ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών ΕΜΠ 5 ο Εξάμηνο Ι ΑΣΚΩΝ: Κ.ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, Καθηγητής ΕΜΠ kgianna@central.ntua.gr http://velos0.ltt.mech.ntua.gr/kgianna ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 1
Ορισμός Στροβιλομηχανής Βασικά χαρακτηριστικά: Συνεχής ροή εργαζόμενου μέσου Δυναμική αλληλεπίδραση ρευστού και κινούμενων πτερυγίων Συναλλαγή ενέργειας: Στρόβιλος ή Εργοστροβιλομηχανή ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 2
Άτρακτος / Άξονας και (Περιφερειακές) Πτερυγώσεις ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 3
Γνωστοί ίτύποι Στροβιλομηχανών: Συμπιεστής (Compressor) Στρόβιλος (Turbine) Υδροστρόβιλος Αντλία Φυσητήρας Ανεμιστήρας Έλικας Προπέλα ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 4
Εφαρμογές Στροβιλομηχανών: Πρόωση Αεροσκαφών Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από Θερμοηλεκτρικούς Σταθμούς Ατμοστρόβιλοι Αεριοστρόβιλοι Σταθμοί Συνδυασμένης Παραγωγής Ενέργειας Επίγειες μεταφορές Ναυτιλία Στροβιλοϋπερπληρωτές (turbochargers σε Diesel) Χημική Βιομηχανία Αέριο υπό πίεση Γραμμές μεταφοράς αερίων ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 5
Δά Διάφορες Τξ Ταξινομήσεις Στροβιλομηχανών: Ως προς την ύπαρξη περιβάλλοντος κελύφους: Ανοικτή ή κλειστή στροβιλομηχανή Ως προς την πορεία που ακολουθεί το ρευστό: Αξονική ή ακτινική στροβιλομηχανή Ως προς το είδος του εργαζόμενου μέσου: Υδροστρόβιλοι Αεριοστρόβιλοι - Ατμοστρόβιλοι Σημαντικό: Συμπιεστό και Ασυμπίεστο Ρευστό Συμπιεστή και Ασυμπίεστη Ροή ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 6
Πτερύγια Συμπιεστή Πτερύγια Στροβίλου Πτερύγιο (Blade) Πτερύγωση (Blade Row) Βαθμίδα (stage) Σταθερή ή Ακίνητη Πτερύγωση (Stator) Κινητή ή Περιστρεφόμενη Πτερύγωση (Δρομέας, Rotor) Μονοβάθμιες Στροβιλομηχανές Πολυβάθμιες Στροβιλομηχανές ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 7
Βαθμίδα Συμπιεστή και Στροβίλου ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 8
Στροβιλομηχανή vs. Μηχανή Μετατόπισης ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 9
Συνεχείς αλλαγές κατάστασης κατά τη ροή Καύση με σταθερή πίεση (+) όχι παλινδρομούντα τμήματα (+) ελάχιστη λύπανση (+) αξιοπιστία (-) υψηλή θερμοκρασία στο στρόβιλο Περιοδικές αλλαγές κατάστασης Καύση με σταθερό όγκο Στροβιλομηχανή vs. Μηχανή Μετατόπισης ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 10
Ακτινικός (φυγοκεντρικός) συμπιεστής Η πτερωτή ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 11
C Τ Τυπικοί συμβολισμοί ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 12
Οι Στροβιλομηχανές ως Κινητήριες Μηχανές: Αεριοστρόβιλοι ρ ρ β Μηχανικής Ισχύος (Gas Turbines) P=P T -P C Στροβιλοαντιδραστήρες (Turbojet) P ΩΣΗ =P ΔΕΣΜΗΣ ενώ P T =P C +P ΠΑΡΕΛΚΟΜΕΝΑ Ατμοστρόβιλοι (Steam Turbines) Στρόβιλοι εκτόνωσης αερίου ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 13
Αεριοστρόβιλος Μηχανικής Ισχύος (ανοικτού κυκλώματος) (Simple Gas Turbine System) ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 14
N(LP)<N(HP) Αεριοστρόβιλος Πολλαπλών Τυμπάνων (Twin Spool Engine) ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 15
Αεριογόνος Στρόβιλος Ισχύος Αεριοστρόβιλος σε Διάταξη Δίδυμων Ατράκτων (Gas Turbine with Separate Power Turbine) (+) Ευελιξία κατά τη λειτουργία (οδικές, ναυτικές εφαρμογές, τραίνα) (+) Μονάδες Ηλεκτροπαραγωγής μεγάλης κλίμακας (γεννήτρια χωρίς μειωτήρα στροφών) (+) Μονάδα εκκίνησης (starter) μόνο για αεριογόνο (-) Ανεξέλεγκτη επιτάχυνση στο στρόβιλο ισχύος ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 16
Ανακόμιση θερμότητας καυσαερίων για θέρμανση του αέρα εξόδου του συμπιεστή (Single-Shaft Gas Turbine with Heat Exhanger) (-) Επιπλέον απώλειες πίεσης στον εναλλάκτη (~-10% παραγ. Ισχύ) (+) Αύξηση Θερμικού Βαθμού Απόδοσης (!) Αξίζει μόνο αν λειτουργεί πολλές ώρες ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 17
(α) (β) (γ) (α) Ενδιάμεση ψύξη κατά τη συμπίεση (β) Ανακόμιση Καυσαερίων (γ) Ενδιάμεση αναθέρμανση κατά την εκτόνωση (Complex plant with intercooling, heat exchange and reheat) (+) Αύξηση παραγόμενου έργου (+) Αύξηση Θερμικού Βαθμού Απόδοσης (-) Αυξημένη κατανάλωση καυσίμου ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 18
Αεριοστρόβιλος μηχανικής ισχύος κλειστού κυκλώματος (Closed Cycle Gas Turbine) ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 19
Turboprop Turbojet Ελικοφόροι Στροβιλοαντιδραστήρας και Στροβιλοαντιδραστήρας Απλού Ρεύματος (Propeller and Jet Propulsion) ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 20
Προωθητικός βαθμός απόδοσης και ταχύτητα αέρα ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 21
Λόγος Παράκαμψης = (by-pass ratio, Β) m (ψυχρού ρεύματος) m (θερμού ρεύματος) Β=11 Β=2-32 3 Β=4-54 5 Μαχητικά Α/Φ υπερηχητικής πτήσης Μικρής Εμβέλειας Α/Φ Μεγάλης Εμβέλειας Επιβατικά άα/φ, χαμηλής ειδικής κατανάλωσης Στροβιλοαντιδραστήρας Διπλού Ρεύματος (TurboFan) ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 22
Στροβιλοαντιδραστήρας τριπλού τυμπάνου, μεγάλου λόγου παράκαμψης, επιβατικού αεροσκάφους (Ahighby-pass ratio three-shaft civil engine) ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 23
Στροβιλοαντιδραστήρας διπλού τυμπάνου, μικρού λόγου παράκαμψης, πολεμικού αεροσκάφους (A low by-pass ratio two-shaft military engine) ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 24
Ειδική κατανάλωση καυσίμου και λόγος πίεσης ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 25
Θάλαμος Καύσης Κανονική Λειτουργία: Αέρας/Καύσιμο~45/1 Σταθεροποιημένη Καύση: Αέρας/Καύσιμο~15/1 ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 26
Ψύξη σε πτερύγια στροβίλου ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΕΣ, Κ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΛΟΥ, ΣΧ.ΜΗΧ.ΜΗΧ., ΕΜΠ 27