بخشی از مقاله
چکیده
توربین های گازی یکی از مهمترین ماشینهای تولید توان بشمار می آیند. با افزایش سهم نیروگاههای گازی در تولید و تامین برق مورد نیاز شبکه سراسری، همچنین به منظور مقابله با بحران انرژی و استفاده مطلوب از منابع انرژی موجود، روشهای مختلفی برای بهبود عملکرد این نوع نیروگاهها پیشنهاد شده است.در این میان، استفاده از روش تزریق بخار به سیکل توربین گاز ساده بسیار مفید و کارآمد می باشد یکی از مهمترین راهکارهای افزایش توان توربینهای گازی خنک کاری هوای ورودی به کمپرسور میباشد..لذا در دهه های اخیر مورد توجه و استقبال بسیار طراحان واقع شده است. هدف اصلی این رساله ،مطالعه و بررسی عملکرد سیکل توربین گازی واجزای کمکی آن می باشد.
کلمات کلیدی: ویژگی های کمپرسور، تبدیل انرژی، اجزای کمکی، فیلتراسیون، نشت بندی، روغنکاری
مقدمه :
توربین گازی یک موتوراحتراق داخلی چرخشی ازخانواده توربوماشینهااست که درذهن عموم موتورجت هواپیما بعنوان پرمصرف ترین کاربردآن شناخته شده استاساساً این نوع موتوربااحتراق اختلاف هوای فشرده وسوخت وعبورماحصل آن ازیک سری دیسکهای چرخ نده توربین کارمی کند ک ه موجب بروز قدرت چرخشی یک شافت ویاایجاد نیروی عکس العمل رانشی ویاترکیبی ازاین دوپدیده می شود . دراین توربینها مقداری گازطبیعی وهوای فشرده درمحفظه احتراق می سوزد ودراثرسوختن حرارت ایجادشده حجم گاز زیاد می شود وگازباحجم زیادوفشارودرجه حرارت معینی به تیغه های توربین برخورد کرده وسبب چرخش توربین می شود .
فصل اول : کمپرسور هوا
سیکل اساسی توربین گازی : پایه واساس توربین گازی یک کمپرسورهوا - یک اتاق احتراق ویک توربین است که پشت سرهم وبه صورت سری دریک مجموعه قرارگرفته اند . شکل ساده آن در زیر رسم شده است بدواً. هوای ورودی فشرده می شود وسپس وارد اتاق احتراق می گردد . که دراثرمکانیزم احتراق همراه باسوخت موجب افزایش فشارودرجه حرارت هوا - گاز - می شود . نهایتاً این گازدریک توربین منبسط می شود که موجب چرخش آن می شود . توربین کمپرسوررامی چرخاند ومازاد انرژی آن به صورت عکس العمل رانشی یاقدرت مکانیکی وتلفیقی ازاین دودرانتهای شافت خروجی ظاهرمی شود. شکل - - 1-1
هرتوربین گازی برهمین اساس ولی بامتغیرهای متفاوت کارمی کند تعداد مراحل ویاآ رایش آن می تواند تغییر کند ولی همواره مراحل فشارافزائی احتراق - گرما افزائی - ودرانتها انبساط سیال - هوای داغ فشرده - بدنبال هم وبه صورت همسان درتمامی تورینها موجب تولید قدرت میشود . این مجموعه ممکن است ابتدا کمی پیچیده به نظربرسد ولی باتشریح موارد ضمن آشنایی بااجزاء مختلف تمامی رفتارآن مشخص خواهد شد. اجزاء توربین گازی : توربین گازی بانسبت عددی بالای قدرت به وزن - درمقابل سایرانواع موتورهای احتراق داخلی - عدم نیازبه آب قابل بهره برداری بدون حضورنیروی انسانی کنترل ازراه دورودارای توانایی های راه اندازی سریع است که عدم حضورقطعات باحرکت رفت وبرگشتی موجب کاهش هزینه تعمیرونگهداری وافزایش عمرآن می شود دریک جمله توربین گازی یک ماشین ساده وقابل توجه است
. کمپرسورهوا - اتاق احتراق وتوربین سرعنصراصلی یک توربین گازی است کاربرد وانتظارازکارآیی دستگاه نوع ومشخصه آنراتعیین می کند برای افزایش قدرت خروجی وراندمان درمقابل پیچیدگی افزایش وزن وهزینه مجموعه ممکن است تجهیزاتی دراشکال مختلف به آن اضافه شود . کمپرسورهوا: : AIR COMPRESSOR دونوع کمپرسورهوا درتوربینهای گازی مورد استفاده قرارمی گیرد . این دونوع عبارتنداز:
1 -گریزازمرکز - جریان شعاعی - 2 -جریان محوری
درکنارتوجه به راندمان اندازه وعمرکمپرسورازعوامل مهم انتخاب انواع کمپرسوراست درمقام مقایسه کمپرسورجریان محوری باکمپرسورجریان شعاعی ، قطرکمپرسورجریان محوری کوچکتروطول آن بیشترازکمپرسورجریان شعاعی است . هم محوری جریان سیال درکمپرسورهای جریان محوری آنرابخصوص برای کاربرد درموتورهواپیما موثرترساخته است ازطرف دیگرکمپرسورجریان شعاعی درشرایط نامناسب عملیاتی عکس العمل نامناسب تری ازخود نشان می دهد . هواپیما های بزرگ وموتورهای زمینی صنعتیتقریباًوتماماً ازکمپرسورهای جریان محوری استفاده می کنند . بدلیل راندماننسبتاً بالای کمپرسورهای جریان شعاعی ونیزملاحظات ابعادی وهم چنین دربعضی اوقات درعملیات مدالهای صنعتی ازاین کمپرسورها استفاده می شود .
کمپرسورهای گریز از مرکز - CENTRIFUGAL COMPRESSOR - جریان شعاعی : این نوع کمپرسورها که درهواپیماهای اولیه توربین بکارمی رفتند نسبت به کمپرسورهای جریان محوری ازنظرساختمان ساده ترمی باشند . یک کمپرسورگریزازمرکز انرژی تامین شده ازطر یق محرکه آنرابه سیال منتقل می کند . این انرژی به سرعت سیال ، فشار سیال و یا تلفیقی ازاین دوتبدیل می شود . چگونگی تغییر وتبدیل انرژی درتمامی کمپرسورهای گریزازمرکزتقریباً یکسان است . عامل تبدیل انرژی که بوسیله موتوربه چرخش درمی آید پروانه نام دارد . که انواع آن در شکل ذیل نمایش داده شده است.نیروهای وارد بر سیال ، یکی درجهت شعاعی وموازی راستای تیغه سمت بیرون ازمرکز پروانه که به نیروی گریزازمرکز معروف است ودیگری مماس برمحیط پروانه درنقطه نوک تیغه ودرجهت چرخش پروانه است . برآیند عملی این دومؤلفه سومی است که سیال راباسرعت وفشاروبازاویه معینی ازنوک تیغه پروانه خارج می کند . البته میزان افزایش سرعت دراین مقطع به مراتب بیشترازافزایش فشاراست .
شیپوره : VOLUTE اجازه بدهید لحظه ای به چگونگی وضعیت سیال درهنگام خروج از نوک تیغه های پروانه برگردیم . جمع شدن سیال ازتمامی نقاط به اطراف پورانه رابیاددارید . همچنین به یادداردید که این سیال درجهتی خارج ازمرکز پروانه به حرکت درمی آید. هم اکنون باید به طریقی این سیال پرانرژی - جنبشی - رابرای تبدیل به انرژی پتانسیل ازمجاری خاص به بیرون هدایت کنیم . وظیفه این عمل به عهده بخشی ازپوسته است . پوسته طوری طراحی شده است که دریک نقطه به نوک تیغه بسیارنزدیک است . این نقطه زبانه پوسته COSING OF TONGNE می گویند ، شکل زیرطراحی عمومی یک پوسته رانشان می دهد ازنقطه زبانه تانقطه خروجی ازپوسته سطح مقطع مجرای ورودی روبه افزایش است به طوریکه شکل شیپوره رابه خودگرفته است . درهنگام چرخش پروانه سیال بلافاصله پس اززبانه پوسته به سمت چپ درصورتیکه جهت چرخش پروانه عکس عقربه های ساعت باشد ازپر وانه خارج میشود . این روند ادامه دارد که به موجب آن سیال بیشترو بیشتری درحدفاصله پروانه وپوستهVOLUTE جمع می شود و سپس از پوسته خارج میشود . در عبور از این مسیر بخش عمدهای از انرژی جنبشی سیال به لحاظ ورود به سطح مقطع وسیعتر به انرژی پتانسیل - فشار - تبدیل میشود .
کمپرسورجریان محوری : AXIAL COMPRESSORS حرکت درطول یک محوررا - axial motion - گویند واین حرکت بصورت یک خط مستقیم می باشد ، کمپرسوری که جریان گازرا بموازات محورحرکت دهد کمپرسورجریان محوری AXIAL FLOW COMPRESSOR گویند .این کمپرسورها دارای تعدادی تیغه ثابت - - STATOR BLADS وهمچنین تعدادی تیغه متحرک - - ROTOR BLADS می باشند . تیغه های ثابت درون بدنه - - CASING نصب میگردند و تیغه های متحرک برروی محور - - SHAFT قراردارند و بامحور می چرخند . توجه کنید که ترتیب قرارگرفتن تیغه ها بدین صورت می باشد که یک ردیف تیغه متحرک دربین دوردیف تیغه های ثابت قراردارد ، ضمن اینکه هیچ گونه تماسی با یکدیگر ندارند . تیغه های متحرک همانند پره های پنکه عمل می کنند وباعث افزایش فشار وسرعت هوا میگردند دراثربرخورد هواباتیغه های ثابت هوا ازبین فاصله
