پایان نامه كليات و اجزاء توربين گاز

1-1- توربين گاز:

توربين گاز از لحاظ مراحل كار و نحوة  عملكرد؛ شباهت زيادي با موتورهاي احتراق داخلي دارد:

اولا: چهار مرحلة مكش؛ تراكم؛ احتراق و انبساط (قدرت) و تخليه در توربينهاي  گاز صورت مي‌گيرد منتهي در موتورهاي احتراق داخلي؛ اين مراحل؛ در هر يك از سيلندرها ولي به ترتيب انجام مي‌شود؛ در حاليكه در توربين‌هاي گاز؛ در  يك از مراحل فوق الذكر در قسمت خاصي از واحد گازي در توربين‌هاي براي همان منظور در نظر گرفته شده است؛ صورت مي‌گيرد. مثلا: تراكم همواره در يك قسمت و احتراق همواره در يك قسمت ديگر در حال انجام است.

ثانيأ: در توربين‌هاي گاز نيز؛ اين انرژي شيميائي نهفته در سوخت هاي فسيلي است كه نهايتأ بصورت انرژي مكانيكي (گشتاور) ظاهر مي گردد.

و ثالثأ: در توربين‌هاي گاز نيز سيال عاملي كه باعث چرخش محور مي گردد ؛ گاز داغ (هواي فشرده محترق ) مي باشد؛ و همين وجه تسمية توربين‌هاي گازي مي‌باشد.

مطالب فوق؛ با توضيح اجزاء توربين گاز؛ و ترتيب انجام كار در اين نوع واحد توليد انرژي مكانيكي روشنتر خواهد شد.

 اجزاء توربين گاز عبارتند از:

1-1-1ـ كمپرسور

1-1-2ـ اتاق احتراق

1-1-3ـ توربين

ترتيب قرار گرفتن اجزاء فوق ؛ در رابطه با يكديگر در شكل زير بوضوح پيدا است

شكل (1-1): اجزاء اصلي ساختماني توربين گاز

از اجزاء فوق كمپرسور؛ همواره وظيفة مكش و متراكم كردن هوا را بعهده دارد. هواي متراكم به اتاق (اتاقهاي) احتراق ؛ هدايت شده و در اتاق احتراق با پاشيده شدن سو خت و ايجاد جرقه (البته ايجاد جرقه تنها در ابتداي احتراق لازم است و پس از برقراري شعله ؛ به علت بالا بودن در اتاق احتراق ؛ شعله حفظ مي گردد)؛ محترق مي گردد. گاز داغ حاصل از احتراق هواي متراكم در اتاق احتراق؛ روي پرده هاي توربين هدايت مي شود و با به گردش در آوردن توربين؛ انرژي مكانيكي لازم براي چرخاندن بار متصل به توربين را تامين مي كند. ما حصل احتراق ؛ پس دادن انرژي خود به خود به توربين؛ از طريق اگزوز به آتمسفر تخليه مي‌گردد. با مقايسه ترتيب كار در توربين گاز با ترتيب كار در موتوري احتراق داخلي ؛ مشاهده مي شود كه توربيت هاي گاز از نظر اساس كار ؛ چيز جديدي نيستند و تنها از نظر ساختمان و نحوة عمل ؛ تفاوتهايي با موتورهاي احتراق داخلي پيدا مي كنند. در شكل )1-2) ؛ نماي كلي جانبي يك نوع توربين گاز؛ (AEG   ؛ ساخت آلمان؛ با قدرت 25 مگاوات ( براي آشنايي با ترتيب قرار گرفتن اجزاء مختلف ؛ در توربيثن هاي گاز ؛ نشان داده شده است .

شكل (1-2) : نماي كلي جانبي يك توربين گاز AEG

1-1-1- كمپرسور:

كمپرسور استفاده شده در توربينهاي گاز صنعتي (توربين هاي گاز كه براي توليد برق بكار برده مي شوند)؛ معمولأ از نوع جريان محوري مي باشند؛ به اين معني كه هوا در امتداد محور كمپرسور با رانده شدن بطرف جلو و كم شدن سطح مقطع فشرده مي‌شود. اين نوع كمپرسورها مي‌توانند حجم هواي بسيار زيادي متراكم كنند. نيروي محركة كمپرسور در واحدهاي گازي؛ در ابتداي راه اندازي؛ توسط موتور راه نداز (ديزلي يا الكتريكي) و پس از خود كفا شدن توربين؛ توسط نيروي گشتاوري خود توربين تامين مي شود. (زيرا توربين و كمپرسور هم محور هستند) و حدودا دو سوم از نيروي گشتاوري توربين صرف گرداندن كمپرسور و تنها آن صرف گردش بار وصل به محور توربين ميشود.

علت اصلي استفاده از كمپرسور؛ در توربين هاي گاز ؛ تامين هواي فشرده براي سيستم احتراق مي‌باشد؛ لكن يكسري انشعابهاي فرعي نيز از بعضي مراحل كمپرسور گرفته مي شود كه معمولا فشار كمتري از خروجي كمپرسور دارند. موارد استفاده اين انشعابها عبارتند از:

– كنترل شيرهاي بخصوص بنام بليد والو كه وظيفة تنظيم هواي كمپرسور در دور متغير را بعهده دارند.

– آب‌بندي يا تاقانها (ياتاقانهاي اصلي توربين گاز) و كنترل شيرهاي هوايي (شيرهايي كه توسط هواي فشرده كنترل مي شوند).

– خنك كردن قسمت هاي مختلف توربين كه در مسير عبور گاز داغ هستند .

– اتميزه كردن (پودر كردن ) سوخت مايع –  جهت بهتر مخلوط شدن آن با هوا در اتاق احتراق و در نتيجه احتراق بهتر.

كمپرسورهاي جريان محوري از تعدادي پره هاي ثابت و متحرك تشكيل شده اند كه به صورت مراحل پشت سر هم در طول محور قرار گرفته‌اند. (هر مرحله شامل يك چرخ پرة ثابت و يك چرخ پرة متحرك مي باشد) تعداد مراحل كمپرسور به فشار خروجي تقاضا شده و حجم آن به دبي (حجم هواي عبوري در واحد زمان) تقاضا شده بستگي دارد. هوا در مسير عبور خود از ورودي به خروجي كمپرسور؛ بين پره‌هاي ثابت و متحرك تبادل مي‌شود تا به شرايط مطلوب به خروجي برسد. كار پره‌هاي ثابت؛ دادن زاوية صحيح به هوا و تبديل سرعت به فشار مي باشد؛ در حاليكه و وظيفة پره‌هاي متحرك دادن سرعت به هوا و راندن آن بطرف جلوي كمپرسور مي باشد. كمپرسور؛ با يك مرحله پره‌هاي ثابت شروع مي شود كه در بعضي از توربين‌هاي گاز؛ زاوية اين پره ها قابل تنظيم مي‌باشد و در ابتداي راه اندازي كه كمپرسور توان عبور دادن حجم هواي زياد را ندارد؛ هوا توسط اين پره ها ي قابل تنظيم ؛ تحت زاويه بسته به كمپرسور وارد مي‌شود و پس از رسيدن به حدود دور نهايي گ زاوية پره هاي مزبئر باز مي‌شود. در اين صورت به پره هاي مزبور پره هاي هادي ورودي كمپرسور مي‌گويند.

در دور ثابت؛ به علت راندن هوا به جلو توسط كمپرسور؛ طبق قانون سوم نيوتن (كه هر عملي؛ عكس العملي دارد؛ مساوي و مختلف الجهت با آن)؛ يك نيرو به طرف عقب به محور كمپرسور وارد مي‌گردد؛ برعكس در دور متغيير مثلا هنگام از كار اندازي واحد؛ بعلت كاهش ناگهاني حجم سيال و سرعت آن؛ نيرويي به طرف جلو به كمپرسور وارد مي‌شود. اين نيروها كه در جهت محور هستند بنام نيروي تراست معروف مي‌باشند و توسط ياتاقانهاي تراست (كه مخصوص تحمل نيروهاي محوري هستند) خنثي مي‌شوند .

در شكل (1-3)؛ مقطع طولي محور يك كمپرسور جريان محوري با پره‌هاي متحرك كه روي آن سوار شده‌اند؛ نشان داده شده است. ( كمپرسور مزبور متعلق به واحد 85 مگاواتي ميتسوبيشي بوده داراي 17 مرحله مي‌باشد).

شكل ( 1-3 )

درشكل(1-4)نيزهمان محور كمپرسور؛ منتهي بدون پره و در حاليكه نحوة جازدن پره هاي متحرك روي محور؛ در درون شيارهاي ديسكها؛ و محكم شدن آنها توسط يك فنر و يك پين (pin) بخوبي واضح است، نشان داده شده است.

شكل (1-4)

در شكل(1-5)، پره‌هاي ثابت كمپرسور مذكور، كه به صورت نيم چرخهايي هستند، نشان داده شده است.

شكل(1-5)

1-1-2- سيستم احتراق

اجزاء اصلي سيستم‌ احتراق عبارتند از:

1ـ محفظه يا محفظه‌هاي احتراق (بعضي واحدهاي گازي، يك، برخي دو و برخي ديگر تعداد بيشتري محفظه احتراق دارند)

2ـ نازل سوخت (سوخت پاش)

3ـ جرقه زن

4ـ شعله بين

5ـ لوله‌هاي مرتبطه شعله

6ـ قطعة انتقال دهندة گاز داغ

پایان نامه كليات و اجزاء توربين گاز