Viene adottato un metodo con turbina a gas a ciclo chiuso per superare gli svantaggi di un turbina a gas a ciclo aperto metodo. La corrosione e l'erosione delle pale delle turbine è il principale svantaggio in un ciclo aperto. Questo inconveniente può essere superato utilizzando un mezzo di lavoro di qualità superiore (aria o elio, argon, idrogeno o neon) dove non si miscela con il carburante nella camera di combustione. L'altro vantaggio dell'utilizzo di un metodo a ciclo chiuso è che lo smaltimento del calore dei gas di scarico avviene in un refrigeratore o in riscaldatori o scambiatori di calore. Questo articolo discute una panoramica di questa turbina, il funzionamento, i vantaggi e gli svantaggi.
Cos'è una turbina a gas a ciclo chiuso?
Una turbina a gas a ciclo chiuso può essere definita come un gas turbina , che supera gli inconvenienti della turbina a gas a ciclo aperto. In questo tipo di turbina, l'aria circola continuamente all'interno della turbina a gas con l'aiuto di un compressore, una camera termica, una turbina a gas e una camera di raffreddamento. I rapporti di pressione , la temperatura e le velocità dell'aria saranno costanti in questo tipo. Esegue un ciclo termodinamico, il che significa che il fluido di lavoro viene fatto circolare e utilizzato continuamente ancora e ancora senza lasciare il sistema.
Turbina a gas a ciclo chiuso
PER diagramma della turbina a gas a ciclo chiuso è molto semplice e contiene componenti come un compressore, una camera di calore e una turbina a gas. Il generatore, il compressore e la camera di raffreddamento sono azionati dalla turbina a gas. Il diagramma di questo è mostrato di seguito.
- Il gas viene compresso nel compressore.
- Il gas compresso viene riscaldato nella camera di riscaldamento.
- La turbina a gas aiuta a generare elettricità.
- L'elettricità è generata dal Generatore con l'uso della turbina a gas
- Il raffreddamento dei gas passati dalla turbina viene raffreddato nella camera di raffreddamento.
Efficienza
Il efficienza di una turbina a gas a ciclo chiuso può essere spiegato con l'aiuto del diagramma T-S come mostrato di seguito.
Diagramma T-S
L'efficienza di questo può essere data come,
n = (rete disponibile) / calore in ingresso
n = Cp (Wt - Wc) / calore in ingresso
n = 1 - [(T4-T1) / (T3-T2)]
Dove 'Wt' = il lavoro è svolto dalla turbina a gas per kg di aria = Cp (T2-T3)
'Wc' = il lavoro è svolto dal compressore per kg di aria = Cp (T1-T4)
La pressione costante 'Cp' viene presa in KJ o Kg
'T' = temperatura
Ingresso calore = Cp (T3-T2)
L'efficienza di questa turbina è superiore a quella della turbina a gas a ciclo aperto
Principio di funzionamento della turbina a gas a ciclo chiuso
Il principio di funzionamento della turbina a gas a ciclo chiuso è basato sul ciclo di Brayton o sul ciclo di Joule.
In questo tipo di turbina a gas, il compressore viene utilizzato per comprimere il gas in modo isotropico e il risultante gas compresso fluisce nella camera di riscaldamento. Il rotore il tipo di compressore è preferito in questa turbina.
Una sorgente esterna viene utilizzata per riscaldare l'aria compressa e quindi fatta passare sulle pale della turbina.
Quando il gas scorre sulle pale della turbina, si espande e viene lasciato passare nella camera di raffreddamento e si raffredda. Il gas viene raffreddato utilizzando la circolazione di acqua a pressione costante fino alla sua temperatura iniziale.
- Anche in questo caso il gas viene fatto passare nel compressore e il processo viene ripetuto.
- In questa turbina, lo stesso gas viene fatto circolare ripetutamente.
- La complessità del sistema e il costo aumenterebbero se il fluido / mezzo di lavoro utilizzato nella turbina fosse diverso dall'aria. Questo può portare a problemi ed è difficile da risolvere.
Differenza tra turbina a gas a ciclo aperto e a ciclo chiuso
La fonte di calore, il tipo di fluido utilizzato per il funzionamento, l'aria circolata, la capacità delle pale della turbina, i costi di manutenzione e installazione, ecc. Danno la differenza tra il ciclo aperto e la turbina a gas chiusa. La circolazione del fluido di lavoro è la principale differenza.
Turbina a gas a ciclo aperto | Turbina a gas a ciclo chiuso |
In questo tipo, la camera di combustione viene utilizzata per il riscaldamento dell'aria compressa. A causa della miscelazione dei prodotti nella camera di combustione e dell'aria riscaldata, il gas non rimane costante. | In questo tipo, la camera di riscaldamento riscalda l'aria compressa, che viene compressa prima del riscaldamento. Quando una fonte esterna riscalda l'aria, il gas rimane costante. |
La quantità di gas che esce dalla turbina viene esaurita nell'atmosfera | La quantità di gas che esce dalla turbina a gas viene lasciata passare nella camera di raffreddamento. |
La sostituzione del fluido di lavoro è in corso | La circolazione del fluido di lavoro continua. |
Il fluido di lavoro è l'aria | Per migliori proprietà termodinamiche, l'elio viene utilizzato come fluido di lavoro |
Quando l'aria nella camera di combustione viene contaminata, si verifica l'usura precoce delle pale della turbina | Poiché non vi è contaminazione del gas racchiuso durante il passaggio attraverso la camera di riscaldamento, non si verifica un'usura anticipata delle pale della turbina |
Utilizzato principalmente per veicoli in movimento | Utilizzato principalmente per installazioni fisse e applicazioni marine. |
Il costo della manutenzione è basso | Il costo della manutenzione è elevato |
La massa di installazione per KW è inferiore | La massa di installazione per KW è maggiore. |
Vantaggi
Il vantaggi della turbina a gas a ciclo chiuso siamo
- Elevata efficienza termica a qualsiasi limite di temperatura e rapporto di pressione
- Può essere utilizzato qualsiasi tipo di fluido di lavoro a basso potere calorico. Ad esempio l'elio.
- Nessuna corrosione.
- Non è necessaria la pulizia interna.
- I riscaldatori possono essere utilizzati per riscaldare l'acqua per la fornitura di acqua calda per scopi domestici e industriali.
- La dimensione della turbina a gas è piccola
- Un aumento della pressione fornisce un miglior coefficiente di trasmissione del calore nello scambiatore
- La perdita di attrito del fluido è inferiore.
Svantaggi
Il svantaggi delle turbine a gas a ciclo chiuso siamo
- Poiché l'intero sistema funziona ad alta pressione con un fluido di lavoro (medio), aumenta il costo.
- Richiede una batteria di riscaldamento di grandi dimensioni e non è sufficiente quando la camera di combustione viene utilizzata nel ciclo aperto.
- Non utilizzato nei motori aeronautici perché questo tipo di turbina a gas utilizza acqua di raffreddamento.
- Sistema complesso e dovrebbe resistere ad alta pressione.
Applicazioni
Il applicazioni con turbine a gas a ciclo chiuso include il seguente.
- Utilizzato nella generazione di energia elettrica
- Utilizzato in molte applicazioni industriali
- Utilizzato nella propulsione marina, propulsione locomotiva, propulsione automobilistica
- Utilizzato nell'aviazione per fornire potenza al jet Propulsion
Quindi, questo è tutto sul ciclo chiuso turbina a gas - diagramma , funzionamento, efficienza e differenze, vantaggi, svantaggi e applicazioni. Ecco una domanda per te: 'Quali sono gli svantaggi della turbina a gas a ciclo aperto? '