MODELOS DE REFRIGERACIÓN DE TURBINA PARA EL ANÁLISIS

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Carlos Luna Rodríguez
hace 5 años
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1 MODELOS DE REFRIGERACIÓN DE TURBINA PARA EL ANÁLISIS DEL CICLO DE AERORREACTORES

2 Necesidad de refrigeración de turbina T 4t

3 T 4t

4 Métodos de refrigeración más sofisticados

5 Gregorio L. Juste, Lab. Propulsión Aeroespacial

6 Esquemas de refrigeración más complejos Mayores gastos de refrigeración

7 Penalización originada por la refrigeración de turbina (a) There is a direct loss of turbine work due to the reduction in turbine mass flow. (b) The expansion is no longer adiabatic; and furthermore there will be a negative reheat effect in multi-stage turbines. (c) There e is a pressure e loss, and a reduction in enthalpy, due to the mixing of spent cooling air with the main gas stream at the blade tips. (This has been found to be partially offset by a reduction in the normal tip leakage loss.) (d) Some 'pumping' work is done by the blades on the cooling air as it passes radially outwards through the cooling passages. (e) When considering cooled turbines for cycles with heat-exchange, account must be taken of the reduced temperature of the gas leaving the turbine which makes the heat-exchanger less effective. Unas perdidas pueden ser incorporadas directamente en el calculo del ciclo, mientras que el efecto de otras puede ser tenido en cuenta utilizando un valor reducido del rendimiento de turbina

8 Métodos para tener en cuentas las perdidas en el calculo del ciclo El más simple (pero poco realista) : suponer que los sangrados para refrigeración no contribuyen ni al gasto y ni a dar trabajo en las turbinas Modelos más complejos:

9 El gasto de refrigeración se incorpora en bloques, en el estator y a la salida del rotor, y se mezcla a presión constante

10 En estos modelos, el gasto que se incorpora a la salida del estator no contribuye al parámetro de gasto de la turbina. Para tener en cuenta la contribución ió al parámetro de gasto se necesitan

11 Ejemplo e hipótesis: W c1 :NGV platform cooling air upstream of throatt W c2 :NGV platform cooling air downstream W c3 :NGV leakage air W c4 :NGV cooling air upstream of throat W c5:ngv cooling ir downstream of throat W c6,w c7,w c8,w c9,w c10 : rotor blade cooling air W c11 :seal leakage W c12 :rotor leakage air W c13 : liner cooling air W c1, W c4, W c5 hacen trabajo W c1,w c4, W entrada se contabiliza como G W c2,w c3,w c6,w c7,w c8,w c9,w c10,w c11,w c12, y W c13 se mezcla a la salida

12 Ejemplo: Identificación de flujos (% Gc) : W c1 = 0 W c2 = = 3.01 W c3 = 0.1 W c4 + W c5 = 6.30 [ ] W c6 = W c7 = W c9 = W c13 = 0 W c8 + W c10 = 2.70 W c11 = 0.82 W c12 = 0.3 W total sangrado 13 = W = i=1 = 1 ci Potencia total absorbida por los compresores γ 1 γ c Pcomp = GcPT π 2t η c 1

13 Suponemos que esa potencia se obtiene mediante dos turbinas, una de alta y otra de baja, que dan la misma potencia P P HP tur LP tur = P = 0.5P com com Suponemos un turborreactor en banco (T 2t = T 0 = K) con las siguientes características: π c = 25:1 η c = T 4t = 1700 K η t = 0.9 Temperatura a la salida del compresor: T3t = T2t +Δ Tc= = K Se contabiliza Gastos : como gasto G4= G Gts = G( 1 Wts ) = G G = G + G W + W = G = G para el parámetro de gasto c5 ( c c ) ( ) ( ) G = G + GW = G = G

14 W c1, W c4 y W c5 se mezclan antes del rotor y producen trabajo ( c 1 + c 4 + c 5 ) 3 t t = t t = ( t t )/ = = ( ) = ( ) GW W W T GT G T T T T K P G c T T Gc T T HP tur 45 P 45t 46t P 45t 46t ( ) T = T P / c = K G HP 46t 45t tur P = G Todos los demás gastos se mezclan a la salida de la turbina de alta ( c c c c c ) ( ) ( ) + = G49 = G46 + G W 2 + W 8 + W 10 + W 11 + W 12 = G = G GW W W W W T G T G T c2 c8 c10 c11 c12 3t 46 46t 49 49t T = T T = K 49t 3t 46t

15 Suponiendo que la turbina de baja no esta refrigerada: ( 49 5 ) LP Ptur = GcP T t T t T5 t = K Conel rendimiento de laturbina P = P 5t 0 Velocidad de salida suponiendo tobera adaptada (condi): γ 1 γ 2γ P0 V RT 1 s = 5t = m/ s 1 γ P 5 t

16 Suponiendo que el gasto sangrado para refrigeración no contribuya ni a gasto ni a dar trabajo en la turbinas Pcom = G ( ) cp ( T4t T5t ) * T = K 5t * 5t = P0 * s = P V m/ s V * s > V s????? En la primera metodología hay gastos de refrigeración que contribuyen a dar trabajo en la turbina de alta y todos los gastos se recuperan en la turbina de baja Enfriamiento de la corriente principal al mezclarse el gasto de refrigeración con el gasto principal Pero : I = E/ G= GV / G= V = m/ s sp s s ( ) I = E/ G= 1 W GV / G= V = m/ s * * * sp ts s s Se obtiene un impulso 6.34% mayor

17 Comparar los resultados obtenidos con un turborreactor en el que no fuera necesario refrigerar la turbina manteniendo la misma T 4t PREGUNTAS?

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