partial tppe rezolvat

23
1 Partial TPPE 1. C.T.E.-T.G. - analiza termodinamica si tehnica a ciclului Brayton teoretic. Optimizari La fel ca si ciclurile Rankine – Hirn, ciclul Brayton teoretic are loc cu curgere continua si e cuprins între doua adiabate si doua izobare. Principala deosebire în raport cu acestea este faptul ca agentul motor este în stare gazoasa Pentru definirea domeniului de variatie a parametrilor într-un ciclu Brayton se folosesc doua marimi adimensionale: ε _ raportul de compresie = raportul presiunilor extreme (deoarece p3=p2 si p4=p1 rezulta =p2/p1=p3/p4); _ raportul temperaturilor extreme ( = T3/T1). În legatura cu temperaturile extreme, si cu raportul acestora, mentionam urmatoarele: - T1 este data de mediul ambiant, fiind limitata inferior -T3 e limitata superior de material si de tehnologia de racire a pieselor de înalta temperatura -Limitarea superioara a T3 si cea inferioara a T1 restrictioneaza inferior raportul . Pentru un raport impus se poate face optimizarea tehnico-economica a ciclului Brayton functie de raportul de compresie . Principalii indicatori tehnici, cu efecte economice, dupa care se poate face aceasta optimizare, sunt: Lucrul mecanic specific net, L mecanic net=L mecanic destindere-|L mecanic compresie|. Maximizarea acestuia scade debitul de fluid si investitia, reducând cheltuielile fixe. -Randamentul termic teoretic, t= L mecanic net/Q1. Maximizarea acestuia reduce consumul de combustibil si cheltuielile variabile Din analiza schemelor se observa urmatoarele: -Pentru 1 apropiat de unitate, daca 11 suprafata închisa în ciclu tinde spre zero -Randamentul termic teoretic este continuu crescator cu , dupa o curba cu concavitatea în jos -La cresterea T3 si a , termic maxim creste -L mecanic compresie nu depinde de si creste cu , dupa o curba cu concavitatea în sus

Upload: adrian-cosmin-nicolae

Post on 22-Dec-2015

285 views

Category:

Documents


3 download

DESCRIPTION

asdasdasd

TRANSCRIPT

Page 1: Partial Tppe Rezolvat

1

Partial TPPE

1. C.T.E.-T.G. - analiza termodinamica si tehnica a ciclului Brayton teoretic. Optimizari

La fel ca si ciclurile Rankine – Hirn, ciclul Brayton teoretic are loc cu curgere continua si e cuprins între doua adiabate si doua izobare. Principala deosebire în raport cu acestea este faptul ca agentul motor este în stare gazoasa Pentru definirea domeniului de variatie a parametrilor într-un ciclu Brayton se folosesc doua marimi adimensionale: ε _ raportul de compresie = raportul presiunilor extreme (deoarece p3=p2 si p4=p1 rezulta =p2/p1=p3/p4); _ raportul temperaturilor extreme (= T3/T1). În legatura cu temperaturile extreme, si cu raportul acestora, mentionam urmatoarele: - T1 este data de mediul ambiant, fiind limitata inferior

-T3 e limitata superior de material si de tehnologia de racire a pieselor de înalta temperatura

-Limitarea superioara a T3 si cea inferioara a T1 restrictioneaza inferior raportul .

Pentru un raport impus se poate face optimizarea tehnico-economica a ciclului Brayton functie de raportul de compresie . Principalii indicatori tehnici, cu efecte economice, dupa care se poate face aceasta optimizare, sunt: Lucrul mecanic specific net, L mecanic net=L mecanic destindere-|L mecanic compresie|. Maximizarea acestuia scade debitul de fluid si investitia, reducând cheltuielile fixe.

-Randamentul termic teoretic, t= L mecanic net/Q1. Maximizarea acestuia reduce consumul de combustibil si cheltuielile variabile

Din analiza schemelor se observa urmatoarele:

-Pentru 1 apropiat de unitate, daca 11 suprafata închisa în ciclu tinde spre zero

-Randamentul termic teoretic este continuu crescator cu , dupa o curba cu concavitatea în jos -La cresterea T3 si a , termic maxim creste

-L mecanic compresie nu depinde de si creste cu , dupa o curba cu concavitatea în sus

Page 2: Partial Tppe Rezolvat

2

2. Ciclul Brayton real: comparatie cu teoretic, variatia cu compresie, pt. =T3/T1 impus, a η t real si a L mec net per kg fluid

Ciclul Brayton real are procese ireversibile, care „degradeaza” energia în raport cu cele ideale. Procesele de compresie si destindere desi cvasi adiabate, sunt ne izentrope. Ireversibilitatea lor este caracterizata prin randamentele interne ale celor doua masini (intern K siintern turbina). - L Compresor real=L Compresor teoretic/intern K, deci intern K<1 creste T3 la iesirea din compresor si L mec compresie. - L Turbina real=L Turbina teoretic*intern turbina, deci intern T<1 ridica T4 la iesirea din turbina si reduce L mec destindere

Procesele de curgere au pierderi de presiune, iar primirea si cedarea caldurii nu se realizeaza izobar. Gradul de ireversibilitate al proceselor este caracterizat prin pierderile relative de presiune: a) din Filtrul de Aer, FA, de la aspiratia compresorului; b) pe traseul de legatura dintre K si CA,în CA propriu zisa si pe traseul de legatura dintre CA si T; c) din Amortizorul de Zgomot, AZ, de la evacuarea turbinei. Ca urmare se definesc rapoarte diferite: 1) de compresie: (K) si 2) de destindere: (T): K=p2/p1 si T=p3/p4. Cum p3<p2 si p4>p1, rezulta K>T. In ciclul Brayton real,aerul si gazele de ardere: A) nu sunt gaze perfecte, B) au compozitii chimice proprietati termodinamice si debite diferite

Variatia cu K a L K real consumat de compresor si L T real dezvoltat în turbina are loc dupa curbe asemanatoare cu cele de la ciclul teoretic. Si în acest caz exista doua valori ale pentru care L T real = L K

real si L net real=0: una apropiata de 1, cealalta mai mica decât valoarea similara pentru ciclul teoretic. Ca urmare, L intern net evolueaza dupa o curba cu maxim. Deosebirile în raport cu ciclul ideal sunt acelea ca: A) L mecanic net maxim scade; B) valoarea K pentru care se maximizeaza L intern net, K(Lintern net max) este mai mica. Pentru K la care se anuleaza Lintern net, Q1 e diferita de zero si t real se anuleaza. Alura curbei de variatie a t real functie de K este una cu maxim. Valoarea K(t real max), la care se maximizeaza t real, este mai mare decât cea pentru care se maximizeaza Lintern net.

Pe ansamblu lucrul mecanic net si randamentul termic real sunt functii multicriteriale, dependente de: A) Rapoartele si . La cresterea , cu mentinerea celorlalte marimi: - Lintern net creste; - t real creste B) Factorii de ireversibilitate: - randamentele interne ale compresorului si turbinei, respective; - pierderile relative de presiune, exprimate prin raportul T/K. C) Raportul între debitul de gaze si cel de aer si coeficientii adiabatici ai celor doua fluide.

Page 3: Partial Tppe Rezolvat

3

3. Ciclul Brayton real: influenta compresie asupra recuperarii caldurii gazelor de ardere evacuate din turbina.

Principala marime care influenteaza posibilitatea recuperarii a) interne si b) externe a caldurii gazelor de ardere evacuate din turbina, este temperatura gazelor la iesirea din turbina, t4. Aceasta variaza atât în functie de raportul de compresie, εK, cât si de raportul temperaturilor, temp extr. Pentru valori impuse ale temp extr, valorile t4 scad la cresterea εK dupa curbe cu concavitatea în sus

Cum K(t real max)>K(L intern net max), rezulta ca ciclul simplu optimizat pentru maximizarea termic, cu K(t real

max), realizeaza t4 mai mica, decât ciclul optimizat pentru maximizarea L specific net, respectiv a P unitare, cu K(L intern net max). Aceasta limiteaza: 1) cota de caldura recuperabila din gazele de ardere, cât si 2) nivelul termic la care se poate recupera aceasta. Pentru acelasi K valorile t4 cresc cu temp extr, cerând cresterea temperaturii maxime în ciclurile cu recuperare externa de caldura. Recuperarea interna (regenerativa) a caldurii gazelor de ardere e posibila numai daca temperatura t4 este mai mare decât temperatura aerului la iesirea din compresor, t2. Aceasta din urma nu depinde de raportul temperaturilor temp extr, ci doar de raportul de compresie, εK, variind în functie de acesta dupa o curba crescatoare cu concavitatea în sus Marirea εK pâna la valori comparabile cu K(t real max) din ciclul simplu, poate duce la cresterea t2 pâna la valori mai mari decât t4, eliminând posibilitatea recuperarii interne a caldurii gazelor evacuate Efectele negative ale cresterii εK asupra posibilitatii de recuperare, externa sau interna, a caldurii sensibile a gazelor de ardere reduc suplimentar interesul pentru folosirea K ridicate, apropiate de K(t real max) din ciclul simplu. Pentru cazul ciclului cu recuperare interna de caldura, randamentul termic se maximizeaza când cota de caldura recirculata este mare si t4>>t2, respectiv la rapoarte de compresie mai mici decât în ciclul „simplu”, care nu utilizeaza metode de „carnotizare”: K(t real max ciclul cu RI)<K(t real max ciclu simplu).

Page 4: Partial Tppe Rezolvat

4

5. Ridicarea performantelor I.T.G. prin cresterea T maxime în ciclu si, corelat, a rapoartelor de compresie

Analiza variatiei cu raportul de compresie K a performantelor tehnice ale unui ciclu Brayton real „simplu”, care nu utilizeaza metode de „carnotizare” , pentru un raport impus al T extreme (= T3/T1), are urmatoarele concluzii:

A) Exista doua rapoarte de compresie K „optime tehnic”: 1) (Lintern net max), la care L mecanic net per 1 kg de fluid se maximizeaza, 2) (t max), la care se maximizeaza M termic, cresc la majorarea =T3/T1

B) Între cele doua rapoarte exista relatia (Lintern net max)<(t max). C) Cresterea K de la (Lintern net max), la (t max), coboara temperatura gazelor la evacuarea din TG

propriu zisa reducând posibilitatile de recuperare, interna sau externa a caldurii sensibile a acestora.

Pentru un raport de compresie K=p2/p1 dat, cresterea =T3/T1 duce la cresterea simultana a lucrului mecanic net per 1 kg de fluid (respectiv a puterii unitare a ITG) si a randamentului termic. Totusi, ridicarea exclusiva a raportului =T3/T1, fara cresterea K, duce, la ridicarea temperaturii de evacuare a gazelor de ardere din turbina. Ca urmare temperatura medie inferioara a ciclului, Tmi, se majoreaza si sporul de randament este limitat. Pe partea rece a ciclului cresterea simultana si corelata a si k;

- permite mentinerea temperaturii de evacuare a gazelor de ardere din turbina si a Tmi

- nu afecteaza posibilitatile de recuperare, interna sau externa, a caldurii sensibile a gazelor de ardere.

Cresterea T3 este limitata tehnologic. I.T.G. mai vechi si „Micro T.G.” pe o linie de arbori, cu rotoare metalice compacte monotreapta, se limiteaza la T3 maxime de 850-875C

Peste aceasta T3 maxima apar restrictii impuse de materialele ce lucreaza la temperaturi mari si metoda se poate aplica prin: -folosirea de materiale special -racirea componentelor de înalta temperature -utilizarea combinata a celor doua metode

Page 5: Partial Tppe Rezolvat

5

6. Ridicarea performantelor I.T.G. prin fragmentarea compresiei, cu racire intermediara. Din punct de vedere termodinamic, aceasta metoda de crestere a termic urmareste coborârea T mi a ciclului.

Se observa urmatoarele efecte asupra schimburilor energetice per 1 kg fluid: 1) scaderea lucrului mecanic de compresie si, cresterea lucrului mecanic 2) cresterea Q1 primite la CA, datorita coborârii temperaturii la iesirea din treapta finala de compresie.

Daca se mentine o destindere neîntrerupta si acelasi raport de compresie, duce si la coborârea temperaturii medii superioare, datorita scaderii temperaturii aerului la intrarea în CA. . La ciclul cu procese ideale si mentinerea constanta a K global, fragmentarea compresiei cu racire intermediara conduce la scaderea randamentului termic al ciclului teoretic. În ciclul real, situatia se prezinta diferit, deoarece: A) procesele de compresie nu sunt izentrope; B) racirea intermediara are loc cu pierderi de presiune; C) temperatura de racire intermediara a aerului este mai mare decât temperatura de aspiratie a aerului în prima treapta de compresie. Aceste limitari si ireversibilitati permit ca, chiar la pastrarea aceluiasi raport K global, sa se poata obtine, prin fragmentarea compresiei globale, cu o repartizare optimizata a rapoartelor pe trepte, unele efecte pozitive asupra randamentului termic al ciclului real Compresia fractionata cu racire intermediara mareste simultan (Lnet max) si (t max). Rezulta ca efectul maxim al metodei se obtine daca se aplica împreuna cu cresterea K global. Daca destinderea ramâne nefractionata, majorarea K global reduce temperatura gazelor de ardere la evacuarea din T.G. propriu-zisa si limiteaza posibilitatile de recuperare externa a caldurii gazelor de ardere pentru producere de abur.

Unele I.T.G. de medie-mare putere, cu compresie mari, folosesc compresia fractionata cu racire intermediara la:

A) aplicatii navale sau stationare ale ITG aeroderivative turbofan, pentru productie exclusiva de L mecanic;

B) aplicatii stationare energetice - pentru productie de electricitate si cogenerare „urbana”

Page 6: Partial Tppe Rezolvat

6

7. Ridicarea performantelor I.T.G. prin fragmentarea destinderii, cu ardere intermediara.

Arderea intermediara este posibila tehnic datorita excesului mare de aer la CA a ITG. Temperatura dupa arderea intermediara este aproximativ egala cu temperatura dupa CA1. Procedeul poate fi considerat o cale de crestere a randamentului termic teoretic, prin ridicarea temperaturii medii superioare, asemanatoare cu supraîncalzirea intermediara a aburului la ciclul Rankine-Hirn.

Daca se mentine constant raportul de destindere metoda conduce, pe lânga cresterea Tms, si la cresterea Tm i, datorita scaderii parametrilor de intrare în turbina de joasa presiune. În cazul proceselor ideale, aceasta face ca ciclul cu destindere fractionata si încalzire intermediara sa poata avea, daca nu se alege corespunzator modul de împartire pe turbine a rapoartelor de destindere, În ciclul real, efectele tehnice ale metodei asupra schimburilor energetice pe 1 kg de fluid de lucru sunt: A) cresterea L mecanic de destindere si a L mecanic net; sporul relative de L mecanic net prin fragmentarea destinderii cu ardere intermediara e mult mai mare ca la fragmentarea compresiei cu racire intermediara; B) cresterea cantitatii de caldura intrate în ciclu, datorita consumului suplimentar de combustibil la CA2.

Cresterea total, cu pastrarea p intrare în turbina de joasa presiune pastreaza T ms fara a reduce temperatura gazelor de ardere la evacuarea din T.G. propriu-zisa. Astfel se pastreaza aceeasi T mi, creste termic si se mentin posibilitatile de recuperare externa a caldurii. Din punct de vedere al rapoartelor de compresie „optime tehnic”, (Lnet max) si (t max), metoda le creste simultan pe ambele. Fragmentarea destinderii cu ardere intermediara se aplica la unele I.T.G. stationare heavy-duty de peste 200 MW, folosite ca instalatii înaintase în ciclurile combinate

Page 7: Partial Tppe Rezolvat

7

8. Ridicarea performantelor I.T.G. în ciclu simplu, prin recuperare interna de caldura. Aceasta este o metoda de crestere a randamentului termic, bazata pe folosirea unei cote din caldura sensibila a gazelor de ardere evacuate din turbina, la preîncalzirea aerului între iesirea din compresor si intrarea în CA. Din punct de vedere termodinamic, metoda conduce, datorita coborârii temperaturii de evacuare a gazelor de ardere din recuperatorul intern, la scaderea T mi . Din punct de vedere al schimburilor energetice per 1 kg de fluid, se observa ca lucrul mecanic net teoretic Lnet B e practic acelasi în ciclul de baza si în cel perfectionat, dar cantitatea de caldura intrata în ciclul perfectionat scade cu Q1, devenind Q*1=Q1 B-Q1. Teoretic, daca recuperarea interna e posibila tehnic, *t este întotdeauna mai mare decât în ciclul de baza.

Suprafata de sub curba 5–6, de racire a gazelor de ardere, este practic egala cu cea de sub curba 2–3, de încalzire a aerului în recuperator si reprezinta, la scara, caldura recirculata. În ciclul real, pierderile de presiune din schimbatorul de caldura recuperator fac ca turbina cu gaze propriu-zisa a ciclului perfectionat sa dezvolte un lucru mecanic mai mic decât în cel de baza. In acest caz variatia randamentului termic real în raport cu cel de baza depinde de raportul (Lnet/Lnet B)/(Q1/Q1 B). Pentru valori ale <(Lnet max) se obtin valori (Lnet/Lnet B)<(Q1/Q1 B), si rezulta *t>t B, dar sporul relativ de randament în ciclul real este mai mic decât în cel teoretic. Principala limitare termodinamica a aplicarii metodei este datorata conditiei de a asigura o diferenta de temperature gaze – aer pentru a putea recircula caldura Cum (Lnet max) e, practic, acelasi în ciclul cu RIC ca si în cel simplu, rezulta ca pentru cresterea termic în ciclul cu RIC e necesara reducerea K fata de cel din ciclul simplu. Noua valoare a (t max) depinde de performantele schimbatorului de caldura de suprafata folosit pentru recircularea calduri, de raportul temperaturilor extreme si de randamentele interne ale masinilor de compresie si destindere.Recuperarea interna de caldura se utilizeaza curent la micro T.G cu puteri de ordinul sutelor de kWel si la unele T.G. de câtiva MWel .

Page 8: Partial Tppe Rezolvat

8

9. Cuplarea componentelor I.T.G. energetice în „arhitectura clasica”. Folosirea turatiilor ridicate la I.T.G. energetice pe o linie de arbori (scheme cinematice, avantaje/limite, puteri, turatii, domenii de utilizare). Principalele componentele ale unei I.T.G. sunt: 1) Compresorul, 2) Camera de ardere si 3) Turbina propriu-zisa. „Arhitectura” clasica a I.T.G. medii si mari, cu masini mecanoenergetice axiale, pe o singura linie de arbori, este cu compresorul si turbina parcurse de fluide în acelasi sens si camera de ardere amplasata între ele Acest aranjament al componentelor I.T.G. are multiple avantaje, permitând: A) antrenarea directa a compresorului de catre turbina; B) echilibrarea fortelor axiale asupra rotoarelor celor doua masini; C) legaturi scurte atât între compresor si CA, cât si între CA si TG;

Cuplarea mecanica a generatorului electric se poate face atât la capatul TG propriu-zise, cât si la cel al compresorului Compresorul este o masina mecano-energetica consumatoare de lucru mecanic. Se poate realiza în constructive axiala multietajata, la puteri medii si mari , sau radial – centrifuga, monoetajata, la unele TG de mica putere, Micro T.G Camera de Ardere, CA. Pentru cresterea temperaturii maxime în ciclu si reducerea productiei de NOX CA moderne au o circulatie a aerului care sa asigure arderea difuziva si racirea peretilor fierbinti.

Turbina propriu-zisa, este o masina axiala multietajata la puteri medii si mari , sau radial - centripeta (la Micro TG). Cresterea turatiei masinilor mecanoenergetice urmareste reducerea gabaritului, consumului de metal si investitiei în I.T.G, prin micsorarea diametrelor, cresterea vitezelor periferice, cresterea raportului de compresie pe o treapta de compresor si de destindere pe o treapta de turbina, respectiv reducerea numerelor de trepte ale celor doua masini.

I.T.G. mici si medii pe o linie de arbori de turatie ridicata si constanta sunt, uzual, de tip energetic heavy-duty, sub 80 MW el, si aeroderivative „turbopropulsoare”, sub 12 MW, si antreneaza generatorul electric prin reductor de turatie, amplasat, de obicei, la capatul liber al liniei de arbori compresor-turbina

Page 9: Partial Tppe Rezolvat

9

10. I.T.G. pe doua sau trei linii de arbori, din care minim una de turatie ridicata si variabila (scheme cinematice, avantaje/limite, puteri, turatii, domenii de utilizare).

ITG aeroderivative turboreactoare de puteri medii (12-36 MW el) si ITG energetice heavy-duty mici, sub 12 MW el, cu doua linii de arbori: una de turatie ridicata si variabila, pe care se afla compresorul si TIP si a doua, TJP,de turatie mai mica si constanta. La TG heavy-duty mici n TJP>n generator este constanta, iar antrenarea generatorului se face prin reductor. La TG aeroderivative turboreactoare medii n TJP=n generator Schemele cu 2-3 linii de arbori au avantajele:-îmbunatatirea comportarii I.T.G. la sarcini nenominale, prin „autoreglarea” liniei de turatie variabila”;

-cresterea puterii utile fata de cazul anterior, datorita turatiei mai mici la TJP si a sectiunilor finale mai mari

-cresterea fiabilitatii T.G. energetice care lucreaza la presiuni si temperaturi mai coborâte

I.T.G. aeroderivative turbofan cu 2 sau 3 linii de arbori si doua compresoare de turatii diferite, au rapoarte mari de compresie si scheme cinematice complexe . Pentru cea mai complexa schema: A) linia de turatie intermediara, variabila, cuprinde KJP antrenat de TGMP; B) linia de turatie ridicata, variabila, cuprinde KIP, care este antrenat de TGIP; C) generatorul electric este antrenat, direct sau prin reductor, de TGJP, la turatie constanta. Rapoartele de compresie pe trepte trebuie corelate cu rapoartele de destindere pe turbine, astfel încât lucrul mecanic dezvoltat de fiecare din turbinele având turatii diferite de cea la care se realizeaza antrenarea generatorului electric sa fie egal cu cel necesar la compresorul antrenat de aceasta. Pe lânga avantajele generale ale turatiilor ridicate si variabile, schema permite cresterea εK global, mentinând fiecare masina mecano - energetica de compresie sau destindere la turatia optima de lucru

Page 10: Partial Tppe Rezolvat

10

11. Functionarea I.T.G. în regimuri nenominale stationare. Îmbunatatirea comportarii I.T.G. la sarcini partiale

Cauzele regimurilor nenominale ale ITG pot fi de doua tipuri: 1) externe (variatia parametrilor pe contur) sau 2) impuse de operator (reducerea încarcarii sub cea maxim admisibila în conditiile externe date). Compresorul I.T.G. aspira aer din atmosfera, ca urmare performantele I.T.G. se vor modifica datorita variatiei densitatii acestui aer. Performantele de catalog se definesc pentru parametri „normati”. Conditiile recomandate de I.S.O. sunt: A) presiune absoluta: 760 mm Hg , B) temperatura: 15 C; C) umiditate relativa: 60 % ; D) pierderi nule de presiune la aspiratie si refulare. La alte valori ale presiunii, temperaturii sau umiditatii, în conditiile unui debit volumetric aspirat aproximativ constant, se modifica debitul masic de aer la intrarea în compresor. La turatie constanta a compresorului, raportul de compresie variaza cu densitatea fluidului din acesta. Modificarea compresie

atrage dupa sine variatia lucrului mecanic specific si a randamentului. Pentru fiecare ITG furnizorul indica factori de corectie a Pbg si a el br la modificarea presiunii temperaturii si umiditatii aerului.

Cel mai simplu mod de reglare este cu mentinerea constanta a debitului de aer si reducerea debitului de combustibil

Principalul dezavantaj energetic si economic al acestei solutii este coborârea T maxime în ciclu, fapt care reduce T ms si înrautateste X termic si L mecanic specific la sarcini partiale. Consumul de combustibil la mers în gol poate ajunge în acest caz pâna la 25% din cel de la sarcina nominala. La I.T.G. heavy-duty si aeroderivative turbopropulsoare, cu turatie constanta a compresorului axial, caracteristica acestuia se poate modifica variind unghiul paletelor statorice-anterotorice. La unele I.T.G. de medie si mare putere se realizeaza si reglajul paletelor statorice dintre sirurile rotorice 1 si 2 sau chiar si cel de la paletele dintre sirurile 2 si 3. La sarcini partiale apropiate de cea nominala, Pbg/Pbg nom(80100) % solutia mentine randamentul ITG la valori de peste 95 % din cel nominal, dar mai mic decât acesta.

ITG pe doua sau trei linii de arbori, din care cel putin una de turatie variabila, beneficiaza de fenomenul de „autoreglare”. Metodele combinate, bazate pe modificarea caracteristicii compresorului si „autoreglarea” turatiei la linia de arbori a compresorului asigura mentinerea randamentului ITG la sarcini partiale apropiate de cea nominala - Pbg/Pbg nom(80%100%) aproape constanta. La încarcari mai mici randamentul scade mai putin

Page 11: Partial Tppe Rezolvat

11

12. Functionarea I.T.G. în regimuri nenominale tranzitorii. Pornirea I.T.G

Pornirea instalatiilor energetice constituie unul din cele mai importante regimuri tranzitorii. Specificul ITG este acela ca la pornire necesita L mecanic din exterior la antrenarea compresorului. Puterea „de lansare” poate fi 4-7 % din cea neta la cupla ITG. Cota depinde de schema cinematica a ITG, fiind mai mare la TG pe o linie de arbori, la care motorul rebuie sa puna în miscare tot ansamblul de masini mecano-energetice, respectiv mai redusa la cele pe doua sau trei linii de arbori, la care se „lanseaza” doar linia de turatie ridicata si variabila. Motorul de lansare poate fi: -O masina electrica motoare separata, de curent continuu (la ITG mici) sau curent alternative

-Generatorul electric al ITG, folosit ca motor sincron, alimentat cu c.a. de frecventa variabila

-_ Un motor cu ardere interna. Aceasta solutie este folosita la I.T.G. de mare putere folosite ca instalatii de vârf, pentru a elimina consumul de electricitate la pornire. Etapele generale ale pornirii unei I.T.G. pe doua linii de arbori sunt:

_ pregatirea pornirii _ „lansarea” cu ajutorul motorului de pornire, ridicarea vitezei de rotatie a liniei de arbori de turatie ridicata si variabila pâna la circa 30 % din cea nominala; _ mentinerea turatiei pe acest prim palier pâna la stabilizarea unui regim termic intermediar; _ introducerea combustibilului la CA, aprinderea si cresterea turatiei peste cea a primului palier; _ decuplarea motorului de pornire când P dezvoltata de turbina IP e suficienta pentru antrenarea compresorului; _ cresterea vitezei de rotatie a axei de turatie ridicata si variabila pâna la circa 75 % din cea nominala; _ cresterea vitezei de rotatie a turbinei energetice, de turatie redusa, pâna aproape de cea nominala; _ punerea în paralel a generatorului electric si mentinerea pe al doilea palier a vitezei de rotatie a axei de turatie ridicata si variabila _ cresterea debitului de combustibil si încarcarea controlata a generatorului electric.

Duratele si succesiunea secventelor de pornire, indicate pentru fiecare I.T.G. de constructor, depind de:

A) rolul I.T.G. în sistemul energetic din care fac parte: - de interventie, cu porniri neprogramate foarte rapide, sub 12 minute; - de vârf, cu porniri zilnice programate, în circa 15-25 minute; - de semivârf, semibaza sau baza, cu pornire în circa 2040 minute B) conditiile anterioare pornirii: - din stare rece, dupa o oprire de durata, caz în care durata pornirii este mare; - din stare semi-calda sau calda (dupa opriri medii) - din stare „fierbinte” (dupa opriri de scurta durata).

Pentru orice masini termice motoare, regimurile de pornire „consuma” din durata de viata. În cazul I.T.G., datorita temperaturilor ridicate de functionare, acest consum este ridicat. Pentru prelungirea duratei de viata I.T.G. moderne sunt prevazute cu sisteme de pornire automata care controleaza parametrii termici si mecanici, limitând vitezele de încalzire, ridicare a turatiei si încarcare functie de parametri masurati.

Page 12: Partial Tppe Rezolvat

12

15. Caracteristicile cogenerarii recuperative la I.T.G.; comparatie cu cazul I.T.A.

Aplicarea cogenerarii la I.T.G. are o serie de caracteristici specifice, datorate caracterului recuperativ si nivelului termic ridicat al caldurii recuperabile:

A) Recuperarea nu influenteaza conversia caldurii în lucru mecanic si electricitate. Ca urmare:

Randamentul electric brut, definit ca pentru C.T.E. – T.G. ramâne aproape de cel nominal. Productia de electricitate poate continua, la limita, chiar în absenta consumului termic,

Indicele de structura a energiei utile este sensibil mai mare ca indicele de termoficare de la I.T.A..

B) Temperatura gazelor de ardere evacuate din T.G. este mare. Ca urmare:

-Coeficientul de recuperare a caldurii sensibile a gazelor de ardere este ridicat si pierderile prin gaze de ardere la cos, dupa recuperare, sunt mici. Randamentul global de utilizare a energiei primare este mare, apropiat de cel de la I.T.A. de contrapresiune. Caldura recuperata poate fi folosita pentru producere de abur, fara scaderea indicelui de termoficare.

C) La consumuri termice mai mici decât puterea termica recuperabila de la I.T.G. care functioneaza la sarcina nominala, se pot realiza doua tipuri de regimuri, fiecare din ele cu avantajele si limitele lui: functionare „dupa sarcina electrica”, cu ocolirea partiala, a cazanului recuperator; unde se mentine consumul nominal de combustibil, dar caldura utila scade si se reduce randamentul global;

functionare „dupa sarcina termica”, fara ocolirea CR, cu reducerea debitului de combustibil la C.A. a T.G. pâna când Q recuperata devine egala cu necesarul consumatorului; unde randamentul global si indicele de structura ramân la valori apropiate de cele nominale, dar productia de electricitate scade.

Pentru comparatie, mentionam ca la I.T.A. de cogenerare: T.A. cu contrapresiune pot functiona doar „dupa sarcina termica”. T.A. cu condensatie si priza reglabila au, datorita cozii de condensatie” o oarecare elasticitate, putând urmari atât sarcina electrica, cât si pe cea termica, dar au randament global mai redus.

Page 13: Partial Tppe Rezolvat

13

16. Recuperarea de caldura de la I.T.G. pentru cogenerare, combinata cu post combustia: principiul tehnic, diagrama Sankey, randament, indice de structura.

„Postcombustia” este un procedeu tehnic de marire a temperaturii gazelor de ardere la intrarea în cazanul recuperator, prin folosirea lor drept comburant pentru un combustibil „secundar”, de calitate inferioara celui folosit la CA a I.T.G.. Aceasta este posibila datorita excesului mare de aer la CA a I.T.G.. Din punct de vedere al oxigenului disponibil în gazele de ardere, puterea termica ce se poate dezvolta prin post ardere poate sa fie chiar dubla în raport cu cea de la CA a ITG. Daca aceasta este, totusi, insuficienta se poate adauga aer atmosferic (ardere suplimentara).

Se observa ca postcombustia: a. ridica temperatura la CRP si intensifica transferul de caldura, b. mareste cantitatea de caldura livrabila si asigura o elasticitate sporita în functionare, c. îmbunatateste randamentul global, d. reduce ystr C.E.T.-T.G., marind cantitatea de caldura livrata, pentru aceeasi productie de electricitate.

Page 14: Partial Tppe Rezolvat

14

17. Tipuri de cazane recuperatoare cu postcombustie. Arderea suplimentara.

La postcombustia mono treapta „avansata” (care utilizeaza aproape integral oxigenul din gazele de ardere) temperatura creste iar transferul de caldura nu mai poate fi exclusiv convectiv. La temperaturi mari, datorita transferului termic mai putin intens de la perete la abur, supraîncalzitorul nu mai poate fi amplasat în zona de intrare a CRP, iar circulatia nu poate fi mentinuta în contracurent. În practica se utilizeaza o mare varietate de CRP, care difera prin: 1) tipul proceselor de transfer de caldura: cu transfer de caldura preponderent convectiv, sub circa 800-850 C, cu transfer de caldura radiativ (în zona focarului) si convectiv sub 800-850 C;

2) agentii care preiau caldura: Cazane de Apa Fierbinte, CAF, Generatoare de Abur, GA, care pot avea una, doua sau trei presiuni de producere a aburului; Combinatii, CAF + GA;

3) circulatia relativa a agentului încalzit în raport cu gazele de ardere cu circulatie relativa în contracurent cu circulatie relativa în echicurent, cu circulatie relativa în curent încrucisat, combinatii ale solutiilor de mai sus, care cuprind zone cu circulatii relative diferite

4) modul de utilizare a post combustiei: cu post combustie intermitenta; când CRP lucreaza exclusiv recuperativ la sarcini termice mici; cu post combustie permanenta;

5) numarul de trepte de introducere a combustibilului 6) domeniul de reglare a debitului de combustibil suplimentar.

În practica criteriile de mai sus nu sunt independente. Pentru exemplificare mentionam urmatoarele solutii:

A) CAF cu postcombustie având transfer de caldura radiativ si convectiv. Datorita temperaturii joase a agentului caloportor si transferului termic intens de la perete la AF, acestea pot functiona cu postcombustie reglabila într-un spectru larg: de la minimum tehnic pâna la postardere cvasi completa. B) GA în contracurent, convective, cu postcombustie mono treapta, amonte de CRP , Domeniul de reglare a post combustiei este în acest caz de la zero (fara arzator) pâna la limita permisa de transferul de caldura convectiv. C) GA în contracurent cu supraîncalzitor convectiv, amplasat amonte de postcombustie, si vaporizator radiativ + convective. Aceasta solutie permite mentinerea unei constructii în contracurent, si, la limita, functionarea exclusiv recuperativa a GA. D) GA convective în contracurent cu postcombustie în trepte, utilizate în special pentru mai multe nivele termice de cedare a caldurii. Prima treapta se amplaseaza amonte de cazan, iar celelalte între nivelele termice. E) GA cu focar radiativ si postcombustie avansata permanenta, pentru a realiza în focar temperatura ridicata necesara transferului radiativ la vaporizator. În acest caz se renunta la constructia în contracurent, dar GA nu mai poate functiona în regim exclusiv recuperativ.

Page 15: Partial Tppe Rezolvat

15

Postcombustia, folosind drept comburant doar Oxigenul remanent din gazele de ardere, limiteaza debitul de combustibil aditional si puterea termica dezvoltata de acesta. În unele cazuri, puterea termica ce trebuie cedata agentului încalzit pentru acoperirea necesarului de caldura de vârf, e mai mare decât cea care se poate obtine prin post ardere. Pentru aceasta se poate introduce suplimentar la cazanul cu recuperare si postcombustie aer atmosferic, fapt ce permite cresterea debitului de combustibil si a puterii termice dezvoltate prin arderea acestuia, respectiv a puterii termice transmise agentului caloportor. Introducerea de comburant suplimentar, aer atmosferic, denumita uzual „ardere suplimentara”, se aplica de obicei intermitent, în perioadele cu consumuri termice mari.

Page 16: Partial Tppe Rezolvat

16

18. Tipuri de M.P. Energetice, clasificare dupa: 1) aprindere + combustibil + raport geometric de compresie, 2) raport aer per combustibil si 3) numar de rotatii per ciclu.

Criteriul 1. Dupa ciclul termodinamic si modul de aprindere / ardere a combustibilului, deosebim: - Motoare cu aprindere prin scânteie (M.A.S. sau motoare Otto) si ardere cvasi izocora. M.A.S. aspira un amestec de: 1) aer si 2) combustibil: 2.a. micro picaturi si vapori de combustibil lichid, sau 2.b. gaz combustibil (M.A.S. „energetice” ard gaz natural). Aprinderea se face prin scânteie electrica, la sfârsitul compresiei, când pistonul se apropie de Punctul Mort Interior – P.M.I., iar arderea este aproape instantanee. M.A.S. are pericol de detonatie în cursul compresiei si impune limitarea raportului de compresie în functie de inflamabilitatea combustibilului. La MP, compresie nu este definit în sens termodinamic, ca la ITG, ci în sens geometric, ca un raport de volume: geometric=Vmax/Vmin. Motoarele Otto folosesc curent geom(10-14) -Motoare cu aprindere prin compresie (M.A.C. sau Motoare Diesel) si ardere cvasi izobara, M.D., aspira aer, fara combustibil, fapt ce elimina pericolul de detonatie în cursul compresiei. La finele compresiei, cu rapoarte mari (geom>20), când aerul atinge temperaturi ridicate, se injecteaza un combustibil lichid, sub presiune mare, având catena mai lunga, temperatura mai mare de vaporizare, inflamabilitate mica si timp de aprindere si ardere mai lung; acesta se auto-aprinde. Injectia si arderea continua în cursul destinderii . În aplicatiile energetice M.D. ard motorina, CLU sau chiar pacura usoara. Pentru a nu „rata” aprinderea (în special la pornire) si a îmbunatati arderea, o serie de MD utilizeaza „bujii cu cap incandescent”. -Motoare Diesel-Gaz (sau dual fuel). Acestea sunt o combinatie a celor doua tipuri de mai sus. Ele aspira un amestec de aer si gaz combustibil. La sfârsitul compresiei se injecteaza combustibilul lichid sub presiune, care se auto aprinde. Arderea are loc întâi cvasi izocor (combustibilul gazos se aprinde de la cel lichid) sicontinua cvasi izobar, pe durata injectiei si în cursul destinderii. Raportul de compresie trebuie ales astfel încât gazul sa nu detoneze în cilindru, dar combustibilul lichid sa se auto aprinda la sfârsitul compresiei. În aplicatiile energetice se utilizeaza M.D.G. pe gaz natural + motorina, CLU sau pacurina.

Criteriul 2. Dupa raportul dintre aer si combustibil deosebim M.P. cu amestecuri „bogate” în combustibil (α mici), medii (α medii) sau „sarace” (α mari). Raportul α se alege in functie de tipul motorului / combustibilului. Limitele uzuale ale α pentru M.P. energetice sunt:

-amestec bogat, la M.A.S., daca α MAS < 1,2, respectiv la M.A.C. daca α MAC < 2;

-amestec mediu, la M.A.S., daca α MAS [1,2÷1,7], respectiv la M.A.C. daca α MAC [2÷2,5];

-amestec sarac, la M.A.S., daca α MAS > 1,7, respectiv la M.A.C. daca α MAC < 2,5.

Criteriul 3. Dupa frecventa schimburilor de agent cu mediul (numarul de rotatii pe ciclu „a”), deosebim: -MP în 2 timpi, care efectueaza un ciclu la fiecare rotatie a arborelui motor (a=1rot/ciclu). Aspiratia aerului si evacuarea gazelor uzate au loc aproape simultan, când pistonul este aproape de Punctul Mort Exterior – P.M.E.. Legaturile dintre spatiul de lucru si galeriile de admisie aer, respectiv de evacuare gaze de ardere, se fac prin ferestre (fante) de baleiaj; deschiderea si închiderea lor se face în functie de pozitia pistonului. - MP în 4 timpi efectueaza un ciclu la doua rotatii (a = 2rot/ciclu). La acestea aspiratia aerului si evacuarea gazelor de ardere se realizeaza în intervale de timp distincte, prin supape „comandate” în functie de fazele procesului, care asigura legatura intermitenta dintre spatiul de din cilindru si galeriile de admisie / evacuare: Supape de Admisie - S.A. si de evacuare S.E.

Page 17: Partial Tppe Rezolvat

17

19. Avantajele utilizarii diagramei p-V pentru studiul proceselor din M.P. „Timpii” unui motor cu a=2 rotatii pe ciclu. Diagrama „indicata” caracterizeaza procesul termodinamic din M.P. în coordonate p–V. Alegerea acestor coordonate este oportuna deoarece: A.Suprafata de sub o curba deschisa care descrie un proces termodinamic în diagrama p-V este proportionala la scara cu lucrul mecanic schimbat de gaz cu exteriorul în cursul acestui proces Diferentiala lucrului mecanic este dL=p*dV, cu conventia uzuala de semne: - Când V creste si diferentiala sa este pozitiva avem destindere si L mecanic efectuat; - Când V scade si diferentiala sa este negativa avem compresie si L mecanic consumat.

B. Suprafata din interiorul unei curbe închise care descrie un proces ciclic în diagrama p-V este proportionala cu L mecanic net schimbat de gaz cu exteriorul în cursul acestui ciclu: - Când curba este parcursa în sensul acelor de ceasornic L mecanic net este pozitiv rezulta ciclu motor; - Când curba este parcursa în sensul trigonometric L mecanic net este negativ rezulta ciclu invers.

C. Dintre cei doi parametri independenti, p si V: -Volumul este parametru extensiv si depinde de pozitia pistonului; - Presiunea este parametru intensiv si se poate masura ca valoare quasi instantanee

D. Diagrama se poate ridica experimental prin metode simple si precise (de aici denumirea de „indicata”).

E. „Planimetrarea” diagramei indicate (determinarea suprafetei prin metode grafo-analitice sau, prin integrare numerica pe calculator), permite determinarea experimentala a lucrului mecanic pe cilindru si ciclu.

Page 18: Partial Tppe Rezolvat

18

20. Diagrama indicata a unui M.P., la alegere – forma, procese si momente caracteristice. Definirea presiunii medii indicate, puterii indicate, puterii efective la cupla si presiunii medii efective.

Tipul / succesiunea proceselor termodinamice depinde în principal de numarul de timpi, dar si de alti factori specifici, ca A) tipul aprinderii si combustibilului, B) existenta supraalimentarii si tipul acesteia

Pentru clarificare unor faze ale proceselor, s-au folosit urmatoarele puncte ajutatoare: 1a) Deschiderea S.A., înainte de trecerea pistonului prin P.M.I. „1”. 1b) Închiderea S.E., dupa trecerea pistonului prin P.M.I. „1”. 2a) Închiderea S.A., dupa trecerea pistonului prin P.M.E. „2”. 3a) Începerea arderii quasi izocore, la finele compresiei, înainte de trecerea pistonului prin P.M.I. „3”: - în momentul aprinderii scânteii - la M.A.S., - la injectia combustibilului - la M.A.C. si Diesel-gaz.

3b) Sfârsitul arderii quasi izocore si începerea celei quasi izobare, la Diesel-gaz, în cursul destinderii, dupa trecerea pistonului prin P.M.I. „3”. 3c) Sfârsitul arderii quasi izobare, la M.A.C. si Diesel-gaz, în cursul procesului de detenta, dupa terminarea injectiei. 4a) Deschiderea S. E. si începerea evacuarii quasi izocore, datorate supra-presiunii gazelor din cilindru,cu putin înainte de trecerea prin P.M.E. „4”. 4b) Sfârsitul evacuarii quasi izocore si începutul celei quasi izobare, dupa trecerea prin P.M.E. „4”.

Denumirea „presiune medie indicata” vine de la faptul ca e determinata cu ajutorul diagramei indicate a M.P.. Sensul fizic al acesteia este ca daca un gaz s-ar încalzi izobar, între volumele extreme Vmin si Vmax, el ar efectua un L mec ef egal cu L net din ciclul real Tinând seama de frecventa ciclurilor si de numarul de cilindri, putem defini „puterea indicata”, neta, transmisa de la gaz spre piston, ca fiind: Pindicata=cicluri*pmed ind*Vcilindree=n/(60*a)*pmed ind*z*(*D^2 cilindru/4)*lcursa [kJ/s, sau kW] În practica, datorita pierderilor prin frecari mecanice, din motor se transmite spre exterior numai „puterea efectiva la cupla”, Pef k = Pindicata - Pmec, mai mica decât cea indicata: Pef k = *M [kJ/s, sau kW] unde = viteza unghiulara a arborelui, în rad/sec si M = momentul la cupla, în kN*m. Prin similitudine cu relatia dintre presiunea medie indicata si puterea indicata putem gasi relatia între puterea efectiva la cupla si o „presiune medie efectiva”, pmed ef: Pef k=cicluri*pmed ef*Vcilindree=n/(60*a)*pmed ef*z*(*D^2 cilindru/4)*lcursa [kJ/s sau kW]

Page 19: Partial Tppe Rezolvat

19

21. Debitul volumetric si masic aspirat de M.P.; efecte asupra functionarii M.P. energetice la sarcini partiale.

Teoretic, la fiecare ciclu al M.P. se aspira într-un cilindru un volum de aer, sau amestec, egal cu diferenta volumelor extreme, Vmax la P.M.E. si Vmin la P.M.I.: Vaspirat teoretic=Vmax–Vmin=(*D^2cilindru/4)*lcursa [m3/(cilindru*ciclu)] Pe de alta parte trebuie sa mai avem în vedere urmatoarele: _ Motorul are mai multi cilindri, fie „z” numarul acestora. _ Umplerea incompleta a cilindrilor la fiecare ciclu se reflecta în coeficientul kumplere < 1. Factorul de umplere este dependent de caracteristicile motorului. El e mai apropiat de 1 la MP în 4 timpi (la care aspiratia aerului si si mai mic la MP în 2 timpi (la care aspiratia aerului si evacuarea gazelor de ardere se suprapun partial).

Page 20: Partial Tppe Rezolvat

20

22. Diagrama fluxurilor energetice si randamentele caracteristice pentru C.T.E.-M.P.

C.T.E. cu M.P. reprezinta surse de producere exclusiva de electricitate. Pentru fluxurile de energie s-au folosit urmatoarele notatii suplimentare:

Ptc => Putere termica dezvoltata prin arderea combustibilului; Pr+c+n => Pierderile motorului prin radiatie convectie si nearse; Pcsga => Pierderile motorului prin caldura sensibila a gazelor de ardere; Papa rac => Pierderile motorului spre circuitul de racire cu apa; Pmec => Pierderile mecanice ale motorului (evacuate uzual cu apa de racire); Pbg => Putere electrica la bornele generatorului („bruta”); Pgen => Pierderile generatorului electric.

Se observa ca la producerea exclusiva de electricitate randamentul electric brut poate fi scris ca un produs al randamentelor partiale; el este mai mic decât cel mai mic dintre factori, respectiv decât randamentul indicat

Page 21: Partial Tppe Rezolvat

21

23. Supraalimentarea - metoda „intensiv – termodinamica” de crestere a performantelor M.P. energetice. Principiu, efecte, clasificarea M.P. dupa gradul de supraalimentare. M.P. cu supraalimentare redusa

Metodele „intensiv-termodinamice” urmaresc cresterea presiunii medii indicate si a lucrului mecanic indicat, actionând în fazele de aspiratie a aerului si evacuare a gazelor de ardere. În aplicatiile de tractiune se utilizeaza cresterea numarului de supape pe cilindru. Aceasta reduce pierderile de presiune la aspiratie si evacuare, scade lucrul mecanic consumat în fazele de aspiratie – evacuare, îmbunatateste gradul de umplere a cilindrilor si creste puterea indicata. Astfel de solutii se utilizeaza, însa, rar în aplicatiile energetice. Principala metoda aplicata la M.P.E. este supraalimentarea, bazata pe cresterea presiunii de intrare a aerului în motor peste cea atmosferica. Prin supraalimentare se maresc simultan: A) productia de lucru mecanic net, B) consumul de combustibil. Ca urmare, randamentul indicat al unui motor supraalimentat este comparabil cu cel al motorului atmosferic din care provine. Ssupraalimentarea îmbunatateste performantele energetice ale M.P., prin cresterea randamentului mecanic, deoarece aceleasi pierderi în valoare absoluta se vor raporta la o putere indicata mai mare. În plus, ea aduce efecte economice pozitive si prin reducerea investitiei specifice. Dupa presiunile pe galeriile de aspiratie si de evacuare, deosebim M.P.: o „atmosferice” sau „aspirate”, la care p evacuare p atmosferica p aspiratie; o „usor supraalimentate”, la care p aspiratie p evacuare p atmosferica; o „mediu supraalimentate”, la care p aspiratiep evacuare>p atmosferica , cu p aspiratie/p atmosferica(1,3-1,5); o „puternic supraalimentate”, la care p aspiratie p evacuare > p atmosferica , cu p aspiratie/p atmosferica >1,5.

M.P. cu supraalimentare redusa acestea utilizeaza un compresor de aer radial – centrifug, K, denumit si suflanta, cu antrenare mecanica de la arborele motorului, printr-un Amplificator de Turatie A.T. Turatia ridicata a compresorului permite: a) reducerea diametrului acestuia în raport cu cel de la turatie scazuta, concomitent cu cresterea vitezei periferice si a raportului de compresie pe treapta; b) cresterea randamentului lui intern, ca urmare a cresterii latimii canalului de aer si reducerii degradarilor la curgere. Pe ansamblu, rezulta avantaje importante: micsorarea gabaritului si a investitiei, simultan cu cresterea randamentului procesului de compresie. Limita turatiei este data de efortul datorat fortei centrifuge. Schema permite cresterea nivelului presiunii pe galeria de admisie peste cel din galeria de evacuare si îmbunatateste gradul de umplere a cilindrului. Ea se foloseste în special la M.P. în 2 timpi, la care aspiratia aerului si evacuarea gazelor de ardere au loc aproape simultan. Datorita faptului ca suflanta consuma lucru mecanic de la arborele motorului, dar si suprapresiunii mici, câstigul de putere mecanica este nesemnificativ. În aplicatiile energetice turatia constanta a suflantei mentine, ca si la motoarele „atmosferice”, dezavantajul debitului masic aproape constant independent de încarcare.

Page 22: Partial Tppe Rezolvat

22

24. M.P. cu supraalimentare cu turbosuflanta: supraalimentarea medie si „puternica” („TurboIntercooler”). Analiza comparativa a schemelor de supraalimentare a M.P. energetice.

M.P. cu supraalimentare medie utilizeaza o „turbosuflanta” (turbo charger), formata din compresorul de aer K si turbina cu gaze T, de antrenare a K, amplasate pe o linie de arbori de turatie ridicata si variabila . Ambele masini mecano energetice, compresorul (radial-centrifug) si turbina (radial-centripeta) sunt de tip mono treapta si beneficiaza de avantajele turatiei mari. La M.P. energetice, functionând la turatii constante,turbosuflanta nu este cuplata mecanic la arborele cotit, iar turatia ei se auto stabilizeaza când puterea dezvoltata de turbina acopera consumul compresorului si pierderile lagarelor. Ca urmare turatia este maxima la sarcina nominala si scade când se reduce debitul de combustibil. Solutia este recomandata pentru M.P. în 4 timpi, cu supape comandate, la care aspiratia aerului si evacuarea gazelor de ardere au loc la momente diferite. Suflanta nu consuma lucru mecanic de la arborele motorului, iar suprapresiunea este mare, ca urmare exista un câstig semnificativ de putere mecanica. Racitorul R, montat amonte de galeria de admisie coboara temperatura aerului, ca urmare: a) densitatea aerului creste majorând debitul masic aspirat, pentru acelasi debit volumetric si b) scade pericolul de autoaprindere în cursul compresiei.

M.P. cu supraalimentare puternica, sau schema „TurboIntercooler” ridica presiunea în galeria de aspiratie în raport cu cea din schema precedenta utilizând compresia în 2 trepte; între ele se introduce un schimbator de caldura pentru racirea aerului ceea ce reduce lucrul mecanic de compresie, R.I. Schema are o serie de asemanari cu cea anterioara: A) se poate folosi doar la M.P. în 4 timpi; B) antrenarea compresorului se face doar de catre turbina, turbo-suflanta nu e cuplata la arborele M.P., iar turatia ei, variabila cu încarcarea, se stabileste din conditia ca puterea dezvoltata de turbina sa acopere consumul compresorului si pierderile lagarelor; C) dupa al doilea compresor, amonte de galeria de admisie, se introduce Racitorul Final, RF, care coboara temperatura aerului, îi mareste densitatea si creste debitul masic aspirat, D) în aplicatii energetice „autoreglarea” turatiei îmbunatateste performantele la sarcini partiale; E) RI si RF intra uzual în categoria „racirilor termodinamice”; totusi, se poate recupera o parte din caldura cedata de aer la RI si RF în circuitul de alimentare cu caldura a consumatorilor „urbani”, de nivel termic redus.

Page 23: Partial Tppe Rezolvat

23

Din analiza comparativa a schemelor de mai sus observa urmatoarele: - Tipul de supraalimentare trebuie corelat cu numarul de „timpi” ai motorului. - Existenta unui numar mare de cilindri, cu procese decalate, permite cuplarea între masinile rotative, care au curgere continua (suflanta, turbina cu gaze) si M.P., având curgere discontinua în fiecare cilindru, dar relative continua pe ansamblul cilindrilor. La MP în 4 timpi se poate asigura curgerea continua cu minim 4 cilindri. La supraalimentare medie si înalta, RF si, în al doilea caz, RI, sunt raciri „termodinamice”. Coborârea nivelului lor termic îmbunatateste performantele M.P. din punct de vedere al productiei de L mecanic. Ambele sunt „raciri de joasa - medie temperatura”, din care doar o parte se pot recupera pentru cogenerare; în aceeasi categorie intra si racirea uleiului. Ca urmare a avantajelor descrise, majoritatea M.P. energetice sunt cu supraalimentare: -slaba, la M.D. lente si semi rapide în 2 timpi; - medie, la M.D. si M.A.S. semi rapide si rapide în 4 timpi.