamici (Ls=300 kj/kg per stadio) perdite di energia cinetica allo scarico diffusore perdite per raffreddamento delle pale

17 Espansore: le perdite per energia cinetica ΔE cin = c = M 2 krt 2 = kj kg η dif h = Δ 2 c 4 2 is,dif =

18 Espansore: il raffreddamento La temperatura dei gas in turbina COT TIT TIT ISO COT > TIT > TIT ISO > T max,pala

19 Espansore: il raffreddamento I livelli tecnologici secondo la TIT EA ( 80) 1150 C FA ( 90) 1250 C FB ( 00) 1350 C GH ( 05 10) 1450 C

20 Espansore: il raffreddamento Come sopportare alte temperature in turbina (problemi idi resistenza meccanica, ossidazione, corrosione, erosione): materiali coating (ittrio e zirconio con spessori di decimi di mm) raffreddare le pale della turbina

21 Espansore: il raffreddamento Materiali leghe e materiali non metallici trattamento di solidificazione (normale, direzionale DC, monoscristallina SC)

22 Espansore: il raffreddamento Materiali leghe e materiali non metallici trattamento di solidificazione: normale, direzionale i DC e monoscristallina SC

23 Espansore: il raffreddamento Materiali Il parametro di Larson-Miller (resistenza al creep) ( 20 + log t[ ore] ) PLM ( materiale,σ ) T [ K ] 10 = -

24 Espansore: il raffreddamento Il raffreddamento convezione circuito aperto impingement i film traspirazione circuito chiuso aria acqua/vapore

25 Espansore: il raffreddamento Il raffreddamento convezione circuito aperto impingement i film traspirazione

26 Espansore Il raffreddamento convezione circuito aperto impigement i film traspirazione

27 Espansore Il raffreddamento convezione circuito aperto impigement i film traspirazione

28 Espansore Il raffreddamento circuito aperto

29 Espansore Il raffreddamento circuito aperto

30 Espansore Il raffreddamento circuito chiuso aria acqua/vapore (α, c p )

31 Espansore Il raffreddamento: gli effetti sul rendimento