برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

توربینهای گازی

 

مقدمه :

توربین گازی یك موتوراحتراق داخلی چرخشی ازخانواده توربوماشینهااست كه درذهن عموم

موتورجت هواپیما بعنوان پرمصرف ترین كاربردآن شناخته شده است اساسًا این نوع

موتوربااحتراق اختلاف هوای فشرده وسوخت وعبورماحصل آن ازیك سری دیسكهای چرخ ندة

توربین كارمی كند ك ه موجب بروز قدرت چرخشی یك شافت ویاایجاد نیروی عكس العمل

رانشی ویاتركیبی ازاین دوپدیده می شود .

بطور کلی توربینهای صنعتی را می توان به صورت زیر تقسیم بندی نمود:

( STEAM TURBINES ) ١- تورینهای بخار

توربینهای بخارآب قدیمی ترین توربینها درصنعت می باشند وازنیرو ی بخارآب برای

بحركت درآوردن توربینها استفاده می شود .

GAS,EXPANSIONTURBINE ٢- توربینهای گازی انبساطی

توربینهایی كه گازطبیعی بافشارو حرارت معینی وارد توربین شده به تیغه ها برخوردكرده

وسبب چرخش توربین می شود .

GAS COMBUSTION TURBINE ٣- توربینهای احتراقی

دراین توربینها مقداری گازطبیعی وهوای فشرده درمحفظه احتراق می سوزد ودراثرسوختن

حرارت ایجادشده حجم گاز زیاد می شود وگازباحجم زیادوفشارودرجه حرارت معین ی به

تیغه های توربین برخورد كرده وسبب چرخش توربین می شود .

٧٢ شركتره آوران فنون پتروشیمی اصول و ساختمان توربین های گازی ١٢

فصل اول : كمپرسور هوا

 

١سیكل اساسی توربین گازی : -١

پایه واس اس توربین گازی یك كمپرسورهوا – یك اتاق احتراق ویك توربین است كه پشت سرهم

وبه صورت سری دریك مجموعه قرارگرفته اند . شكل ساده آن در زیر رسم شده است . بدوًا

هوای ورودی فشرده می شود وسپس وارد اتاق احتراق می گردد . كه دراثرمكانیزم احتراق

همراه باسوخت موجب افزایش فشارودرجه حرارت هوا ( گاز) می شود . نهایتًا این گازدریك

توربین منبسط می شود كه موجب چرخش آن می شود . توربین كمپرسوررامی چرخاند ومازاد

انرژی آن به صورت عكس العمل رانشی یاقدرت مكانیكی وتلفیقی ازاین دودرانتهای شافت

خروجی ظاهرمی شود .

١- شکل ١

هرتوربین گازی برهمین اساس ولی بامتغیرهای متفاوت كارمی كند تعداد مراحل ویاآ رایش آن

می تواند تغییر كند ولی همواره مراحل فشارافزائی احتراق ( گرما افزائی ) ودرانتها انبساط سیال

( هوای داغ فشرده ) بدنبال هم وبه صورت همسان درتمامی تورینها موجب تولید قدرت

می شود . این مجموعه ممكن است ابتدا كمی پیچیده به نظربرسد ولی باتشریح موارد ضمن

آشنایی بااجزاء مختلف تمامی رفتارآن مشخص خواهد شد .

Fuel Com bustion

Compressor

 

٢اجزاء توربین گازی : -١

توربین گازی بانسبت عددی بالای قدرت به وزن ( درمقابل سایرانواع موتورهای احتراق داخلی )

عدم نیازبه آب قابل بهره برداری بدون حضورنیروی انسانی كنترل ازراه دورودارای توانای ی های

راه اندازی سریع است كه عدم حضورقطعات باحركت رفت وبرگشتی موجب كاهش هزینه تعمیرو

نگهداری وافزایش عمرآن می شود دری كجمله توربین گازی یك ماشین ساده وقابل توجه است .

كمپرسورهوا – اتاق احتراق وتوربین سرعنصراصلی یك توربین گازی است كاربرد

وانتظارازكارآیی دستگاه نوع ومشخصه آنراتعیین می كند برای افزایش قدرت خروجی وراندمان

درمقابل پیچیدگی افزایش وزن وهزینه مجموعه ممكن است تجهیزاتی دراشكال مختلف به آن

اضافه شود .

 

AIR COMPRESSOR : ٣كمپرسورهوا -١

دونوع كمپرسورهوا درتوربینهای گازی مورد استفاده قرارمی گیرد . این دونوع عبارتنداز:

١- گریزازمركز ( جریان شعاعی )

٢- جریان محوری

دركنارتوجه به راندمان اندازه وعمركمپرسورازعوامل مهم انتخاب انواع كمپرسوراست درمقام

مقایسه كمپرسورجریان محوری باكمپرسورجریان شعاعی ، قطركمپرسورجریان محوری

كوچكتروطول آن بیشترازكمپرسورجریان شعاعی است . هم محوری جریان سیال

دركمپرسورهای جریان محوری آنرابخصوص برای كاربرد درموتورهواپیما موثرترساخته است

ازطرف دیگركمپرسورجریان شعاعی درشرایط نامناسب عملیاتی عكس العمل نامناسب تری

ازخود نشان می دهد . هواپیما های بزرگ وموتورهای زمینی صنعتی تقریبًا وتمامًا

ازكمپرسورهای جریان محوری استفاده می كنند . بدلیل راندمان نسبتًا بالای كمپرسورهای

جریان شعاعی ونیزملاحظات ابعادی وهم چنین دربعضی اوقات درعملیات مدالهای صنعتی ازاین

كمپرسورها استفاده می شود .

جریان شعاعی) ) CENTRIFUGAL COMPRESSOR ٤كمپرسورهای گریزازمركز -١

این نوع كمپرسورها كه درهواپیماهای اولیه توربین بكارمی رفتند نسبت به كمپرسورهای جریان

محوری ازنظرساختمان ساده ترمی باشند .

یك كمپرسورگریزازمركز انرژی تامین شده ازطر یق محركه آنرابه سیال منتقل می كند . این

انرژی به سرعت سیال ، فشار سیال و یا تلفیقی ازاین دوتبدیل می شود . چگونگی تغییر وتبدیل

 

انرژی درتمامی كمپرسورهای گریزازمركز تقریبًا یكسان است . عامل تبدیل انرژی كه بوسیله

4 نمایش داده شده است. - موتوربه چرخش درمی آید پروانه نام دارد . كه انواع آن در شكل 1

٣ کمپرسور گریز از مرکز به همراه اجزای آن - شکل ١

بدوًا سیال پروانه رااحاطه می كند به محض چرخش پروا نه حركت چرخشی آن موجب چرخش

سیال می شود وانرژی جنبشی آن افزایش پیدانموده كه این انرژی درشیپوره یاحلزون بدنه

تبدیل به انرژی فشاری شده وعم ً لا دومؤلفه حركتی ازطریق پروانه به سیال تحمیل می شود .

٤ انواع پروانه در کمپرسور گریز از مرکز - شکل ١

نیروهای وارد بر سیال ، یكی درجهت شعاعی وموازی راستای تیغه سمت بیرون ازمركز پروانه

كه به نیروی گریزازمركزمعروف است ودیگری مماس ب رمحیط پروانه درنقطه نوك تیغه

 

سرعت خطی مطلق U٢

نوك تیغه

ودرجهت چرخش پروانه است . برآیند عملی این دومؤلفه سومی است كه سیال راباسرعت

وفشاروبازاویه معینی ازنوك تیغه پروانه خارج می كند . البته میزان افزایش سرعت دراین مقطع

به مراتب بیشترازافزایش فشاراست . شكل ذیل وضعیت مؤلفه های پیش گفته رانشان دهد .

همان مؤلفه گریزازمركز است كه دراصل معرف سرعت سیال (شرح جریان سیال ) نسبت به تیغه است : Vrel

است . V معرف سرعت خطی مطلق نوك تیغه است برآیند این دوسرعت سرعت مطلق سیال : U٢

٥ مولفه های سرعت روی پره - شکل ١

VOLUTE ٥شیپوره -١

اجازه بدهید لحظه ای به چگونگی وضعیت سیال درهنگام خروج از نوك تیغه های پروانه

برگردیم . جمع شدن سیال ازتمامی نقاط به اطراف پورانه رابیاددارید . همچنین به یادداردید كه

این سیال درجهتی خارج ازمركز پروانه به حركت درمی آید . هم اكنون باید به طریقی این سیال

پرانرژی ( جنبشی ) رابرای تبدیل به انرژی پتانسیل ازمجاری خاص به بیرون هدایت كنیم .

وظیفه این عمل به عهده بخشی ازپوسته است . پوسته طوری طراحی شده است كه دریك نقطه

Relative

نسبت به

پروانه

سرعت مطلق V

سیال

سرعت تانژانتی Vt

 

می گویند ، TONGNE OF COSING به نوك تیغه بسیارنزدیك است . این نقطه زبانه پوسته

شكل زیرطراحی عمومی یك پوسته رانشان می دهد

ازنقطه زبانه تانقطه خروجی ازپوسته سطح مقطع مجرای ورودی روبه افزایش است به طوریكه

شكل شیپوره رابه خودگرفته است . درهنگام چرخش پروانه سیال بلافاصله پس اززبانه پوسته به

سمت چپ درصورتیكه جهت چرخش پروانه عكس عقربه های ساعت باشد ازپر وانه خارج

می شود . این روند ادامه دارد كه به موجب آن سیال بیشترو بیشتری درحدفاصله پروانه وپوسته

جمع می شود و سپس از پوسته خارج می شود . در عبور از این مسیر بخش عمده ای VOLUTE

از انرژی جنبشی سیال به لحاظ ورود به سطح مقطع وسیعتر به انرژی پتانسیل ( فشار ) تبدیل

می شود .

٦- شکل ١

 

AXIAL COMPRESSORS ٦كمپرسورجریان محوری -١

گویند واین حركت بصورت یك خط مستقیم ( AXIAL MOTION ) حركت درطول یك محوررا

می باشد .

٧- شکل ١

كمپرسوری كه جریان گازرابموازات محورحركت دهد كمپرسورجریان محوری

گویند . AXIAL FLOW COMPRESSOR

٨- شکل ١

 

وهمچنین تعدادی تیغه ( STATOR BLADS ) این كمپرسورها دارای تعدادی تیغه ثابت

نصب ( CASING ) می باشند . تیغه های ثابت درون بدنه ( ROTOR BLADS ) متحرك

قراردارند وبامحورمی چر خند . توجه ( SHAFT ) می گردند و تیغه های متحرك برروی محور

كنید كه ترتیب قرارگرفتن تیغه ها بدین صورت می باشد كه یك ردیف تیغه متحرك دربین

دوردیف تیغه های ثابت قراردارد . ضمن اینكه هیچگونه تماسی بایكدیگرندارند .

تیغه های متحرك همانند پره های پنكه عمل می كنند وباعث افزایش فشار وسرعت هوا

می گردند دراثربرخور د هواباتیغه های ثابت هوا ازبین فاصله تیغه كه همانند پخش كننده عمل

می كنند عبوركرده ودرنتیجه كم شدن سرعت وافزایش فشارهواراحاصل می نمایند . پس

ازافزایش فشاردراین كمپرسورها بدین صورت است كه هوا رابتدریج به فضای تنگ تری

می رانند ودرنتیجه كم شدن حجم فشارهوا بالا می رود .

٩- شکل ١

 

Rolles – Royce ١٠ محور كمپرسور هوای توربین - شکل ١

شامل هفده ردیف تیغة متحرك

١١- شکل ١

 

٧انواع تیغه های كمپرسوجریان محوری : -١

ریشه تیغه های متحرك وتیغه های ثابت كمپرسورمعمو ً لا شبیه دم چلچله یانمونه های دیگری

است كه درشكل ذیل نمایش داده شده ،شیارهای مشابهی درمحیط دیسك ها وداخل بدنه

بخوبی دراین شیارها قرارمی گیرند ( BLADE ROOTS ) استاتورها ساخته شده كه ریشه تیغه ها

.

١٣- شکل ١

اسامی تیغه ها در ذیل آورده شده است

١- دم چلچله ای

٢- سه راهی

٣- ریشه صنوبری

٤- سه راهی معكوس

٥- ریشه صنوبری معكوس

٦- ته گرد

 

فصل دوم

ویژگیهای كمپرسورهواوسرج

SURGING

 

١ویژ گیهای كمپرسور: -٢

ویژگیهای مهم كاركرد كمپرسورعبارت است ازنسبت تراكم ، نرخ جریان هوا سرعت چرخشی

موتوریكدستگاه نسبت ًا نودارای توانایی های فیزیكی مع ینی است كه معمو ً لا شاخص بهترین وضعیت

طراحی آن توربین است . ازطرفی درجه حرارت وفشارهوای ورودی نقش مهمی دروضعیت

كاركردی نهایی كمپرسوربازی می كند . بنابریان این برای ارزیابی وضعیت كمپرسوردرشرایط

عملیاتی مختلف انتخاب یك مأخذ معین ضروری است . تشریح وضعیت كلی عملیاتی كمپرسور

درگیر و تحلیل یك سری اعداد وارقام یامنحنی های خاص است .

بدین ترتیب ارزیابی شرایط عملیاتی مختلف كمپرسورپس ازانجام محاسبات وتبدیل آن به

شرایط معادل شرایط استاندارد مأخذ ( كه به آن نرخ جریان معادل ، سرعت معادل ) گفته

( PER FERMANCE CURVE ) می شود ازمنحنی های موسوم به منحنی كاركرد كمپرسور

قابل دسترسی است .

 

دركمپرسور: ( SURGING ) ٢سرج -٢

فرض كنید یك كمپرسوردرسیستم بزرگی كه احتیاج به حجم هوای زیاد دارد تعبیه شده است

چون این كمپرسوربه منظور تهیه هوا درنظر گرفته شده درلحظه استارت مقداركمی مقاومت

درقسمت خروجی هوا ایجاد می گردد . همین مقاومت كم درقسمت خروجی كمپ رسورظرفیت

آنرادرلحظه اول استارت بالامی برد .

زمانیكه كمپرسورهوا رابطرف سیستم می فرستد ولی سیستم پرباشد ، احتیاج سیستم به

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :