Energy Engineering - Energy Conversion A

Test di fine Modulo 3: progettazione di turbine assiali

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Test di fine Modulo 3: progettazione di turbine assiali 1 Si confrontino due stadi di turbina assiale denominati A e B. Entrambi elaborano la stessa portata dello stesso fluido tra le stesse condizioni in ingresso ed uscita. Inoltre i due stadi s ono dimensionati con gli stessi triangoli di velocità. Lo stadio B ha altezze di pala che sono il doppio dello stadio A. Quale è il rapporto tra le velocità di rotazione dello stadio B rispetto allo stadio A? (1 punto) 2 4 0.5 0.25 2 Quale è il fenomeno fluidodinamico irreversibile che è la principale causa delle perdite chiamate tridimensionali in un stadio di turbina assiale con pale prismatiche? (1 punto) Distacchi di vena e turbolenza dovuti ad angoli di incidenza non ottimizzati Formazione di moti radiali causati da elevati angoli di flaring Aumento del passo interpalare all’apice della palettatura e conseguente mancato controllo della vena fluida Lavoro Euleri ano non costante lungo il raggio risolvibile con un progetto secondo il metodo del vortice libero 3 Quale è la differenza tra le due palettature il cui profilo è mostrato in figura? (1 punto) Variazione del numero di Mach lungo il canale interpalare La complessità del fluido elaborato Il grado di reazione dello stadio Nessuna delle altre risposte 4 Considerando la seguente figura quale delle affermazioni sotto riportate è FALSA. (1 punto) La pressione del fluido elaborato influenza la forza dFc La variazione di sezione della palettatura influenza la forza dFc Il diametro medio influenza la forza dFc La dire zione della forza dFc è quella lungo la quale si ha la maggior sollecitazione per una turbina operante con un fluido a bassa densità 5 Uno stadio di turbina assiale elabora 13kg/s di un gas perfetto avente MM=50kg/kmol e cp/cv=1.3. Le condizioni di pressio ne e temperatura in ingresso sono rispettivamente di 10 bar e 400°C mentre il rapporto di espansione è pari a 3. Quale può essere un valore opportuno di velocità di rotazione ottima dello stadio? (1 punto) circa 20000 RPM circa 10000 RPM circa 3000 RPM circa 1500 RPM 6 Una portata di elio (MM=4kg/kmol) viene espansa in una turbina assiale da una temperatura pari a 900°C e con un rapporto di pressioni pari a 6. Si progetta la macchina con stadi aventi grado di reazione 0.5 con s chiere subsoniche. Quanti stadi sono necessari? (1 punto) Sono necessari più di 12 stadi Sono necessari dai 6 ai 10 stadi Sono sufficienti dai 2 ai 4 stadi È sufficiente un solo stadio 7 In figura sono rappresentate le palett ature che si possono trovare a diversi raggi lungo l'altezza di una pala di un ultimo stadio di una turbina a vapore. In che ordine sono rappresentate? (1 punto) diametro medio, base, apice apice, diametro medio, base diametro medio, apice, base apice, base, diametro medio 8 In un ugello convergente -divergente in blocco sonico, la portata massica aumenta se: (1 punto) aumenta la pressione totale all'ingresso dell'ugello diminuisce la pressione totale allo scarico dell'ugello aumenta la temperatura totale allo scarico dell'ugello diminuisce la sezione di gola 9 In una turbina a gas aeroderivativa, l'albero di alta pressione è: (1 punto) più veloce dell'albero di bassa pressione a causa della maggior densità del fluido connesso al generator e elettrico più lento del l'albero di bassa pressione per evitare instabilità al combustore più veloce dell'alber o di bassa pressione per ridurre i tempi di permanenza nella camera di combustione 10 Si vuole progettare uno stadio di turbina assiale che espanda una portata di elio da una temperatura di 500°C e che elabori un rapporto di espansione pari a 3. Il grado d i reazione scelto per lo stadio è 0.2. Quale delle seguenti affermazioni è vera? (1 punto) Lo stadio avrà problemi legati alle elevate perdite di energia cinetica allo scarico Lo statore richiederà canali interpalari convergenti divergenti a causa delle elevate velocità supersoniche allo scarico L’elevato calore specifico massico permette di progettare uno stadio con bassi coefficienti di carico L’assenza di effetti di gas reale comporta maggiori problemi legati alle perdite secondarie. 11 Quale di queste affermazioni riferite ad uno stadio di turbina assiale è corretta: (1 punto) Ridurre il grado di reazione dello stadio permette di limitare gli angoli di flaring al rotore le problematiche relative ai flussi super sonici in ingresso allo stadio sono risolvibili utilizzando canali interpalari convergenti -divergenti scegliere la velocità periferica al diametro medio pari a 350 m/s permette sempre d i limitare gli effetti fluidodinamici irreversibili i triangoli a reazione possono raggiungere rendimenti maggiori e quindi è possibile utilizzarne un minor numero per realizzare una es pansione ad alto rendimento 12 Si consideri una turbina assiale multistadio che operi con un rapporto di espansione pari a 4 e vicina alle condizioni di blocco sonico. In una certa condizione di funzionamento il rapporto di espansione raddoppia per effetto del solo aumento della pressione all’ingresso, come varia la portata elaborata? (1 punto) Più che raddoppia rispetto a quella di nominale Raddoppia rispetto a quella nominale È uguale a quella nominale È la metà di quella nominale La prima risposta è quella corretta