تحقیق در مورد آشنایی با توربین های گازی

بخشی از مقاله

بخش اول
1-تاريخچه
طراحي توربين گازي، به اوائل قرن نوزدهم بر مي گردد. اولين توربين گازي را استولز آلماني در سال 1872 ساخت. اين توربين خيلي شبيه به توربينهاي امروزي بود اما بعلت پايين بودن راندمان آن، قادر به چرخاندن چيزي جز كمپرسور نبود. در آن زمان پيشرفتهاي قابل توجهي در توربينهاي بخاري و موتورهاي پيستوني صورت گرفته بود و از طرف ديگر به علت عدم اطلاع از دانش آيروديناميك و عدم گسترش دانش متالوژي در ايجاد آلياژهاي مقاوم به حرارت و تنش، توربينهاي گازي راندمان پايين نداشتند و توان رقابت با موتورهاي ديگر را نداشتند، بنابراين انگيزه اي براي تحقيقات بيشتر ايجاد نمي شد.

با گسترش جنگ جهاني دوم و نياز به پرواز هواپيماها با سرعت صوت و بالاتر، قوي ترين انگيزه در ايجاد و ساخت توربينهاي گازي براي صنعت هواپيمايي موجود آمد. با افزايش اطاعات در دانش آيروديناميك و ساخت آلياژهاي مقاوم به حرارت، بالاخره در سال 1933، دكتر ماير به كمك كمپاني براون باوري، پر راندمان ترين توربين گازي صنعتي را ساخت. راندمان اين توربين 18 درصد بود. تحقيقات گسترده در اين زمينه، پس از جنگ، درد و شاخة صنايع هوايي و توليد برق آغاز شد. و بالاخره در اواخر دهة 50 توربين گاز بصورت گسترده در صنعت برق مورد استفاده قرار گرفت.

2-مزاياي توربين گاز
الف- عوامل اقتصادي:
1-نسبت قدرت به وزن بالايي دارد.
2-اجزاء كمكي كم و در نتيجه سرويسهاي زيادي نمي طلبد.
3-آماده سازي فونداسيون آن هزينة زيادي نمي طلبد.
4-نياز به فضاي زيادي ندارد.

ب-عوامل از نظر زمان تحويل: 1-نصب آن ساده است 2-قسمتهاي كمكي و فرعي آن استاندارد است 3-جابجايي و حمل و نصب آن در نقاط ديگر آسان است.
ج-عوامل بهره برداري:

1-راه اندازي سريع- طي مدت 10 دقيقه مي تواند راه اندازي شده به شبكه وصل گردد. 2-زماني كه شبكه بدون برق باشد توسط باطري نيز مي توان واحد را روشن كردن(البته واحدهايي كه با ديزل روشن مي شوند) 3-از راه دور مي توان توربين را استارت كرد و به شبكه پارالل نمود و ميزان بار كم يا زياد نمود 4-قسمتهاي مختلف آن توسط هوا خنك مي شوند و نياز آنچناني به آب ندارد
3-معايب توربينهاي گازي

الف-از آنجاييكه قطعات توربين عمدتاً از جنس سوپر آلياژهاست، تهيه و بازسازي آنها مستلزم هزينه هاي زيادي است. ضمن آنكه به دليل دماي بالاي قطعات، سريعاً تخريب مي شوند. ب- راندمان توربين گازي در مقايسه با توربينهاي آبي و بخار پايين است. راندمان توربين آبي 90 درصد، توربين بخار 40 درصد و توربين گاز 30 درصد است كه به كمك سيكل تركيبي مي تواند تا 50 درصد افزايش يابد. ج- مصرف سوخت آنها بالاست.

همانگونه كه ذكر شد، هزينة نگهداري توربينهاي گازي بالاست، بنابراين براي رسيدن به بهترين حالت اقتصادي توليد برق، بار پايه توسط نيروگاههاي آبي و حرارتي بخار، توليد مي شود. چون هزينة اولية چنين نيروگاههايي بالا و مصرف سوخت آنها پايين است و بار متوسط و پيك توسط واحدهاي گازي توليد مي شود.
4-طرحهها و مدلهاي توربين گاز
طرحهاي توربين گازي صنعتي را مي توان به دو دسته تقسيم كرد. دسته اول نوع تكامل يافتة توربينهاي جهت هستند و از خصوصيات آنها، تعدد اطاقهاي احتراق است كه باعث تقسيم متعادل گاز داغ در اطراف مي گردد. سازندگان اصلي اين طرح، جنرال الكتريك (G.E) و وستينگ هاوس مي باشند. دستة دوم نوع تغيير يافتة واحدهاي بخار مي باشند. اطاق احتراق در اين توربينها بصورت ايستاده و در طرفين توربين و بعضاً يك اطاق احتراق در كنار توربين است و تعادل گاز داغ بعد از اطاق احتراق و در محفظة ورودي توربين صورت مي گيرد. سازندگان عمدة اينگونه توربين ها عبارتند از براون باوري (BBC) و كرافت ورك. BBC يك اطاق احتراق و كرافت دو اطاق احتراق دارد.

شركتهايي كه تحت ليسانس جنرال الكتريك آمريكا فعاليت مي كنند عبارتند از:
ALSTOM (فرانسه)، HITACHI (ژاپن)، A.E.G(آلمان)، John Brown(انگليس) مدلهايي كه شركت جنرال الكتريك طراحي و ساخته است عبارتند از:
1- مدل GEMS 3001 با قدرت 10 الي 15 مگاوات

2- مدل GEMS5001 با قدرت 14 الي 26 مگاوات با راندمان 27 درصد
3- مدل GEMS 6001 با قدرت 30 الي 40 مگاوات با راندمان 30 درصد
4- مدل GESM7001 با قدرت 70 الي 80 مگاوات با راندمان 30 درصد

5- مدل GESM9001 با قدرت 90 الي 125 مگاوات با راندمان 31 درصد
شركتهايي كه تحت ليسانس وستينگهاوس آمريكا فعاليت مي كنند عبارتند از:

(MHI) MITSUBISHI (ژاپن)، ACEC (بلژيك)، FIAT (ايتاليا)، WESTINGHOUSE(كانادا) مدلهايي كه شركت وستينگهاوس طراحي و ساخته است عبارتند از:
1- مدل W191 با قدرت 17 مگاوات با راندمان 27 درصد TG16 معادل اين مدل و ايتاليايي است.
2- مدل W251 با قدرت 30 تا 37 مگاوات با راندمان 27 درصد TG20 معادل اين مدل و ساخت FIAT است.
3- مدل W501 با قدرت 100 مگاوات با راندمان 31 درصد TG50 معادل اين مدل است.

4- مدل W701 با قدرت 85 الي 140 مگاوات با راندمان 31 درصد TG100 معادل اين مدل است. مدلهايي كه شركت كرافت ورك طراحي و ساخته است عبارتند از:
1-مدل V93. 1 با قدرت 60 مگاوات
2-مدل V94 با قدرت 137 مگاوات
3-مدل V94.2 با قدرت 150 مگاوات.
اين شركت، سازنده هاي مطرح وابستگي ندارد.

مدلهايي كه شركت براون باوري(BBC) طراحي كرده و ساخته است عبارتند از:
1-مدل BBC type 8 با قدرت 7 الي 8 مگاوات
2-مدل BBC type 9 با قدرت 25 الي 30 مگاوات
3-مدل BBC type II با قدرت 65 الي 75 مگاوات
اين شركت نيز، سازندگان ديگري كه مشابه واحدهاي مزبور را مونتاژ كنند، تحت ليسانس ندارد.
5-اجزاء واحد گازي

6. سيستم راه اندازي:
زمانيكه توربين خاموش است، هواي فشرده در محفظه احتراق وجود ندارد، بنابراين امكان ايجاد گاز داغ پر فشار وجود ندارد. لذا ابتدا توسط سيستم راه انداز محور توربين به حركت در مي آيد. و پس از آنكه به طور مناسب رسيد، توربين روشن مي شود سيستم راه اندازي شامل اجزاء زير مي باشد:
1-ديزل 2-مبدل گشتاور 3-راچت 4-جعبه دندة كمكي 5-كلاچ راه انداز

- مبدل گشتاور دور بالاي ديزل را آرام آرام به محور ساكن توربين منتقل مي كند.
- ديزل براي راه اندازي توربين بكار مي رود. بجاي آن مي توان از الكتروموتور نيز استفاده كرد.
- راچت زمان راه اندازي براي غليه بر اصطكاك، در زمان خاموش براي چرخاندن شفت جهت جلوگيري از خميدگي شفت داغ و در زمان تعميرات براي نصب پره روي ديسك، بكار مي رود.

- كلاچ راه انداز مبدل گشتاور را با جعبه دندة كمكي درگير مي كند.
- جبه دنده كمكي در زمان راه اندازي از ديزل و در زمان كار كرده توربين از محور آن نيرو مي گيرد و توان مورد نياز براي پمپ روغن روغنكاري، پمپ آب براي خنك كاري روغن و موتوز ديزل، پمپ روغن هيدروليك و پمپ گازوئيل را تأمين مي‌كند.
7-ژنراتور:

در استاتور ژنراتور تحريك، توسط جريان باطري، ميدان مغناطيسي ايجاد مي شود. سيم پيچي موتور در اين ميدان مي چرخد و جريان متناوب توليد مي كند و با ديود به جريان مستقيم تبديل مي شود. سيم پيچي روتور ژنراتور با اين جريان ميدان مغناطيسي چرخان ايجاد مي كند و در استاتور جريان متناوب ايجاد مي شود.

سرعت ژنراتور 3000 RPM و روتور آن روي دو ياتاقان ژورنال قرار مي گيرد.
ولتاژ آن 11 KV است كه توسط ترانس به 230 KV تبديل مي شود.
فركانس آن 50 HZ است.

در تحريك استاتيكي جريان DC مستقيماً توسط ذغالهاي به روتور ژنراتور اصلي داده مي شود. استهلاك تحريك ديناميكي كمتر از تحريك استاتيكي است. اما تحريك استاتيكي هزينة اولية كمتري دارد.
ژنراتور بايد توسط هوا خنك شود.
8-اتاق كنترل.

در اتاق كنترل معمولاً هر دو ساعت يكبار اطلاعات زير خوانده و در لاك شيت ثبت مي‌شود:
توان توليدي ژنراتور، ولتاژ و جريان، ولتاژ و جريان تحريك
درجه حرارت ژنراتور، خروجي كمپرسور، ديسكهاي توربين، اگزوز، درجه حرارت روغن