دانلود تحقیق کاربرد توربین های گاز در سیکل های ساده ترکیبی

توربین گاز ، در سیکل ساده

معرفی:

توربین گاز فراگیر ترین نوع از انواع توربین ها در حال حاضر است.

از توربین گاز میتوان در حالتهای مختلف و متنوع صنایع حاصل از قبیل تولید برق ؛ نفت گاز؛ کارخانجات پردازش ؛ صنعت هوانوردی و همچنین صنایع خانگی و کوچکتر استفاده کرد.

یک توربین گاز ضرورتآ هوای در کمپرسور خود تحت فشار قرار داده ، و سوخت به آن اضافه شده و محترق می گردد.

گاز های حاصل درون یک توربین منبسط می شوند.

شافت توربین چرخیده و کمپرس که روی همان شافت است به حرکت در آورده و بهر برداری ادامه پیدا می کند .

در یک محرک جداگانه برای تامین چرخش اولیه روتور، تازمانی که دور توربین به دور طراحی  برسد و بتواند محور بچرخاند استفاده می شود .

سیستم کمپرسور محفظه  احتراق و توربین ، با یک شافت به یکدیگر متصل هستند.

مجموعآ به عنوان گاز ژنراتور ( توربین گاز) شناخته می شود.

شکل های پایین یک توربین گاز معمولی را به صورت برش خورده و شماتیک نشان میدهد.

شکل 2: شماتیک سیستم

F:  :بخش فنی g,a :کمپرسور فشار ضعیف ؛ b,g :کمپرسور فشار قوی c : توربین  e : شافت   h  :محفظه احتراق

شکل 3:که در پایین نشان داده شده یک مقطع برش خورده .

از توربین گاز را همراه با مشخصه های بهره برداریش نشان می دهد.

توجه داشته باشید که در این مدل توربین خاص می تواند برای برق hz60,50  استفاده شود.

شکل 4: یک نمای برش خرده از توربین گاز را نشان میدهد که برای برق 60hz بکار می رود .

شکل 5:سیکل  پایه توربین گاز

سیکل پایه توربین گاز در شکل 5(دیاگرام های ts.pr ) نمایش داده شده است.

مقایسه  بین اصول بهره برداری از توربین گاز و موتور ماشین در این شکل امکانپذیر است.

شکل های 5و6را ببینید.اتوموبیل بوسیله موتور پیستونی کار میکند.(حرکت رفت و برگشتی)و به شکل عمومی (عمومآ) حجم های بسیار کوچکتری از یک توربین عکس6:مقایسه سیکل توربین گاز و سیکل موتور رفت و برگشتی  .

کاربرد توربین گاز (سیکل ساده ):

با محرک مستقیم و مکانیکی

در صنایع پایه ؛ از توربین گاز می توان در تحریک مستقیم و یا تحریک مکانیکی استفاده کرد .

در تولید برق شافت توربین گاز با شافت  توربین گاز و با شافت ژنراتور کویل شده و یا بوسیله یک جعبه دنده کاربرد تحریک مستقیم پیدا میکند.

جعبه دنده در کاربردهایی که در آنها سازندگان درخواست هر دو سرویس hz60,50 را دارند مورد نیاز است .گیربکس یا جعبه دنده به سختی 2% او توان تولیدی از توربین گاز را در این مورد مستهلک میکند.

شکل7: یک نیروگاه سیکل توربین گاز ساده 100mv در چارستون.کارونیلا جنوبی که توسط زمینس ساخته شده است.

کاربرد تولید برق مورد استفاده وسیعی در مناطق دور از ساحل (دریا) دارد حداقل کردن وزن در طراحی می باستی برای این سرویس در نظر گرفته شود و توربین گاز؛ به طور عمده از مشتقات هوا استفاده می کنند(مانند توربین گاز های متوسطه در صنایع هواپیمایی)

در کاربرد تحریک مکانیکی ، ترتیب سیستم توربین متناوب است.

در این موارد ترتیب کمپرسور ، محفظه احتراق و توربین بعنوان ژنراتور گاز شناخته می شود.

در انتهای توربین و پشت ژنراتور یک توربین آزاد قرار دارد.

که ممکن است یک یا چند مرحله داشته باشد .

این توربین از لحاظ مکانیکی با توربین گاز متصل نیست.

اما بر عکس از لحاظ مکانیکی کوچکی است.

گاهی اوقات بوسیله جعبه دنده به آن تجهیز کار آنرا می چرخاند.

کمپرسور ؛ پمپ ها در میان توربو ؛ ماشین های متحرک هستند .

عکس شماره8

شکل 8:یک توربین آزاد ساده

در کاربرد تولید برق ؛ اندازه و قدرت توربین گاز بوسیله توانی که در ژنراتور تولید می شود اندازه گیری می شود.(واحد وات ، کیلو وات و مگا وات).

در کاربرد تحریک مکانیکی قدرت توربین گاز به شکل اسب بخار اندازه گیری شود.( hp ) .

لزوما مقدار گشتاور  تولید شده  ضرب در سرعت دورانی توربین است.

لزوما مقدار گشتاور تولید شده ضرب در سرعت دورانی توربین است.

در کاربرد موتور هواپیما ؛ اگر توربین روتور را می چرخاند ( مثل هلی کوپتر) و یا ملخ را بچرخاند (هواپیما توربو پراپ) انگاه توان تولید شده به شکل اسب بخار اندازه گیری می شود.

این بدان معناست که انتقال گشتاور اصولآ از شافت توربین گاز نوعی از کاربرد تحریک مکانیکی است.

اگر موتور توربین گاز یک هواپیما به شکل یک توربو تراست یا رم جت ( مینی توربین گاز ، گاز های حاصل از احتراق به شدت بیرون پراند و نیروی محوری تولید کرده و هواپیما را به سمت جلو حرکت می دهد.) توان ان به شکل پوند نیرو نشان داده می شود.

شکل 9را ببینید.

شکل9: راندمان پیشرانه برای موتورهای ملخی بسیار بالا و برای موتورهای جت بسیار پایین است.

شکل10:توربین گاز در نقاط دور ساحل : مکانهای دور از ساحل توان خود شان تولید می کنند انتخاب نیروگاه عمومآ یک نیروگاه .مشتق از هوا(با در نظر گرفتن وزن) سیکل ساده.

بهره برداری است.

در کاربرد های دریانوردی ، توربین گاز به طور عمده ملخ کشتی را به حرکت در می آورد.

بوسیله یک گیربکس شکل11:توربین گاز در کاربرد دریانوردی ص11:کاربرد های فراگیر توربین گاز حالت بهره برداری توربین گاز یک پتانسیل خاصی از ابعاد آنرا بدست می دهد بزرگترین توربین گازهایی که امروز در دنیا وجود دارند بیشتر از 200 مگا وات تولید می کنند که توربین گاز را در زمره توربین های بخار از لحاظ کاربرد قرار میدهد.

کوچکترین توربین گاز میکرو توربین است .

میکروتوربین های موجود در صنایع تجاری به کار می روند که به طور مکرر در کاربرد توزیع برق به کار رفته و توان تولیدی آنها می تواند تا 50 کیلو وات نیز باشد.

تحقیقات روی توسعه میکروتوربین هایی تمرکز دارد و به اندازه ناخن شصت دست می باشد.

دنیای توربین های شخصی آنهایی که ممکن است مستقیمآ به شیار جریان برق در ماشین ودر منزل و در محل کار متصل شوند بعنوان تولید خانگی شناخته می شوند که امروزه یک هدف غیر قابل پیش بینی هستند.

محتویات این مقاله به طور اساسی درگیر با کاربرد تولید برق این توربین ها است.

هر چند که فهم مبانی و دیگر کاربردهای آن اجازه مانور بیشتر و طراحی بهینه تر ، بهره برداری و تعمیر و نگهداری معتبر آنرا بدست می دهد.

توربین های گاز به لحاظ تاریخچه در زمان صلح جنگ جهانی دوم وارد عرصه شدند.: ناسا تحقیقاتی را بدست گرفت که منجر به اختراع آلیاژ ی بهتر قطعات طراحی ها و تکنولوژی بالاتر شد.

این تکنولوژی به کار بردهای هوانوردی نظامی و بالاخره به کاربردهای هوانوردی تجاری انتقال پیدا کرد.

هر چند چون همان تولید کنندگان توربین گاز ها برای استفاده در روی زمین و همچنین کاربردهای دریایی می ساختند.

توربین گاز های مشتق شده از هوا تکنولوژی جدید طبیعی و طلایه دار پیشرو این تحقیقات بود.

توربین های گاز مشتقی از هوا بطور عمده توربین های گازی هستند که روی یک چهار چوب سبک و یک سطح صاف (روی زمین و یا روی عرشه کشتی)نصب می شوند توربین های مشتق از هوا عمدآ به خدمت تولید برق مشغولند بطور ویژه جای که یک پکیج کوچک و سبک از انها نیاز باشد مثل کاربرد های دور از ساحل و میدانهای نفتی .

برای مثال موتور های شرکت ولزرویس اسپی و الیم پوس هر دو موتور های هوایی هستند اما موقعی که در یک پکیج بعنوان توربین های مشتق از هوا در ساحل و یا درون دریا کار می کنند محبوب هستند.

Pratt and whitneys (موتور) در زمان خود ( به لحاظ سایز ناوگان)بزرگترین موتور هواپیما از خانواده خود بود.

این موتور اولین بار در سال 1950 به نمایش عموم در امد و حدود 000/10 پوند نیرو توان ایجاد می کرد.

تعداد بسیاری از مستند تولید کننده موتورهای 000/20 پوند نیروی تا 20 سال بوجود آمد.

این پیشرفت فرایند انرژی ( قدرت) با همان طراحی پایه معمولی بود که باعث صرفه جوی در هزینه های توسعه قطعات یدکی و تعمیر نگهداری می باشد.pwsft-8d معادل مشتق هوایی خودشان بود که هم برای تولید برق و هم برای کاربرد های تحریک مکانیکی استفاده می شد.

بطور مشابه خانواده lm6000,lm2500 ژنرال الکتریک ( مشتق از هوا)بطور عمده موتورهایی هوایی cf6-80ez هستند که برای مصارف روی زمین مورد قبول واقع شده اند آنچه که به موتور gt35 شرکت abb تعلق داشت و بعدآ به موتور gt35 شرکت الستوم تعغیر نام پیدا کرد.

( تعغیر مالک شرکت) و آنچه که موتور siems westim ,sgt500 نامیده می شود.

مثالی دیگری از موتور های مشتق هوایی هستند.

بسیاری از موتور های مشتق هوایی می توانند در کاربرد های دریایی نیز مورد استفاده قرار بگیرند.

بعضی از آنها نیز در کاربرد های به شکل همراه از قبیل تانکهای نظامی استفاده می شوند.توربین های گازی مشتق هوایی احتمالا به شکل سیستماتیک ساخته شدند این بدان معناست که موتور توربین گاز ممکن است حذف شود و یکی دیگر شبیه آن جایگزین آن شود.

سیستم جایگزین می تواند بعنوان سیستم حذف شده به ارائه خدمات بپردازد.

یک موتور صنعتی احتمالآ به شکل غیر سیستماتیک ساخته می شود.

اگر یک سنجش یا قطعه ای از موتور صنعتی دچار مشکل اساسی شود ؛ احتمالآ تمام موتور برای عملیات تعمیرات از مدار خارج می شود.

جمله توربین گاز صنعتی نشانگر چهار چوب سنگین تر و یا یک مدلی از توربین گاز است که مقصود از طراحی آن ایجاد قدرت بدون در نظر گرفتن جرم و وزن آن نسبت به قدرت تولید اشاره می کند.

یعنی انتخاب متالوژیکی مواد برای صنایع معاصر بیشترین پیشرفت را در همین زمینه منعکس کرده است.

حوزه توربین گاز یک حوزه بسیار قالب پذیر است بطوریکه بیشترین زمان ورودی به توربین ( tits ) که میتواند بوسیله طراحی متالوژی و انتخاب نوع سوخت بعنوان بهینه ترین توربین گاز از لحاظ میزان تولید قدرت باشد .

چهار چوب های صنعتی شمار.7وشماره9ژنرال الکتریک(فناوری های ‘h’,’-t’,-;f’ ) ممکن است با متالوژی شبیه به آن در موتور های جت هواپیما ها همکاری کند.

حروف f,g,h نشانگر سقف درجه حرارت و توان بیشتر ( به ترتیب حروف الفبا) هستند.

بعضی از طراحی هیا توربین ممکن است به خاطر تغییرات زیادی در مالکیت شرکتها گیج کننده به نظر برسد .

این مسئله بطور جزئی بدلیل این واقعیت است که توربین های گاز شرکت oem ( سازنده تجهیزات اورجینال .اصلی ) به شکل دائم با بروز شرکتهای مختلف و تقسیمات ویژه و مشارکت های الحاقی تغییر کند.

این بخش و بخش که در مورد سیکل ترکیبی توضیح داده خواهد شد مسائل مورد توجه متعددی درباره تاریخچه طراحی موتور و مالکیت تمامی حتی ارائه می کند.

این مورد ارتباط قابل ذکری با نقاط قوت طراحی توربین گاز دارد .

این مورد برای بهره برداران توربین گاز همانطور که بتوانند تقسیمات بهتری بگیرند اورهال مناسبی داشته باشند عملکردشان بهینه بشود و تجهیزاتشان به روز شود سیستم های کامپیوتری شان به روز شود حیاتی است.

تمام کاربردهای توربین گاز می تواند رابطه زیادی با دیگر بخش های صنعتی داشته باشد.

تولید برق اغلب کوچکترین بخش از کاربرد یک توربین گاز را شامل میشود.

مگر اینکه به شکل بار پایه و هم بار پیک مورد استفاده قرار بگیرد.

واحد های تحریک مکانیکی به احتمال زیاد نوسان های موتور بارش تجربه خواهند کرد.

برای مثال توربین های که پمپ های که حجم های متغیری از آب دریا را به داخل ماسه تزریق می کند ؛ به حرکت در می آورد.( یا نفت گاز و رسوبات ته دریا) توربین موتور هواپیما ها ممکن است نقش های مختلفی را بسته به نوع کاربرد شان بپذیرند اگر برای مثال یک خلبان اسکادران آیروباتیک( نمایش های هوایی) نیازمند به آگهی از آن باشد که موتور های هواپیما تلاش دارند تا یک فاصله ثابتی از نوک پره لیدریتیم نگه دارند ممکن است 20 برابر باعث به خطر افتادن جان لیدر تیم شود.

به عبارت دیگر تنوع پارامترهای که متعلق به عمر کل توربین گاز است همچنین عمر تجهیزات و زمان بین اورهالها ( tbes ) یک دید کلی به بهره برداران توربین گاز صرف نظر از اینکه توربین گاز در چه صنعتی کار میکند .

به آنها ارائه میکند.

درسهایی که در بخشی از صنعت مثلآ متالوژی توربین و سیستم های بهره برداری از قبیل کنترل و پایش وضعیت قرار گرفته می شوند.

می توانند به شکلی دردیگر کاربردهایی توربین گاز به کار گرفته شوند.

تاریخچه توربین گاز : توسعه توربین گاز در کشورهای مختلفی اتفاق افتاد .

بسیاری از دانشکده های حقوق و سرمایه گزاران طرحهای نو روی توربین گاز فرانک ویتل که در سال 1941 باعث به پرواز در آمدن هواپیما شد سرمایه گذاری کردند.

بر خلاف این واقعیت که بودجه توسعه و تحقیق ناسا که امروزه باعث پیشرفت پرواز موتورهای دریایی و غیر دریایی؛ شد.

اولین موتور جت