Raffreddamento rigenerativo compressore turbofan


#1

Esula un po’ dall’astronautica, ma mi domando se sia mai stato realizzato un raffreddamento rigenerativo degli ultimi stadi di palettatura statorica del compressore assiale in un turbofan utilizzando il combustibile successivamente inviato al combustore. Sarebbe fattibile con dei microcanali interni alle palette.
Il vantaggio sarebbe duplice: ridurre la temperatura dell’aria (incrementando la densità e di conseguenza la massima spinta, o riducendo di uno stadio il compressore mantenendo la stessa spinta in quota) e preriscaldare il combustibile a temperature relativamente alte, il che migliora la combustione e incrementa l’efficienza.


#2

non lo so
esiste uno sviluppo

http://www.verticale.net/sviluppo-di-un-compressore-rigenerativo-a-8794


#3

Ti ringrazio per la segnalazione ma non è pertinente, parlo di un raffreddamento rigenerativo, l’articolo parla di tutt’altro.


#4

sono medico, un po’ d’ignoranza mi sia concessa :smiley:


#5

un problema che mi viene in mente potrebbe essere: come combattere la forza centrifuga che agisce sul combustibile all’interno delle pale?


#6

Ehm, parla di statorica… :blush:


#7

se interpreto correttamente quanto scritto da arkanoid, l’idea sarebbe di fare circolare il combustibile all’interno delle palette dello statore della turbina di un turbofan.

per chiarezza, facendo riferimento a quanto mostrato su questa pagina pubblicata sul sito dell’Università degli Studi di Trento, lo schema semplificato di un turbofan è il seguente:

per quanto riguarda i flussi che vengono trattati dal compressore e dalla turbina, l’immagine seguente mostra che parte del compressore e parte della turbina, con le relative palette, ruotano in modo solidale con l’asse del motore, ma ci sono anche componenti, sia del compressore che della turbina, che sono le palette che compongono gli statori (del compressore o della turbina), solidali con il telaio del motore e quindi NON soggette a rotazione.

edit: riscritto un po’ meglio :flushed:


#8

Un motore a getto è composto da uno stadio di aspirazione e compressione dell’aria, uno stadio in cui viene iniettato e bruciato il combustibile, uno stadio in cui parte dell’energia viene prelevata con delle turbine che servono sia a muovere il compressore sia ad alimentare organi meccanici (se richiesto), e lo stadio finale che consiste nel diffusore del getto che produce la spinta. A seconda di come viene trasferita la velocità tra gli stadi rotorici e quelli statorici sono macchine ad azione o a reazione, ma sono dettagli.

Comprimendo l’aria questa si scalda. Visto che la quantità di combustibile che può essere bruciata dipende dalla massa di aria disponibile e che più l’aria è calda meno è densa, raffreddare l’aria consente di bruciare più combustibile.

Sono macchine in cui c’è una palettatura sul rotore, che gira, ed una parte sullo statore (l’involucro) che è fissa. La palettatura fissa (statorica) del compressore si riscalda a 200-250°C negli ultimi stadi (dipende da motore a motore ma come ordine di grandezza). E’ intuitivo immaginare che corrisponda alla compressione dell’aria nei motori alternativi con compressore (turbo). Quelli moderni hanno tutti l’intercooler per lo stesso motivo.
Ricavare canali all’interno consentirebbe di far transitare il combustibile abbassandone la temperatura. Al tempo stesso iniettare il combustibile magari a 80, 90°C migliora la miscelazione e l’avaporazione nell’aria che deve avvenire prima della combustione in una frazione di secondo.

La palettatura della turbina è sottoposta a temperature estremamente superiori ed è raffreddata in vario modo, principalmente utilizzando parte dell’aria compressa dal compressore ed iniettandola dall’interno delle palette fnio a fuoriuscire da piccoli buchi sul bordo di attacco delle pale, in modo che lambisca la superficie della pala stessa raffreddandola. Mi sembra troppo sollecitata per resistere ad un delta così alto tra un liquido a 10°C e un fluido a 1600°C. Sono cose un po’ complicate, tralasciando i concetti tecnologici, il mio punto di riflessione è termodinamico.
Se può costituire un vantaggio enegetico rilevante operare questa soluzione, che comporterebbe un aggravio di peso e di rischio, in cambio di un miglioramento dell’efficienza magari di 1 punto percentuale. Come dicevo poter raffreddare l’aria potrebbe anche consentire di ridurre di uno stadio il compressore che potrebbe bilanciare in parte l’aumento di peso del resto dell’attrezzatura.


#9

Si potrebbe pensare anche a quella rotorica. In realtà potrebbe non essere affatto un limite e a seconda di come si studia la circuitazione il compressore potrebbe essere utilizzato per pressurizzare il combustibile. I problemi che vedo sono altri:

  • Il collegamento tra l’adduzione al rotore e tra il rotore ed il combustore è tra una parte fissa ed una rotante. Vista la temperatura una perdita (sarebbe praticamente certa) potrebbe risultare in un’accensione di una parte della miscela al di fuori del combustore.

  • Il regime di rotazione è molto elevato. Uno sbilanciamento dovuto per esempio alla formazione di una bolla di vapore produrrebbe forze rilevanti sui cuscinetti, sui supporti oltre che su tutto ciò che sta ruotando.


#10

In realtà hai postato una cosa interessante