Corso di Sistemi Energetici

a.a. 2012-2013

TURBINE A GAS

Prof. Ing. Giorgio Cau

Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Chimica e dei Materiali

Università di Cagliari

Ciclo ideale di JOULE (James P. Joule, U.K., 1818-1889)

o di BRAYTON (George Brayton, U.S., 1830-1892)

Potenze e rendimenti

Turbine a gas industriali Potenze fino a circa 350 MW

Rendimenti da 28-30% fino a 38-45%

Turbine a gas di derivazione aeronautica

Potenze da 10-15 MW a circa 100 MW

Rendimenti 35-45%

Micro-turbine a gas

Potenze da 10-15 kW a 100-150 kW (50 kW)

Rendimenti 30-35%

SEZIONE DI TURBINA A GAS

SEZIONE DI TURBINA A GAS

PROPULSORE ROLLS-ROYCE TRENT

PROPULSORI AD ALTO E BASSO RAPPORTO DI BY-PASS

SEZIONE SCHEMATICA PROPULSORE TRENT

PALETTATURE DI COMPRESSORE

ROTORE DI COMPRESSORE HP

SEZIONE SCHEMATICA DI COMBUSTORE

COMBUSTORE

COMBUSTORE

CAMERE DI COMBUSTIONE

CAMERE DI COMBUSTIONE

PALETTATURE DI TURBINA

Evoluzione delle temperature nelle turbine a gas

T(20 + log10 tr)= f()

Materiali delle palettature per turbine a gas

Materiale B C Al Ti Cr Fe Co Ni Nb Mo W Ta

GTD 111 --- 0,12 3,1 4,5 12,5 --- 9,0 bal --- 2,0 3,8 4,0

GTD 222 --- 0,10 1,2 2,3 22,5 --- 19,0 bal --- --- 2,0 0,1

Inconel 738 0,01 0,10 3,5 3,5 16,0 --- 8,5 bal 0,8 1,7 2,6 1,7

Udimet 520 0,005 0,05 2,0 3,0 19,0 --- 12,0 bal --- 6,0 1,0 ---

Udimet 710 0,02 0,07 2,5 5,0 18,0 0,5 14,7 bal --- 3,0 1,5 ---

FSX 414 0,01 0,25 --- --- 29,0 1,0 bal 10,0 --- --- 7,0 ---

Sistema raffreddamento ugelli 1° stadio turbina

Palettature statoriche (ugelli primo stadio)

SISTEMA RAFFREDDAMENTO PALE STATORICHE

Palettature rotoriche

Turbina a gas GE-MS6001C (45 MW)

Turbina a gas GE-MS9001FB (270 MW)

Turbina a gas GE-LM6000 (42 MW) Aeroderivata dal propulsore CF6-80-C2

Turbina a gas GE-LM6000-PH

Rolls Royce Trent 900 (Airbus 380)

Turbina a gas GE-LMS100 (100 MW)

Turbina a gas GE-LMS100 (100 MW)

IMPIANTO GE-LMS100

Cicli con interrefrigerazione e ricombustione

Turbina a gas ABB-GT24/26 con combustione sequenziale

Turbina a gas ABB-GT24/26 con combustione sequenziale

MODELLO GE-MS6001C

Potenza 45,4 MW

Consumo specifico 9.830 kJ/kWh

Rendimento 0,366

Rapporto compressione 19,6

Portata gas 122 kg/s

Temp. gas ingresso turbina 1.315 °C

Temp. Gas uscita turbina 581 °C

MODELLO GE-MS9001FB

Potenza 270 MW

Consumo specifico 9.757 kJ/kWh

Rendimento 0,369

Rapporto compressione 18,5

Portata gas 641 kg/s

Temp. gas ingresso turbina 1.370 °C

Temp. Gas uscita turbina 602 °C

MODELLO GE-LM6000

Potenza 42 MW

Consumo specifico 8.571 kJ/kWh

Rendimento 0,42

Rapporto compressione 30

Portata gas 124 kg/s

Temp. gas ingresso turbina 1.270 °C

Temp. Gas uscita turbina 456 °C

MODELLO RR TRENT 900

Potenza equivalente 45-50 MW

Massa 6.440 kg

Lunghezza 4,55 m

Diametro Fan 2,95 m

Rapporto di bypass 8,5

Portata aria 1.225 kg/s

MODELLO GE-LMS100

Potenza 98 MW

Consumo specifico 8.000 kJ/kWh

Rendimento 0,45

Rapporto compressione 42

Portata gas 205 kg/s

Temp. gas ingresso turbina 1.315 °C (?)

Temp. Gas uscita turbina 417 °C

MODELLO ABB-GT24/26

Potenza 165/240 MW

Consumo specifico 9.600 kJ/kWh

Rendimento 0,375

Rapporto compressione 30

Portata gas 376/542 kg/s

Temp. gas ingresso turbina 1.200 °C

Temp. Gas uscita turbina 610 °C

CARATTERISTICHE DI ALCUNI

MODELLI DI TURBINE A GAS

MODELLO ANNO P (MW) ETA BETA Mg

(kg/s)

Tout

(°C)

LxTxH

(m)

FIAT 701F 1992 260 0.373 9.4 656 578 16.9x5.1x5.6

Ansaldo V94.3A 1995 255 0.385 17 640 577 12.5x6.1x7.5

Siemens V94.3A 1995 258 0.384 17 634 568 12.5x6.1x7.5

GE PG9171(E) 1987 123.4 0.338 12.3 404 538 35.0x23.5x12.0

GE PG9231 (EC) 1994 169.2 0.349 14.2 507 558 41.0x16.0x14.0

GE PG9351 (FA) 1996 255.6 0.369 15.4 624 609 34.0x7.5x15.0

MHI M701G 1997 334 0,395 21 737 587 18.2x6.2x6.2

ABB-GT26 1994 265 0.384 30 562 640 12.3x5.0x5.5

GE LM6000-PC 1997 43.4 0.413 29.4 127 450 5.0x2.1x2.1

R.R. Trent 1996 51.2 0.416 35 159 427 25.3x4.1x4.1

Centrax CX501-KB5 1992 3.84 0.286 10.2 15.7 550 9.0x2.7x3.0

Centrax CX501-KN5 1992 4.45 0.307 10.7 16.4 550 9.0x2.7x3.0

Centrax CX501-KH5 1992 6.35 0.399 12.3 18.4 522 9.0x2.7x3.0

GE LM1600-PA 1989 13.75 0.355 21.5 31.4 488 4.6x2.4x2.1

GE LM1600-PB STIG 1991 16.90 0.396 25.1 35.4 470 4.6x2.4x2.1

GE LM2500-PE 1973 22.8 0.368 18.8 68.9 523 6.4x2.1x2.1

GE LM2500-PH STIG 1986 28.06 0.410 20.2 75.8 497 6.4x2.4x2.1

MICROTURBINE A GAS

Turbina a gas per autotrazione Garrett

Rotore compressore-turbina

Girante di compressore radiale

Schema impiantistico di microturbina a gas

Schema impiantistico di microturbina a gas

Microturbine a gas Ingersoll-Rand

Microturbine a gas Capstone

Microturbina a gas Capstone