مقاله توربین گازی

دانلود مقاله توربین گازی Gas turbine paper
فصل اول
کلیات و اجزاء توربین گاز
1-1- توربین گاز:
توربین گاز از لحاظ مراحل کار و نحوه عملکرد؛ شباهت زیادی با موتورهای احتراق داخلی دارد:
اولا: چهار مرحله مکش؛ تراکم؛ احتراق و انبساط (قدرت) و تخلیه در توربینهای گاز صورت می‌گیرد منتهی در موتورهای احتراق داخلی؛ این مراحل؛ در هر یک از سیلندرها ولی به ترتیب انجام می‌شود؛ در حالیکه در توربین‌های گاز؛ در یک از مراحل فوق الذکر در قسمت خاصی از واحد گازی در توربین‌های برای همان منظور در نظر گرفته شده است؛ صورت می‌گیرد. مثلا: تراکم همواره در یک قسمت و احتراق همواره در یک قسمت دیگر در حال انجام است.
ثانیأ: در توربین‌های گاز نیز؛ این انرژی شیمیائی نهفته در سوخت های فسیلی است که نهایتأ بصورت انرژی مکانیکی (گشتاور) ظاهر می گردد.
و ثالثأ: در توربین‌های گاز نیز سیال عاملی که باعث چرخش محور می گردد ؛ گاز داغ (هوای فشرده محترق ) می باشد؛ و همین وجه تسمیه توربین‌های گازی می‌باشد.
مطالب فوق؛ با توضیح اجزاء توربین گاز؛ و ترتیب انجام کار در این نوع واحد تولید انرژی مکانیکی روشنتر خواهد شد.

اجزاء توربین گاز عبارتند از:
1-1-1ـ کمپرسور
1-1-2ـ اتاق احتراق
1-1-3ـ توربین
ترتیب قرار گرفتن اجزاء فوق ؛ در رابطه با یکدیگر در شکل زیر بوضوح پیدا است :

شکل (1-1): اجزاء اصلی ساختمانی توربین گاز

از اجزاء فوق کمپرسور؛ همواره وظیفه مکش و متراکم کردن هوا را بعهده دارد. هوای متراکم به اتاق (اتاقهای) احتراق ؛ هدایت شده و در اتاق احتراق با پاشیده شدن سو خت و ایجاد جرقه (البته ایجاد جرقه تنها در ابتدای احتراق لازم است و پس از برقراری شعله ؛ به علت بالا بودن در اتاق احتراق ؛ شعله حفظ می گردد)؛ محترق می گردد. گاز داغ حاصل از احتراق هوای متراکم در اتاق احتراق؛ روی پرده های توربین هدایت می شود و با به گردش در آوردن توربین؛ انرژی مکانیکی لازم برای چرخاندن بار متصل به توربین را تامین می کند. ما حصل احتراق ؛ پس دادن انرژی خود به خود به توربین؛ از طریق اگزوز به آتمسفر تخلیه می‌گردد. با مقایسه ترتیب کار در توربین گاز با ترتیب کار در موتوری احتراق داخلی ؛ مشاهده می شود که توربیت های گاز از نظر اساس کار ؛ چیز جدیدی نیستند و تنها از نظر ساختمان و نحوه عمل ؛ تفاوتهایی با موتورهای احتراق داخلی پیدا می کنند. در شکل )1-2) ؛ نمای کلی جانبی یک نوع توربین گاز؛ (AEG ؛ ساخت آلمان؛ با قدرت 25 مگاوات ( برای آشنایی با ترتیب قرار گرفتن اجزاء مختلف ؛ در توربیثن های گاز ؛ نشان داده شده است .

شکل (1-2) : نمای کلی جانبی یک توربین گاز AEG

1-1-1- کمپرسور:
کمپرسور استفاده شده در توربینهای گاز صنعتی (توربین های گاز که برای تولید برق بکار برده می شوند)؛ معمولأ از نوع جریان محوری می باشند؛ به این معنی که هوا در امتداد محور کمپرسور با رانده شدن بطرف جلو و کم شدن سطح مقطع فشرده می‌شود. این نوع کمپرسورها می‌توانند حجم هوای بسیار زیادی متراکم کنند. نیروی محرکه کمپرسور در واحدهای گازی؛ در ابتدای راه اندازی؛ توسط موتور راه نداز (دیزلی یا الکتریکی) و پس از خود کفا شدن توربین؛ توسط نیروی گشتاوری خود توربین تامین می شود. (زیرا توربین و کمپرسور هم محور هستند) و حدودا دو سوم از نیروی گشتاوری توربین صرف گرداندن کمپرسور و تنها آن صرف گردش بار وصل به محور توربین میشود.
علت اصلی استفاده از کمپرسور؛ در توربین های گاز ؛ تامین هوای فشرده برای سیستم احتراق می‌باشد؛ لکن یکسری انشعابهای فرعی نیز از بعضی مراحل کمپرسور گرفته می شود که معمولا فشار کمتری از خروجی کمپرسور دارند. موارد استفاده این انشعابها عبارتند از:
– کنترل شیرهای بخصوص بنام بلید والو که وظیفه تنظیم هوای کمپرسور در دور متغیر را بعهده دارند.
– آب‌بندی یا تاقانها (یاتاقانهای اصلی توربین گاز) و کنترل شیرهای هوایی (شیرهایی که توسط هوای فشرده کنترل می شوند).
– خنک کردن قسمت های مختلف توربین که در مسیر عبور گاز داغ هستند .
– اتمیزه کردن (پودر کردن ) سوخت مایع – جهت بهتر مخلوط شدن آن با هوا در اتاق احتراق و در نتیجه احتراق بهتر.
کمپرسورهای جریان محوری از تعدادی پره های ثابت و متحرک تشکیل شده اند که به صورت مراحل پشت سر هم در طول محور قرار گرفته‌اند. (هر مرحله شامل یک چرخ پره ثابت و یک چرخ پره متحرک می باشد) تعداد مراحل کمپرسور به فشار خروجی تقاضا شده و حجم آن به دبی (حجم هوای عبوری در واحد زمان) تقاضا شده بستگی دارد. هوا در مسیر عبور خود از ورودی به خروجی کمپرسور؛ بین پره‌های ثابت و متحرک تبادل می‌شود تا به شرایط مطلوب به خروجی برسد. کار پره‌های ثابت؛ دادن زاویه صحیح به هوا و تبدیل سرعت به فشار می باشد؛ در حالیکه و وظیفه پره‌های متحرک دادن سرعت به هوا و راندن آن بطرف جلوی کمپرسور می باشد. کمپرسور؛ با یک مرحله پره‌های ثابت شروع می شود که در بعضی از توربین‌های گاز؛ زاویه این پره ها قابل تنظیم می‌باشد و در ابتدای راه اندازی که کمپرسور توان عبور دادن حجم هوای زیاد را ندارد؛ هوا توسط این پره ها ی قابل تنظیم ؛ تحت زاویه بسته به کمپرسور وارد می‌شود و پس از رسیدن به حدود دور نهایی گ زاویه پره های مزبئر باز می‌شود. در این صورت به پره های مزبور پره های هادی ورودی کمپرسور می‌گویند.
در دور ثابت؛ به علت راندن هوا به جلو توسط کمپرسور؛ طبق قانون سوم نیوتن (که هر عملی؛ عکس العملی دارد؛ مساوی و مختلف الجهت با آن)؛ یک نیرو به طرف عقب به محور کمپرسور وارد می‌گردد؛ برعکس در دور متغییر مثلا هنگام از کار اندازی واحد؛ بعلت کاهش ناگهانی حجم سیال و سرعت آن؛ نیرویی به طرف جلو به کمپرسور وارد می‌شود. این نیروها که در جهت محور هستند بنام نیروی تراست معروف می‌باشند و توسط یاتاقانهای تراست (که مخصوص تحمل نیروهای محوری هستند) خنثی می‌شوند .
در شکل (1-3)؛ مقطع طولی محور یک کمپرسور جریان محوری با پره‌های متحرک که روی آن سوار شده‌اند؛ نشان داده شده است. ( کمپرسور مزبور متعلق به واحد 85 مگاواتی میتسوبیشی بوده دارای 17 مرحله می‌باشد).

فهرست مطالب
* فصل اول
* کلیات و اجزاء توربین گاز
* ۱-۱- توربین گاز
* ۱-۱-۱- کمپرسور
* ۱-۱-۲- سیستم احتراق
* ۱-۱-۲-۱- محفظه احتراق
* ۱-۱-۲-۲- نازل سوخت
* ۱-۱-۲-۳- جرقه زن
* ۱-۱-۲-۴- شعله بین
* ۱-۱-۲- ۵ – لوله های مرتبطه شعله
* ۱-۱-۲-۶- قطعه انتقال دهنده گاز داغ
* ۱-۱-۳- توربین گاز
* ۱-۲- اجزاء فرعی توربین گاز
* ۱-۲-۱- اجزاء راه‌انداز
* ۱-۲-۲- جعبه دنده
* ۱-۲-۳- کوپلینگ
* ۱-۲-۴- کلاچ‌ها
* ۱-۲-۵- یاتاقانها
* ۱-۱- یاتاقان تراست با بار
* ۱-۲- یاتاقان تراست بی‌بار
* ۱-۲-۶- اجزاء دیگر
* ۱-۳- سیستمهای فرعی توربین گاز
* ۱-۳-۱- سیستم روغنکاری
* ۱-۳-۲- سیستم آب خنک کن
* ۱-۳-۳- سیستم سوخت توربین های گازی
* ۱-۳-۴- سیستم هوای خنک کن
* ۱-۴- کنترل و حفاظت توربین گاز
* ۱-۵- مزایا و معایب توربین گاز
* مـراجـع فـصـل اول
* فصل دوم
* سیکل ترمودینامیکی توربین گاز
* ۲-۱- ‌نگرش کلی بر توربینهای گاز
* ۲-۲- مقایسه نیروگاه گازی با نیروگاههای دیگر
* ۲-۳- فرآیند توربینهای گاز
* ۳-۳- سیکل استاندارد هوایی (براتیون)
* ۲-۵- نسبت فشار برای حداکثر کار خالص ویژه سیکل نظری
* ۲-۶- سیکل عملی براتیون
* ۲-۷- راندمان محفظه احتراق
* ۲-۸- بازده پلی تروپیک
* ۲-۹ـ تعیین معادله راندمان پلی تروپیک
* ۲-۱۰- نسبت فشار برای حداکثر کار خروجی در سیکل عملی توربین گاز
* ۲-۱۱- نسبت فشار برای حداکثر راندمان حرارتی سیکل عملی
* مـراجـع فـصـل دوم
* فصل سوم
* روشهای افزایش قدرت و راندمان توربین گاز
* ۳-۱- توربین گاز با بازیاب
* ۳-۱-۱- توربین گاز همراه با بازیاب حرارتی (مبدل حرارتی)
* ۳-۱-۲- روش تولید بخار با استفاده از بویلرهای بازیاب
* ۳-۲- سیکل توربین گاز با گرم‌کم مجدد
* ۳-۳- توربین گاز با تزریق بخار
* ۳-۳-۱ـ توربین گاز با تزریق بخار به ورودی توربین گاز
* ۳-۴- توربین گاز با خنک‌کاری
* ۳-۴-۱- خنک‌کاری میانی
* ۳-۴-۲- خنک‌کاری بوسیله پاشش آب به ورودی کمپرسور
* ۳-۴-۳- خنک‌کاری هوای ورودی به توربین بوسیله سیستم ذخیره یخ
* ۳-۴-۴- خنک کاری هوای ورودی به کمپرسور به وسیله چیلر تراکمی
* ۳-۴-۵- خنک کاری هوای ورودی به کمپرسور به وسیله چیلر جذبی
* ۳-۵- ‌مقایسه‌کلی روشهای موجود وانتخاب روشهای مفیدبه منظورافزایش قدرت خروجی ازتوربین‌گاز
* مـراجـع فـصـل سـوم
* فصل چهارم
* فعالیتهای انجام شده در زمینه سیستم Fog
* ۴ـ۱ـ Mee Industries Inc
* ۴ـ۲ـ Henry Vogt
* ۴ـ۳ـ Premier Industries Ins
* فصل پنجم
* اثرات سرمایش هوای ورودی بر روی اجزای سیستم توربین گاز
* ۵-۱- تاثیر سرمایش هوا بر روی کمپرسور توربین گاز
* ۵-۱-۱- دمای خروجی از کمپرسور
* ۵ـ۱ـ۲ـ کار کمپرسور
* ۵-۱-۳- نسبت فشار
* ۵-۱-۴- شرایط کارکرد
* ۵-۱-۵- افت دما در رابطه مافوق صوت
* ۵-۲- تاثیر سرمایش هوا بر روی اتاق احتراق
* ۵-۳- تاثیر سرمایش هوا بر روی توربین
* ۵-۳-۱- دمای خروجی از توربین
* ۵-۳-۲- کار خالص توربین
* ۵-۴- تاثیر سرمایش بر روی راندمان کلی توربین گاز
* ۵-۵- عوارض جانبی و عوامل تاثیر گذار بر تور بین گاز
* ۵-۵-۱- تاثیر ارتفاع
* ۵-۵-۲- افت فشار ورودی
* فصل ششم
* روش Fog
* ۶-۱-‌ پروژه افزایش قدرت واحد گازی با استفاده از سیستم خنک کننده Fog
* ۶-۲- معیارهای انتخاب برای سیستم های خنک کن ورودی
* ۶-۴- تولید Fog
* ۶-۴-۱- توزیع اندازه ذرات
* ۶-۵- ملاحظات خوردگی در کمپرسورهای توربین گاز
* ۶-۶- نحوه توزیع Fog فاکتور موثر بر تبخیر
* ۶-۷- نازلها، پمپها و سایر تجهیزات
* ۶-۸- سیستم کنترل
* ۶-۹- مکان نازلها در توربین گازی
* ۶-۱۰- کیفیت آب مصرفی
* ۶-۱۱- لیست نیازها و موارد نگهداری سیستم Fog توربین گازی
* ۶-۱۲- نمودار رطوبت سنجی پاشش ورودی
* ۶-۱۳- شرایط محیطی و قابلیت کاربرد پاشش Fog در ورودی
* ۶-۱۴- بررسی امکان استفاده از سیستم Fog در نواحی مختلف آب و هوایی
* ۶-۱۵- تخمین کل هزینه‌های سرمایه‌گذاری نخستینی سیستم Fog
* ۶-۱۶- مطالعات و آزمایشهای انجام شده
* فصل هفتم
* فشار ضعیفFog
* فاگ فشار ضعیف
* ۷-۱- زمینه اولیه
* ۷-۲- Fog فشار قوی
* ۷-۳- نحوه قرار گیری نازلها در فاگ فشار ضعیف
* ۷-۴- عوامل فیزیکی
* ۷-۵- انجام عملی
* ۷-۶- نازلهای فاگ فشار ضعیف
* ۷-۷- PACT (افزایش قدرت به وسیله تکنولوژی خنک سازی هوای ورودی)
* ۷-۸- دلایل نصب سیستم خنک کننده در ورودی آن
* ۷-۹- کاهش NOx
* ۷-۱۰- سیستم فاکینگ PACT
* ۷-۱۲- محاسبه نمونه
* ۷-۱۳- دلایل اقتصادی فاگ فشار ضعیف
* ۷-۱۴-نمونه ای از میزان بهره(سود) برای ۵ طرح اجرا شده در هلند
* مـراجـع فـصـل پنـجـم و شـشـم و هـفتـم
* ضمائم وپیوستها