LoginRandom Images |
AlacsonyNyomásviszonyúGázTurbinaLásd még: FaGázTurbina, GázTurbina Az Ericsson ciklus (lásd TermoDinamikaiKorfolyamatok) izotermáit jól közelíti az adiabatikus kompresszió és expanzió is (centrifugál-kompresszor ill. turbina közel adiabatikus), ha a nyomásviszony kicsi. Pl.
Ez lényegében Carnot hatásfokú ha a Cp / Cv nem változik. E példában kb. 3.62-szer több hőt tettünk be 800C-n, mint amit kivettünk 20C-n (38C ill. 11C. Igazából Joule-ban kellene számolni, de levegőnél a fajhő közel állandó). Máshol nem vesztünk hőt. Ha a kompresszor nem izentróp, akkor a 11C nagyobb lesz. Ha az expanzió nem izentróp, akkor a 38C kisebb lesz. Ezek növelik a veszteség arányát, vagyis csökkentik a hatásfokot. Amennyiben Cp /Cv változik, pl. NO2 => NO és O2, a regenerátorban, vagy közvetlenül a regenerátor után (a hevítés ill. az izotermikus expanzió előtt) akkor azt gondolhatnánk, hogy a felső hőmérsékleten a Carnot-hoz képest több (vagy a Cp/Cv változás iránya szerint) kevesebb (ekkor visszafelé kell járatni hőszivattyúként) munkát kapunk a két nyomásérték között - az alsó hőmérsékleten kivett hőhöz képest, ami ugyebár a hatásfokot meghatározza -, mint ha a Cp/Cv az eredeti volna. Adiabata esetén legalábbis nem ennyire nem egyszerű a helyzet. Úgy néz ki, hogy az adiabatikus munka ugyanaz, csak a hőmérséklet-esés más. Pl. 115 kPa 1073K => 101.325 kPa 1034 K helyett 1030K (változtatott Cp/Cv-vel). Ennek kihasználása nem elvileg lehetetlen, de a gyakorlatban elég reménytelen. TODO: megnézni izotermára, és pontosabb példa konkrét Cp/Cv-vel és NO2 számítás a Sheshadrik táblázatokból. Egy Carnot feletti és egy Carnot alatti hatásfokú összekapcsolásával (a triviális összekapcsolásnál okosabb lehet, ha pl. a dugattyú két oldalán a két eltérő közeg van) a hő (egy részének) teljes munkává alakítását valósítottuk meg (2. főtétel érvényességi körét kijátszva).
Igazából nem fontos, hogy kicsi legyen a kompresszor nyomásviszonya. Elég az is, ha minden kompresszorfokozat nyomásviszonya kicsi, és közteshûtést alkalmazunk. Ez az Ericsson ciklushoz áll közel, és egyszerre tudja a nagy fajlagos teljesítményt (turbinával) és a jó hatásfokot. Maga Kirk Sorensen (FolyékonyFluorideSóolvadékosThoriumReaktor guru) magyarázza Apr 17, 2008 8:37 am hozzászólásában hogyan növelheti 24.2%-rõl 60.45%-ra a hatásfokot a rekuperáció köztes hûtéssel (szerintem rossz szóhasználattal regenerátort mond rekuperátor helyett, de ez apróság: recuperator="separated flow counter current heat exchanger" míg a "mixed flow" regenerátornál ugyanazt a - pl. dróthálót- érzi a hideg és a meleg gáz.)
Kis nyomás(viszony) vagy nagy nyomás ? A kompresszor két oldalán a nyomás arányát p2/p1=pi (görög betű)-vel jelölik. Általában 7..10 körüli. Ne felejtsük el, hogy mind a repülõgépeknél, mind a több száz megawattos erõmûvi turbináknál a tervezőket a nagy teljesítményhez képest viszonylag kis (utóbbi esetben talán értelmetlenül kis ?) térfogatba kényszerítik. Sokáig kerestem adatokat arra, hogy mi lenne, ha igen kis nyomással (pi<2) dolgoznánk. Különösen TeslaTurbina esetén a nyomás amúgy sem kívánatos, hanem azt FuVoka segítségével nagy sebességgé alakítjuk. Mi lenne, ha eleve nem nyomnánk össze a gázt (nagyon), csak szállítanánk (compressor helyett "blower"). A tömegáramra természetesen szükségünk van, ezért nagyobb, de vékonyabb falú csöveink lesznek. Hosszas keresés után egy régi könyvben egyértelmű választ találtam, ami igazolja az egyébként logikus következtetést:
img src="http://www.ideje.hu/images/Energy/GazTurbina/GazTurbina_rekuperator_l.jpg"
Zárt ciklusú rendszerben kis pi érték mellett is lehet nagy fajlagos teljesítményt kihozni: pl. 10bar He -ot a kompresszor 20bar-ra nyom fel. Zárt ciklus (FolyékonyFluorideSóolvadékosThoriumReaktor, NapKollektor, külsőégésű rendszer) esetében tehát nem sok érv szól a nagy nyomásviszony mellett. Belsőégés, pl. FaGázTurbina esetén viszont van néhány érdekes körülmény, ami magasabb (akár 25 bar körüli) csúcsnyomást is indokolhat (persze a kompresszorfokozatok közötti közteshűtéssel és rekuperációval).
hővisszanyerő (rekuperátor) hõcserélõ méretbecslés: Kazánoknál általában 20..25m2 kazánfelület jut 1t/h gõzre. 3000 kJ/kg = 3000 MJ / t -val számolva (a víz forráshõje 1bar-on 2258 kJ/kg) ez 833kW azaz 33kW/m2. Namármost ott az egyik oldalon (a forrásban levõ gõznél) nagyságrenddel jobb a hõvezetés (a hőcserélő és a füstgázok közötti delta-T majdnem annyi, mint a víz és a füstgázok között, mert a hőcserélő hőmérséklete a vízhez van közelebb - lényegesen), tehát 2-vel kapásból szorozhatunk. Másrészt a víz csak 200..540C -os, ezért nagyobb a füstgáz felé a deltaT. Ezen elnagyolt becslés alapján max 5-10 kW / m2-el számolhatunk. Cső-a csőben megoldás:
Úgyhogy lehet beszerezni a levetett kamion-intercoolereket, mert a gáz-gáz hõcserélő nem kis felületet igényel. Ez kis nyomásviszonyú gázturbinához jó lesz, ahol pi <4, (max +3 bar-t bír a külső oldalhoz képest). Nagy nyomásértékkel tudnánk a helyigényt csökkenteni (a költséget is), de a hatásfok csökken, úgyhogy jó rekuperátor mellett nem indokolt a túl magas pi érték. KKK K26 turbó turbó éppen van raktáron kompresszora:
környékén talán használható lenne. Ez 217 Le-s 2.2L-es 5 hengeres autóból (audi 80-100-200 meg sok más) van. Kísérletekhez talán kicsit nagy, 50..60 kW hõ biztosan kell utána, ha a teljes gázáramot felmelegítjük. Kísérleti mérésekhez csalunk, és mérés mellett elengedjük egy részét (ami a munkaturbinára menne) és csak a kompresszort hajtó turbinához szükséges mennyiséget hevítjük fel. TeslaTurbina -t tervezünk hozzá ? Milyen átmérõ legyen ?
Mondjuk elõször hõvisszanyerõ és munkaturbina valamint generátor nélkül érdemes. Ezek fogyasztásra / teljesítményre gyakorolt hatása már számítható (becsülhetõ) lenne. Mivel alacsony nyomásról van szó, a munkaturbina párhuzamosan lenne kapcsolva a kompresszort hajtó turbinával (végsõ készülékben persze egy tengelyen, amikor már mindent kimértünk).
Linkek:
|
Powered by TikiWiki CMS/Groupware