Ulepszona konstrukcja turbiny gazowej zwiększa wydajność i redukuje hałas
Turbiny gazowe używane do wytwarzania energii elektrycznej oraz w domowych kotłach do ogrzewania budynków stają się z biegiem lat bardziej ekologiczne. Jest to możliwe dzięki zmieszaniu paliwa z nadmiarem powietrza przed spaleniem, co powoduje zmniejszenie temperatur płomienia i redukcję emisji zanieczyszczeń. Jednakże ta ekologiczna technologia jest podatna na zjawisko zwane „niestabilnością spalania”, które może prowadzić do zwiększenia poziomów hałasu, a czasem nawet do uszkodzenia silników. Naukowcy uczestniczący w finansowanym przez UE projekcie TANGO (Thermoacoustic and Aeroacoustic Nonlinearities in Green combustors with Orifice structures) pracowali nad metodami rozwiązania problemów z niestabilnym spalaniem. „W ramach badań w projekcie TANGO chcieliśmy zrozumieć interakcje fal akustycznych i termoakustycznych, które w znacznym stopniu wpływają na niestabilność spalania w systemach, takich jak turbiny gazowe i domowe kotły grzewcze” – mówi Maria Heckl, koordynator projektu TANGO. Niestabilne spalanie może powodować silne drgania w silniku. W efekcie mogą one wywołać nadmierne drgania strukturalne, zmęczenie materiału w niektórych częściach silnika, a nawet poważne uszkodzenie elementów konstrukcyjnych komory spalania. „Istnieje pilna potrzeba zrozumienia procesów fizycznych, które są odpowiedzialne za niestabilność spalania, aby można było stworzyć metody przewidywania i zapobiegania temu zjawisku” – mówi Heckl. Aby osiągnąć ten cel, w ramach projektu opracowano system wczesnego ostrzegania, który potrafi wykryć oscylacje związane z niestabilnością spalania zanim osiągną one niebezpiecznie wysoki poziom. System wczesnego ostrzegania został właśnie opatentowany i jest sprzedawany przez partnera projektu TANGO, firmę IfTA, pod nazwą „IfTA PreCursor”. Celem drugiej części projektu było uniknięcie niestabilności spalania w szczególności w domowych kotłach grzewczych, które zazwyczaj posiadają wymiennik ciepła w komorze spalania. Naukowcy opracowali modele teoretyczne, które nie tylko pokazują, że wymiennik ciepła o odpowiednio dobranych parametrach może przeciwdziałać niestabilności spalania, ale stanowią również narzędzie do przewidywania optymalnych ustawień wymiennika ciepła. Heckl przewiduje, że firma Bekaert – jeden z partnerów projektu TANGO – wykorzysta te modele do stworzenia nowej generacji domowych kotłów grzewczych, które będą ciche i odporne na niestabilność spalania. Projekt przyczynił się także do poszerzenia wiedzy naukowej na temat innych aspektów, na przykład sposobu, w jaki płyty z mikroperforacją współdziałają z falami dźwiękowymi i czy można je stosować w celu zmniejszenia poziomu hałasu podczas niestabilności spalania. Ponadto w ramach projektu poruszono również temat równości płci w świecie nauki. Spośród 15 uczestników w projekcie brały udział cztery kobiety. Wszyscy naukowcy przeszli szkolenie podnoszące poziom świadomości w dziedzinie równości płci. Wyniki projektu TANGO zostały opublikowane w wielu pismach naukowych i przedstawione na konferencjach międzynarodowych. Uczestnicy projektu oczekują, że kwestie poruszone w projekcie zostaną podjęte przez naukowców zajmujących się konkretnymi pytaniami badawczymi. Mimo że projekt już się zakończył, Heckl ma nadzieję na kontynuację badań. „Projekt TANGO okazał się sukcesem, a koordynowanie nim było przyjemnością. Obecnie planuję rozpocząć podobny projekt, aby pogłębić naszą wiedzę z zakresu aeroakustyki i przyczynić się do redukcji hałasu środowiskowego. Będę również w dalszym ciągu zachęcała kobiety do liczniejszego zaangażowania w nauki ścisłe” – podsumowuje.
Słowa kluczowe
TANGO, niestabilność spalania, turbiny gazowe, silniki, kotły, efektywność energetyczna, hałas, generatory energii elektrycznej
