Per essere avviata necessita di un motore esterno che la fa ruotare ai giri stabiliti per l’automantenimento. Quindi troveremo un motore elettrico che farà da motore di avvio con sistema di sgancio automatico al raggiungimento dei giri previsti.
Il compressore di una turbina a gas è sempre trascinato direttamente dalla turbina mediante un collegamento meccanico diretto.
Si tratta quasi sempre di un compressore assiale multistadio ed è il componente che innalza la pressione del fluido in ingresso riducendone il volume.
Normalmente una parte dell'aria trattata dal compressore viene "spillata" per poter essere utilizzata nel raffreddamento delle zone più calde del motore (tipicamente la turbina) o, in applicazioni aeronautiche, dall'impianto di condizionamento e pressurizzazione.
Le palette dei primi stadi del compressore assiale sono spesso costruite in titanio per ridurre le masse in rotazione ed aumentarne la resistenza meccanica. Negli ultimi stadi, in cui la temperatura aumenta a causa della compressione adiabatica, sono invece impiegate leghe al nichel. Il compressore, a differenza della turbina, trovandosi ad operare in un gradiente di pressione avverso (la pressione aumenta durante l'avanzamento del flusso), ha numero di stadi molto maggiore di quello della turbina pur operando praticamente sullo stesso salto di pressione. I profili delle palette sono a bassa curvatura, per evitare il distacco della vena fluida ed ogni stadio consente un rapporto di compressione modesto. I primi stadi del compressore hanno le palette svergolate, cioè con un angolo di calettamento variabile dalla radice verso l'estremità per adeguare la direzione d'ingresso del fluido alla diversa velocità periferica.
La camera di combustione, o combustore, ha il compito di innalzare la temperatura del ciclo mediante il calore generato dalle reazioni di ossidazione del combustibile.
Per quanto riguarda i combustibili impiegati, bisogna tener conto che le turbine a gas sono motori a combustione interna in cui i gas combusti partecipano direttamente al ciclo termodinamico.
E’ pertanto necessario che i gas siano chimicamente e fisicamente non aggressivi, il combustibile adottato tradizionalmente è il gas naturale. Poiché la temperatura raggiunta dai gas combusti è limitata dalla resistenza dei materiali, la quantità di combustibile utilizzata è notevolmente inferiore a quella corrispondente ad una combustione stechiometrica dell'aria uscente dal compressore.
Nelle turbine a gas infatti il rapporto tra la quantità di aria effettiva rispetto a quella stechiometrica risulta essere compreso tra 2,5 e 3,5 per contenere l'aumento di temperatura nel combustore. Conseguentemente, il tenore di ossigeno presente nei gas combusti è assai elevato e rende possibile utilizzare lo scarico di tali gas come comburente in ulteriori processi di combustione.
La rimanente portata d'aria verrà introdotta nella zona secondaria, per completare l'ossidazione del combustibile a valle della zona primaria, e quindi nella zona di diluizione, per ottenere una temperatura dei gas combusti adeguata per l'ammissione in turbina.
Tutto ciò è realizzato da un “liner”, ovvero un cilindro forato, che contiene dapprima la fiamma e permette poi il passaggio dell'aira di diluizione attraverso i suoi fori.
Il liner è raffreddato al suo esterno dal flusso di aria di diluizione: ha quindi anche l'importante funzione di isolare termicamente la zona di fiamma dalle pareti esterne del combustore.
Il liner è dunque sottoposto ad intense sollecitazioni termiche, trovandosi a contatto con la fiamma: essendo realizzato in materiale metallico, necessita di un'azione raffreddante estremamente vigorosa da parte dell'aira di diluizione. La sua superficie è caratterizzata da fori e canalizzazioni che hanno lo scopo di aumentare lo scambio convettivo e di creare film e getti di aria fresca tale da mantenere la parete metallica a temperature sopportabili dal materiale.
Nell’animazione appunto, vediamo il trasporto e il posizionamento di un container contenete un turbogas su una piattaforma off-shore.
La turbina a gas in questione è tra le più usate nell’ambito navale di questo tipo ovvero una LM500 della General Electric.
Adesso passiamo ad analizzare quali sono i rendimenti di queste macchine e per fare ciò dovremmo ricordare il ciclo Joule, il ciclo di Carnot e quello di Brayton.
Impianto a turbogas
Si distinguono due soluzioni impiantistiche:
1 a circuito aperto a combustione interna
L’aria, prelevata a condizioni ambiente, è portata alla pressione massima nel compressore C, attraversa il combustore CC ove si raggiunge la temperatura massima. I gas caldi cedono energia alla turbina T e vengono scaricati alla pressione atmosferica.
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