بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اهمیت تولید پراکنده خصوصا میکروتوربینها لزوم بررسی جهت امکان سنجی ساخت چنین سیستمهایی در داخل کشور کاملا ضروري به نظر میرسید تا محدودیتها و پتانسیلهاي ساخت آن روشن گردد. بنابراین در ادامه فرآیند طراحی یک نمونه میکروتوربین که توسط پژوهشگاه نیرو صورت گرفته است و در مقالات جداگانهاي به آنها پرداخته شده است، بررسیهاي اولیه جهت ساخت آن انجام گرفت و فرآیندهاي تولید و نقشه هاي ساخت استخراج شد سپس با همکاري شرکتهاي تخصصی فعال در زمینه هاي مختلف قطعات اصلی یک نمونه اصلی ساخته شد. در میان روشهاي تولید میکروتوربین روش ریخته گري دقیق و همچنین ماشینکاري توسط ماشینهاي CNC از اهمیت خاصی برخوردار است. در مقاله حاضر روش ساخت هر قطعه و محدودیتهاي موجود ذکر شده است و در نهایت پتانسیل ساخت میکروتوربینها در داخل کشور ترسیم شده است.
-1 مقدمه
توجه به مسایلی همچون تلفات و هزینههاي خطوط انتقال و توزیع برق، عدم دسترسی محلی به شبکه برق سراسري، نیاز به مولدهاي کمکی در ساعات اوج مصرف و راحتی و آسایش بیشتر مصرف کنندگان، نیاز به نسل جدیدي از مولدهاي تولید انرژي احساس شد. این مولدها که در واقع نیروگاههاي حرارتی در مقیاس بسیار کوچک میباشند، به نام مولدهاي تولید پراکنده برق شناخته میشوند. استفاده از این مولدها به نتایج قابل توجهی در زمینه صرفه جویی و جلوگیري از اتلاف انرژي و قابلیت اطمینان منجر شدهاست.
مولدهاي تولید پراکنده برق، توانایی تولید توان بین 3 تا 10 کیلووات براي مصارف خانگی، 50 تا 500 کیلووات براي مصارف تجاري و 1 تا 50 مگا وات براي مصارف صنعتی را دارا میباشند .[1] یکی از این مولدهاي تولید پراکنده، میکروتوربینها هستند. آنها همانطور که از نامشان بر میآید، نمونههاي کوچکی از توربینهاي گازي میباشند. با توجه به ساخت یک میکروتوربین 100 کیلو واتی بر مبناي پتانسیل ساخت در داخل کشور نوپا بودن فنآوري میکروتوربین، در ابتدا قیمت برق تولیدي آنها از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه نبود.
با رشد فن آوري مذکور در کشورهاي صنعتی و بازاریابی مناسب و اقبال عمومی در استفاده از آن، در عرض چند سال قیمت برق تولیدي آن به کمتر از نصف رسید، به طوري که هم اکنون در کشورهاي صنعتی نظیر امریکا از آن استفاده گستردهاي میشود و از لحاظ اقتصادي نیز توجیه پذیر است. قابلیتهاي گوناگون میکرو توربین شامل بازدهی بالا در حالت تولید همزمان قدرت و حرارت، قابلیت جابجائی آسان، داشتن پائین ترین میزان آلودگی زیست محیطی در مقایسه با سامانه هاي احتراقی متداول، زمان راه اندازي کوتاه و زمان کارکرد بالا میباشد.
در شکل 1 سیستم یک میکروتوربین به صورت شماتیک نشان داده شده است. در این سیستم سوخت و هواي فشرده تامین شده از کمپرسور در داخل محفظه احتراق مخلوط شده و پس از احتراق گازهاي داغ خروجی توربین را می چرخاند که خود باعث به راه انداختن ژنراتور خواهد گردید ضمنا در این میان از سیستمهاي جانبی همچون ریکاپریتور - مبدل گاز به گاز - و مبدل گاز به مایع در افزایش بازدهی تولید برق و مصرف انرژي برده میشود. [1]
گرفت که این سیکل در برخی از موارد پس از چند بار اجرا شدن، منجر به تهیه مدل سه بعدي کل میکروتوربین و سپس نقشه هاي ساخت گردید. البته در فرآیند طراحی، نکات فنی و ساخت نیز مدنظر قرار گرفت. در نهایت بایستی این نکته را متذکر شد که در بحث انتخاب مواد و روش ساخت، بعد از مناسب بودن جنس انتخاب شده براي وظیفه مورد نظر، توجه اصلی به امکانات ساخت داخل کشور بوده است.
یعنی در برخی از موارد با توجه به عدم انجام فرآیندي در داخل کشور، جنس و روش ساخت آن تغییر کرده است تا در نهایت امکان ساخت میکروتوربین در داخل کشور میسر گردد. با توجه به آنکه مجموعه میکروتوربین شامل اجزاي گوناگونی می باشد روش ساخت هر قسمت مجموعه بصورت مجزا شرح داده می شود. اما قبل از آن مدل سه بعدي و نقشه مونتاژ میکروتوربین طراحی شده در شکل 2 نشان داده شده است.
-1-2مجموعه توربین
این مجموعه شامل پروانه توربین، نازل توربین و پوسته آن می باشد. گازهاي داغ توسط پوسته جمع شده و از طریق نازلی که همان پره هاي ثابت به حساب می آید، به سمت پروانه توربین - پره هاي متحرك - هدایت می گردد. پروانه توربین از جنس سوپرآلیاژ پایه نیکلی بوده و روش ساخت آن ریخته گري دقیق می باشد.[4] در این روش مدل مومی از روي مدل طراحی شده در نرم افزار Catia، توسط روش Jet printer تولید میگردد.
سپس راهگاه و نازل مومی بر روي مدل مومی ساخته شده، سوار می شود و لایه سرامیکی بصورت پودر بر روي آنها پاشیده میشود پس از خشک نمودن لایه سرامیکی و خارج نمودن موم با حرارت عملیات ریخته گري در کوره خلاء انجام میگیرد. پس از تریم و صیقلکاري اولیه عملیات انحلالی در دماي 1180 °C به مدت 2 ساعت بر روي پروانه انجام میگیرد تا ساختار نامناسب حاصل از ریختگري، تغییر نموده و پروانه آماده ماشینکاري گردد .[3] این مراحل به همراه محصول نهایی در شکل 3 نشان داده شده است.
پس از انجام ماشینکاري بر روي سطوح مختلف - بغیر از سطح پره ها که بایستی با صیقلکاري نمودن آنها به سطح مناسب رسید - قطعه آماده عملیات پوشش دهی از نوع نفوذي و عملیات حرارتی پیرسختی می گردد. پوشش نفوذي از نوع کروم / آلومینیوم می باشد که در شکل 4 نشان داده شده است. در این نوع پوشش لایه αCr در بالا و βNiAl در زیر آن می باشد. همچنین پس از آن، عملیات حرارتی پیر سختی که شامل 2 ساعت حرارت در دماي 1120 °C و همچنین 24 ساعت حرارت در دماي 845 °C می باشد - [3] - ، ساختاري را موجب می شود که در شکل 5 نشان داده شده است، که در آن رسوبات گاماپریم بصورت ریز و یکنواخت در زمینه دیده میشوند و همچنین کاربیدهاي MC و M23c6 در طول مرزدانه موجود می باشند. این ساختار دلیل مقاومت خزشی قطعه در دماي بالا میباشد. [3]
