دسته: مکانیک دنیای توربین گاز اگر چه دنیای جوانی است لیكن با وسعت كاربردی كه از خود نشان داده، خود را در عرصه‌ی تكنیك مطرح كرده است زمینه‌های كاربرد توربین‌های گاز در نیروگاه‌ها و به‌خصوص در مواردی كه فوریت در نصب و بارگیری مدنظر است میباشد همچنین به عنوان پشتیبان واحد بخار و نیز مواقعی كه شبكه سراسری برق از دست می‌رود یعنی در خاموشی مورد استفاده قرار می‌گی
قیمت فایل فقط 5,900 تومان
نیروگاه و توربین گازی
دنیای توربین گاز اگر چه دنیای جوانی است لیكن با وسعت كاربردی كه از خود نشان داده، خود را در عرصه‌ی تكنیك مطرح كرده است . زمینه‌های كاربرد توربین‌های گاز در نیروگاه‌ها و به‌خصوص در مواردی كه فوریت در نصب و بارگیری مدنظر است میباشد. همچنین به عنوان پشتیبان واحد بخار و نیز مواقعی كه شبكه سراسری برق از دست می‌رود یعنی در خاموشی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
مضافاً این‌كه توربوكمپرسورها كه از انرژی حاصله روی محور توربین برای تراكم و بالا بردن فشار گاز استفاده می‌شود، در سكوهای دریایی ، هواپیماها و ترن‌ها استفاده می‌شود .
شكل (1-1) یك توربین گاز معمولی را با مشخص كردن اجزاء نشان می‌دهد.
شكل (1-1) : توربین گاز معمولی و اجزای آن
مختصری از سرگذشت توربین‌های گاز از سال 1791 میلادی تا به امروز به‌شرح زیر میباشد .
اولین نمونه توربین گاز در سال 1791 توسط Jonh Barber ساخته شد . نمونه بعدی در سال 1872 توسط Stolze ساخته شد كه شامل یك كمپرسور جریان محوری چند مرحله‌ای به همراه یك توربین عكس‌العملی چند مرحله‌ای بود كه یك اتاق احتراق نیز در آن قرار داشت . اولین نمونه آمریكایی آن در 24 ژوئن 1895 توسط Charles G.Guritis ساخته شد. اما اولین بهره‌برداری و تست واقعی از توربین گاز در سال 1900 م بوسیله Stolz صورت گرفت كه راندمان آن بسیار پایین بود . در همین سال ها در پاریس یك توربین گاز بوسیله برادرانArmangand ساخته شد كه دارای نسبت فشار تقریبی 4 و چرخ كوریتس به ابعاد 5/93 سانتی‌متر قطر با سرعت rpm 4250 بود كه دمای ورودی به توربین حدود 560اندازه‌گیری شد و راندمان آن در حدود 3% بود. H.Holzwarth اولین توربین گاز با بهره اقتصادی بالا را طراحی كرد، كه در آن از سیكل احتراق بدون پیش‌تراكم استفاده میشد و قسمت اصلی یك ماشین دوار با تراكم متناوب بود.
همچنین Stanford سال 1919 یك توربین گاز كه دارای سوپر شارژر بود، ساخت كه در هواپیما نیز از آن استفاده شد. اولین توربین گازی كه برای تولید قدرت مورد استفاده قرار گرفت به‌وسیله Brown Boveri ساخته شد. وی از یك توربین گاز برای راندن هواپیما استفاده كرد. همچنین در سال 1939 م، وی یك توربین گاز با خروجی MW 4 ساخت كه بر اساس سیكل ساده طراحی شده بود و كاركرد پایینی داشت. این توربین تنها به مدت 1200 ساعت مورد بهره‌برداری قرارگرفت و عیوب مكانیكی فراوان داشت . از جمله اصلاحات وی برروی توربین ، بالا بردن راندمان آن به میزان 18% بود.
در انگلستان گروهی به سرپرستی Whittle در سال 1936 م یك كمپرسور سانتریفوژ‌تك مرحله‌ای با ورودی دوطرفه و یك توربین تك مرحله‌ای كوپل شده به آن را به همراه یك اتاق طراحی كردند. اما با تست این موتور نتایج چندان راضی‌كننده‌ای به‌دست نیامد. در سال 1935م در آلمان شخصی به‌نام Hans Von یك توربوجت با كمپرسور سانتریفوژ ساخت كه از مزایای خوبی نسبت به نمونه‌های قبلی برخوردار بود. در آمریكا كمپانیAlis Chalmers اصلاحات فراوانی برروی راندمان توربین‌های گاز و كمپرسورها انجام داد و راندمان كمپرسور را به 70% - 65% و راندمان توربین را به 65% -60% رسانید.
در سال 1941م كمپانی British Wellond یك توربوجت ساخت كه در هواپیما مورد استفاده قرار گرفت . این توربوجت با آب خنك‌كاری میشد. در سال 1942م كمپانی German Jumo یك توربوجت ساخت كه در جنگ جهانی دوم نیز از آن استفاده شد. در این سال‌ها استفاده از موتور توربوجت برای هواپیماها رشد فزاینده‌ای به خود گرفت و هواپیماهای جنگی بسیاری در آمریكا، آلمان و انگلیس ساخته شد. در سال 1941م در سوئیس از یك توربین گاز برای راه‌اندازی لوكوموتیو استفاده شد كه دارای قدرت 1700 اسب بخار و راندمان 4/18% به همراه بازیاب حرارتی بود.
در سال 1950م كمپانی Rovet Car از توربین گاز در اتومبیل‌ها استفاده كرد كه شامل كمپرسور سانتریفوژ، توربین تك‌مرحله‌ای جهت گرداندن كمپرسور و توربین قدرت جداگانه بود كه از مبدل حرارتی نیز در آن استفاده شد. در سال 1962م كمپانی General Motors یك توربین گاز به هم‌اه بازیاب ساخت كه مصرف سوخت آن نسبت به نمونه مشابه 36% كاهش داشت .
در سال 1979م با توافق بین سازندگان بزرگ توربین گاز، استانداردی جهت كاهش میزان NOx وCO دود خروجی ازتوربین گاز نوشته شد . در خلال سال‌های بعد تغییرات فراوانی در نوع سوخت، متریال[1] روش‌های خنك‌كاری و كاهش نویز و سر و صدا به‌وسیله شركت NASA صورت گرفت.
در 15 سال گذشته توربین گاز، خدمات فزآینده‌ای را در صنعت و كاربردهای پتروشیمی در سراسر جهان ارائه داده است. انسجام ، وزن كم و امكان كاربرد سوخت چندگانه موجب استفاده از توربین گاز در سكوهای دریایی نیز شده‌است .
امروزه توربین‌های گازی وجود دارند كه با گاز طبیعی ، سوخت دیزل ، نفت ،متان ، گازهای حرارتی ارزش پایین ، نفت گاز تقطیر‌شده و حتی فضولات كار می‌كنند و روز به روز تلاش‌ها در جهت تكمیل و اصلاح عملكرد آن ادامه دارد.
1-2- مقایسه نیروگاه گازی با نیروگاه‌های دیگر
شكل (1-2) مقایسه میزان حرارت در چهار نمونه سیكل داده شده را نشان می‌دهد.
باتوجه به شكل (1-2) بدیهی است كه هرچه درجه حرارت توربین افزایش می‌یابد میزان حرارت بیش‌تر جلب توجه می‌كند.
بعضی از عوامل قابل ملاحظه در تصمیم‌گیری برای انتخاب نوع نیروگاه كه متناسب با نیازهای موجود باشند، عبارتند از:
1- هزینه سرمایه‌گذاری
2- زمان لازم از برنامه‌ریزی و طراحل تا اتمام كار هزینه‌های تعمیراتی و هزینه‌های سوخت.
توربین گاز كم‌ترین هزینه تعمیراتی و سرمایه‌گذاری را دارد. همچنین سریع‌تر از هر نوع نیروگاه دیگری اتمام می‌یابد و به مرحله بهره‌برداری می‌رسد.
از معایب آن می‌توان به اتلاف حرارتی زیاد اشاره كرد
طراحی هر توربین گاز باید در برگیرنده معیارهای اساسی براساس ملاحظات بهره‌برداری باشد. بعضی از معیارهای عمده عبارتند از :
1- راندمان بالا
2- قابلیت اطمینان بالا و در نتیجه قابلیت دسترسی بالا
3- سهولت سرویس
4- سهولت نصب و تست
5- تطابق با استانداردهای مربوط به شرایط محیط
6- تركیب سیستم‌های كمكی و كنترل كه در نتیجه درجه قابلیت اطمینان بالایی را به‌دست می‌دهند.
7- قابلیت انعطاف در تطابق با سرویس‌ها و نیز سوخت‌های مختلف
نگاهی به هریك از این ملاك‌ها مصرف‌كننده را قادر خواهد ساخت كه درك بهتری از هر یك از لوازم پیدا بنماید.
1-3 – فرآیند توربین‌های گاز
توربین گاز قدرت را از طریق به‌كار بردن انرژی گازهای سوخته و هوا كه دما و فشار زیادی دارند، با منبسط‌كردن آن در چندین طبقه از پره‌های ثابت و متحرك، تولید می‌كند. برای تولید فشار زیاد ( از 4 تا 13 اتمسفر) در سیال عامل كار، كه برای تراكم لازم میباشد، از كمپرسور استفاده می‌شود. برای تولید قدرت زیاد، به‌جریان زیادی از سیال و سرعت زیاد آن نیاز می‌شود كه برای این كار از كمپرسور گریز از مركز یا كمپرسور جریان محوری استفاده می‌شود. كمپرسور توسط توربین به حركت در می‌آید و روی همین اصل محور آن‌ها به‌هم متصل می‌گردد. اگر پس از عمل تراكم روی سیال عامل كار، سیال فوق در توربین منبسط گردد، با فرض نبودن تلفات در كمپرسور و توربین همان مقدار كار كه صرف تراكم شده است، توسط توربین به‌دست می‌آید و در نتیجه كار خالص صفر خواهد بود. ولی كار تولیدی توربین را می‌توان با اضافه‌كردن حجم سیال عامل كار در فشار ثابت، یا افزایش فشار آن در حجم ثابت، افزایش داد. هر یك از از دو روش فوق را می‌توان با بالا بردن دمای سیال عامل كار، پس از متراكم ساختن آن به‌كار برد. برای بالا بردن دمای سیال عامل كار، یك اتاق احتراق لازم است كه در آن هوا و سوخت محترق گردند تا موجب افزایش دمای سیال عمل كار بشود.
به این‌ترتیب، یك سیكل ساده توربین گاز شامل كمپرسور، اتاق احتراق و توربین میباشد. نظر به این‌كه محور كمپرسور به توربین متصل شده است، كمپرسور مقداری از كار تولید شده توسط توربین را جذب می‌كند، و بازده را پایین می‌آورد. بنابراین كار خالص، اختلاف بین كارتوربین و كار لازم برای گرداندن كمپرسور خواهد بود.
سوخت عمومی توربین گاز، گاز طبیعی، گازوئیل، نفت و مازوت میباشد. توربین گاز براساس فرآیند احتراق به انواع زیر طبقه‌بندی می‌شود:
1 – احتراق پیوسته یا نوع فشار ثابت، این نوع سیكل را سیكل ژول یا سیكل برایتون نامند.
2- انفجاری یا نوع حجم ثابت، این نوع سیكل را سیكل آتكینسون می‌نامند.
توربین‌های گاز را از روی مسیر سیال عامل كار نیز طبقه‌بندی می‌كنند كه عبارتند از:
1- توربین‌های گاز با سیكل باز (سیال عامل كار از هوای بیرون موتور وارد می‌شود و به داخل هوای محیط تخلیه می‌گردد).
2- توربین گاز با سیكل نیمه بسته ( مقداری از سیال عامل كار در داخل دستگاه گردش می‌كند و مقدار دیگر به داخل هوای محیط تخلیه می‌گردد).
1-3- سیكل استاندارد هوایی (برایتون)
این سیكل كه سیكل ژول نیز نامید می‌شود برای مولد قدرت توربین گاز ساده، مطلوب میباشد. شكل‌های (1-3) و (1-4) طرح ساده توربین به همراه اجزاء آن و شكل (1-5) تجهیزات گوناگون یك توربین گاز از نوع GELM350 را نشان می‌دهد.
هوای محیط در داخل كمپرسور از فشار 1 P تا 2 P متراكم می‌گردد و بعد به اتاق احتراق فرستاده می‌شود كه در آنجا سوخت پاشیده شده محترق می‌گردد. فرآیند احتراق در فشار ثابت صورت می‌گیرد. در اثر احتراق، دمای سیال عامل كار زیاد می‌شود و از 2T و3 T می‌رسد. محصولات احتراق از اتاق احتراق خارج می‌شود و در داخل توربین از 3 P تا فشار جو منبسط می‌گردد و به داخل هوای محیط تخلیه می‌شود. توربین و كمپرسور به طور مكانیكی به هم متصل شده‌اند، بنابراین، كار خالص برابر است با اختلاف بین كار انجام شده توسط توربین و كار مصرف شده به‌وسیله كمپرسور . برای آغاز كار كمپرسور ، یك راه‌انداز لازم خواهد بود. وقتی توربین شروع به كار كرد، راه انداز قطع می‌شود.
جهت دریافت فایل نیروگاه و توربین گازیلطفا آن را خریداری نمایید
قیمت فایل فقط 5,900 تومان
برچسب ها : نیروگاه و توربین گازی , طرح توجیهی نیروگاه و توربین گازی , دانلود نیروگاه و توربین گازی , مکانیک , توربین گازی , , , دانلود طرح توجیهی , پروژه دانشجویی , دانلود پژوهش , دانلود تحقیق , پایان نامه , دانلود پروژه