Análise e projeto de otimização de uma turbina axial a vapor com duas fileiras...

O presente trabalho pretende projetar e otimizar uma turbina axial do tipo impulso, a vapor com duas fileiras de palhetas móveis. Para isso, estabeleceu-se um ciclo Rankine ideal para geração de energia elétrica. Além disso, para identificar e estudar as variações dos resultados de acordo com a pressão de entrada, escolheu-se quatro casos diferentes, cada um com uma pressão específica na entrada da turbina. Uma análise de viabilidade dos parâmetros de entrada foi realizada, assim como um roteiro de cálculo e otimização para o projeto. Para os cálculos termodinâmicos e a otimização em si, utilizou-se um software de cálculo chamado Engineering Equation Solver (EES). A otimização foi feita a partir do cálculo das perdas na turbina, estabeleceu-se um valor inicial e seguiu-se com o cálculo das demais variáveis e, por fim, um resultado inicial da eficiência da turbina. Assim, esse resultado de eficiência foi iterado com as perdas na turbina afim de obter uma eficiência ótima para o projeto. Os resultados mostraram que independente da pressão de entrada existe um intervalo para o coeficiente característico que resultará na maximização da eficiência total da turbina. É importante também ressaltar que o método de otimização utilizado pelo software é o de “Quadratic Approximations” com limites definidos pelo usuário. Por fim, pesquisas futuras podem levar em consideração modelos de perda mais recentes, além de um método de cálculo mais preciso e aperfeiçoado por modelos computacionais modernos.

Título em Inglês

Analysis and optimization project of a vapor axial turbine with two rows of moving blades

Palavras-chave em Inglês

Axial turbines
Optimization
Turbine losses
Losses models
Turbomachinery
Turbine efficiency
Vapor turbines

Resumo em Inglês

This present paper has a purpose to design and optimize a vapor axial turbine with two rows of moving blades. For that purpose, an ideal Rankine cycle that would produce electrical energy was proposed. Furthermore, to identify and study the results dependence on the inlet pressure, four different cases were chosen and each one with a specified inlet pressure on the turbine. An analysis of feasibility was carried on those inlet parameters, as well as a flowchart optimization model. The thermodynamics calculations and the optimization itself was carried out on the Engineering Equation Solver (EES) software. Moreover, the optimization was based on the turbine losses calculations, initially pre-selected parameters were used to determine the different variables of the problem and, in the end, an initial value for the turbine efficiency. Thus, this efficiency result was iterated along with the turbine losses to acquire an optimal efficiency design. The results showed that there is a characteristic coefficient interval that result the maximization of the turbine efficiency no matter what are the inlet pressure (for practicable pressures). It is important to emphasize that the optimization method used by the software were the “Quadratic Approximations” with limits defined by the user. Lastly, further investigations may take into consideration more recent loss models, in addition to a more precise calculation method and modern computational models.

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Data de Publicação

2017-11-28

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