تبلیغات
fluid_flow - کاربردهای توربین گاز : Gas Turbine Usage
fluid_flow
پژوهشهای علمی باعث ایجاد حرکتهای نوین در عرصه تکنولوژی می شود
پنجشنبه 24 دی 1388

کاربردهای توربین گاز : Gas Turbine Usage

پنجشنبه 24 دی 1388

نوع مطلب :
نویسنده :کاوه شریفی

Gas Turbine Usage

کاربردهای توربین گاز :

 

مقدمه :

توربین های گاز از جمله ابداعات ارزشمندی است که طی یک قرن گذشته خدمات زیادی به بشر نموده است بطوریکه تصور دنیایی که در آن از توربین گاز استفاده نشود غیر ممکن است . اما توربین های گاز انواع خیلی متفاوتی دارند و به همین شکل نیز کاربردهای آنان مختلف است امروزه همه هواپیماهای مدرن از موتور جت استفاده می کنند که قلب اصلی آن یک توربین گاز است استفاده از توربین گاز برای تامین نیروی محرکه کشتی های چند صد هزارتنی اقیانوس پیما بصورت امری عادی در آمده است . بخش عمده ای از نیروی برق مصرفی کشورها توسط توربین های گاز تامین می شود که چون اینگونه توربین های ظرف 10 تا 15 دقیقه در سرویس می شوند برای تامین نیروی برق در ساعات حداکثر مصرف از این توربین های استفاده می شود . ضمن اینکه خیلی جاها از این توربین ها برای تامین برق پایه هم استفاده می شود .

این نیروی رانش توربین گاز است که قادر است هواپیماهای مسافربری و باری و نیز هواپیماهای جنگنده بمب افکن را چون برق و صاعقه از زمین کنده شود و به پرواز در آید و به چنان سرعت های مهیبی دست پیدا کند که دیوار صوتی را هم بشکند .

اما توربین های گاز با همه محاسنی که دارند دارای یک عیب عمده هستند و آن راندمان پائین این توربین های در مقایسه با سایر موتورهای درونسوز و حتی توربین های بخار است که متویط راندمان این توربین های حدود 35% است اما بتازگی با پیشرفت هایی که در زمینه متالورژی صورت گرفته است و نیز استفاده از روش هوشمندانه سیکل ترکیبی توانسته اند راندمان توربین های گاز را حتی به 60% هم برسانند و این روند همچنان ادامه دارد .

توربین های بخار بخاطر مانند موتورهای درونسوز دارای سیلندر و پبستون نیستند و مکانیزم عمل آنها متفاوت است کمتر دچار خرابی می شوند و عمر طولانی تری دارند .

علت نامگذاری این توربین های بخاطر این است که سیال مورد استفاده در این توربین های گاز است ولی سوخت آنها هم می تواند گاز باشد و هم سوخت مایع و یا حتی سوخت جامدی که بصورت گاز در آمده است .

توربین گاز قطعات حساسی دارد که از جمله آنها تیغه های توربین است که فن آوری پیچیده ای دارد و نیز سیستم های کنترل آن بسیار پیچیده است بنابراین ساخت توربین گاز نیاز به فن آوری بالایی دارد و کار هر کشوری نیست . در متن زیر به برخی کاربردهای توربین گاز بطور خلاصه و ساده پرداخته شده است :

 

 

درتوربین گاز مورد استفاده در هواپیما از نیروی خروجی توربین برای چرخاندن کمپرسور استفاده می شود . ( که این کمپرسور می تواند یک فن یا محور چرخنده باشد ) سپس این  هوای گرم خروجی از توربین از طریق یک شیپوره (نازل ) بدرون اتمسفر تخلیه می شود و همین خروج گازهای داغ است که نیروی رانش لازم برای حرکت هواپیما را فراهم می کند . شکل 1




Figure 1a. Schematic for an aircraft jet engine

شکل 1 آ : نمای شماتیک از یک موتور هواپیمای جت


Figure 1.b A land-based gas turbine.

شکل 1 ب توربین گاز ثابت

نمونه ای از موتور جت در شکل 2 نشان داده شده است. چنین موتوری می تواند بین 100 پوند تا 100 هزار پوند نیروی تراست (محوری ) تولید کند با وزنی حدود 30 تا 20 هزار پوند . کوچکترین موتورهای جت برای تجهیزاتی چون موشک های کروز مورد استفاده قرار می گیرد و و بزرگترین آنها در نسل های جدید هواپیماهای تجاری مورد استفاده اند . موتور جت شکل 2 یک موتور توربوفن دار است که کمپرسوری باقطر زیاد در دهانه آن نصب شده است . نیروی تراست این موتور هم از طریق عبور هوا از طریق فن (هوای بای پاس ) و نیز از طریق خود ژنراتور گاز تولید می شود . توربوفن های با سطح جلویی فراخی که دارند بیشترین نیروی تراست را با کمترین سرعت برخاستن  (takeoff) تولید می کند و همین امر است که باعث می شود این موتور ها برای استفاده در هواپیماهای مسافربری و تجاری مناسب باشند .


Figure 2. A modern jet engine used to power Boeing 777 aircraft.
This is a Pratt & Whitney PW4084 turbofan which can produce 84,000 pounds of thrust. It has a 112-inch diameter front-mounted fan, a length of 192 inches (4.87 m) and a weight of about 15,000 pounds (6804 kg). The nozzle has been disconnected from this engine.

شکل 2 آ : موتورهای جت جدید که در هواپیمای بوئینگ 777 مورد استفاده قرار می گیرند .

 این نمونه ای از موتورهای توربوفن دار پرات و ویتنی مدل : PW4084  است که می توانند تا 84 هزار پوند نیروی تراست تولید کنند این موتورها دارای فن نصب شده رد قسمت جلو هستند که  قطری معادل 112 اینچ دارد و طول آن هم 192 اینچ (87/4 متر ) است و وزنی حدود 15 هزار پوند (6804 کیلوگرم ) دارند نازل این موتور از آن جدا شده است .

 

توربو جت دارای فن نیستند و تمام نیروی تراست را از طریق عبور هوا از ژنراتور گاز تولید می کنند . توربو جت ها ناحیه پیشانی کوچکتری دارند و بیشترین نیروی تراست را در سرعت بالا ایجاد می کنند و به همین جهت است که این نوع موتورها مناسب استفاده در هواپیماهای جنگنده هستند .

در  توربین های غیر هوانوردی بخش از نیروی توربین گاز برای چرخاندن کمپرسور هوا مورد استفاده قرار می گیرد و باقی مانده نیروی تولید شده توسط توربین که نیروی مفید آن است بعنوان نیروی خروجی برای چرخاندن محور مولد نیرو  مورد استفاده است مثلا این محور می تواند محور یک ژنراتور الکتریکی باشد یا اینکه محور پروانه حرکت دهنده یک کشتی باشد .

نمونه ای از توربین های گازی ثابت در شکل 3 نشان داده شده است . که توربین گاز آیرودرویتیو است که به معنی واحد سبک وزن تر بر گرفته از موتور هواپیمای جت است . واحد های سنگین تر که مخصوص کاربردهای ثابت طراحی شده اند بنام ماشین های صنعتی با فریم می شناسند .

اگر چه توربین های گاز آیرو درویتیو کاربرد گسترده ای در تولید جریان الکتریکی پایه دارند از این توربین های به وفور برای چرخاندن کمپرسورهای مورد استفاده در خطوط گاز طبیعی , تامین نیروی محرکه کشتی های و نیز تامین برق در مواقع حداکثر مصرف استفاده می شود . سیستم های مکمل حداکثر مصرف را به همراه نیروگاههای توربین بخار و نیروگاه برق هیدروالکتریک مورد استفاده است تا در مواقع حداکثر مصرف برق مانند روزهای گرم تابستان که در اغلب شهرها از تهویه مطبوع استفاده می شود از این سیستم های مکمل استفاده شود .


Figure 3. A modern land-based gas turbine used for electrical power production and for mechanical drives. This is a General Electric LM5000 machine with a length of 246 inches (6.2 m) and a weight of about 27,700 pounds (12,500 kg). It produces maximum shaft power of 55.2 MW (74,000 hp) at 3,600 rpm with steam injection. This model shows a direct drive configuration where the l.p. turbine drives both the l.p. compressor and the output shaft. Other models can be made with a power turbine.

شکل 3 توربین های گاز مدرن ثابت برای تولید برق و تولید نیروی مکانیکی  مورد استفاده قرار می گیرند . این مدل LM5000 ساخت کارخانه جنرال الکتریک است که طول آن 246 اینچ (2/6 متر ) و وزنی معادل 277000 پوند (12500 کیلوگرم ) دارد این موتور حداکثر توان خروجی اش 2/55 مگاوات (74هزار اسب بخار ) در 3600 دور در دقیقه است که با تزریق بخار کار می کند . این مدل حرکت را بطور مستقیم از یک توربین کم فشار و یک کمپرسور کم فشار بدست می آورد برخی مدلهای دیگر ممکن است که دارای یک توربین قدرت نیز باشند .

 

برخی از مزیت ها عمده توربین گاز عبارتند از :

1-     قادر است که میزان زیادی توان مفید را به ازای وزن و اندازه کوچکی تولید کند .

2-     بعلت اینکه حرکت همه این قطعات عمده بشکل چرخش محض اشت ( بدین معنی که هیچ حرکت رفت و برگشتی و پیستونی ندارد ) عمر مکانیکی آن طولانی و تعمیر و نگهداری آن هم نسبتا ارزان است .

3-     اگر چه توربین های گاز نیاز دارند که با استفاده از یک نیروی خارجی راه اندازی شوند ( مثلا یک موتور خارجی کوچک یا منبع دیگری مانند یک توربین گاز دیگر ) می توانند برخلاف توربین های بخار که راه اندازی آنها ساعت ها طول می کشد  در مدت کوتاهی به حداکثر نیروی خروجی خود برسند .

4-     این گونه توربین های قادرند که طیف وسیعی از سوخت ها را مورد استفاده قرار دهند . گاز طبیعی رایج ترین سوخت توربین های ثابت است در حالیکه توربین های مورد استفاده در هواپیما از برش های سبک نفتی ( شبیه نفت سفید ) برای سوخت استفاده می کنند . گازوئیل و یا زوائد نفتی که تحت تصفیه خاص قرار گرفته اند نیز می توانند برای سوخت مورد استفاده قرار گیرند و نیز گازهای قابل احتراق خروجی از کوره های بلند blast furnaces و سوخت ها جامدی که بصورت گاز در آمده یا تصفیه مجدد شده اند مانند ذغالسنگ , تراشه های چوب و باگاس bagasse.  نیز می تواند بدین منظور مورد استفاده قرار گیرد .

5-     سیال مورد استفاده در این توربین ها ؛ هوای اتمسفر است توربین گاز هنگامی که بعنوان منبع تولید برق پایه مورد استفاده است نیازی به خنک کننده ندارد ( منظور آب است ) .

در گذشته یکی از معایب  اصلی توربین گاز , راندمان پائین آن بوده است ( که سوخت بیشتری را هم هدر می داده است ) که در مقایسه با سایر موتورهای احتراق داخلی و نیز نیروگاههای توربین بخار راندمان پائینی داشته است . اما در طی تین 50 سال گذشته تحقیق و توسعه پیوسته ای که در زمینه مهندسی صورت گرفته است باعث شده است که راندمان این توربین های از 18% در سال 1939 به 40% برای توربین های چرخه ساده  در حال حاضر برسد . و نیز تا حدود 55% برای توربین های سیکل ترکیبی افزایش پیدا کند .

ساخت توربین هایی با راندمان باز هم بالاتر از این مقدار در دست مطالعه است و پیش بینی می شود که راندمان توربین های چرخه ساده به بیش از 45 تا 47% برسد و این راندمان در حالت سیکل ترکیبی به 60% هم خواهد رسید . این پروژه های در نظر دارند که این راندمان رابه مقداری بیشتر از راندمان نیروگاههای توربین  بخاری برساند .

مقاله اصلی این بخش از : مقدمه ای بر توربین های گاز برای غیر مهندسان که توسط لی .اس لانگستون از دانشگاه کانکتیکت نوشته شده است اخذ شده است که می توان آن را در انتشارات موسسه بین المللی توربین گاز " اخبار جهانی توربین گاز " جلد 37 شماره 2 ساتل 1997 پیدا کرد .

 




guardian stone second war hack
شنبه 5 اسفند 1396 10:30 ب.ظ
همسر من و من با یک صفحه دیگر در اینجا باهم برخورد کردیم و فکر کردیم که ممکن است چیزهایی را نیز بررسی کنیم.
من چیزی را که می بینم دوست دارم بنابراین من فقط به دنبال شما هستم. به جلو بروید تا صفحه وب خود را برای دومین بار مرور کنید.
garage door installation cost nj
چهارشنبه 2 اسفند 1396 01:28 ق.ظ
Garage Door Installation Arlington Heights, CA.
www.facebook.com
سه شنبه 1 اسفند 1396 09:14 ب.ظ
So, get Skilled Cleaning Companies now.
Nelly
شنبه 9 دی 1396 11:35 ق.ظ
Hello just wanted to give you a quick heads up. The text in your article seem to be running off the screen in Opera.
I'm not sure if this is a format issue or something to do with internet
browser compatibility but I figured I'd post to let you know.

The design and style look great though! Hope you get the issue resolved soon. Many thanks
Ronny
جمعه 17 آذر 1396 12:27 ق.ظ
It is appropriate time to make some plans for the future and it is time to be happy.
I've read this post and if I could I wish to suggest you few interesting things or tips.

Perhaps you can write next articles referring to this article.
I wish to read even more things about it!
Itamar Serp
دوشنبه 15 آبان 1396 12:32 ب.ظ
Pretty nice post. I just stumbled upon your blog and wanted to say that I have truly
enjoyed browsing your blog posts. In any case I will be subscribing to your rss feed and I hope you write again soon!
Umanizzare presidios
دوشنبه 15 آبان 1396 12:09 ب.ظ
It's remarkable in favor of me to have a website, which is beneficial
designed for my know-how. thanks admin
Carlos Eduardo Veiga
شنبه 13 آبان 1396 05:51 ب.ظ
You could certainly see your expertise within the
article you write. The arena hopes for even more passionate writers like you who aren't afraid to say how they believe.
Always go after your heart.
ip camera
چهارشنبه 10 آبان 1396 05:42 ق.ظ
We are a gaggle of volunteers and opening a brand
new scheme in our community. Your website provided us with helpful info to
work on. You've done an impressive process and our whole neighborhood will
likely be thankful to you.
website design
پنجشنبه 4 آبان 1396 12:04 ق.ظ
Good post however I was wanting to know if
you could write a litte more on this topic? I'd be very thankful if you could elaborate
a little bit more. Bless you!
Lelio Vieira Carneiro
چهارشنبه 3 آبان 1396 10:31 ب.ظ
I do not even know how I ended up here, but I thought this post was good.
I don't know who you are but definitely you're going to
a famous blogger if you aren't already ;) Cheers!
Luiz Fernando Monteiro Bittencourt
چهارشنبه 3 آبان 1396 06:22 ق.ظ
Wow that was strange. I just wrote an very long comment but after I clicked submit my comment didn't appear.

Grrrr... well I'm not writing all that over again. Regardless, just wanted to say great blog!
phones allow
چهارشنبه 3 آبان 1396 03:03 ق.ظ
you're in reality a good webmaster. The web site loading velocity is amazing.
It kind of feels that you are doing any unique trick.
In addition, The contents are masterwork. you've done a great activity on this subject!
Lelio Junior
سه شنبه 2 آبان 1396 10:09 ب.ظ
Hi! I know this is somewhat off topic but I was wondering which blog platform
are you using for this site? I'm getting fed up of Wordpress because I've had problems with hackers and I'm looking at alternatives for another platform.

I would be awesome if you could point me in the direction of a good platform.
Grupo Coral fraude
سه شنبه 2 آبان 1396 03:24 ب.ظ
I have been surfing online more than 2 hours today,
yet I never found any interesting article like yours.
It is pretty worth enough for me. Personally, if all
website owners and bloggers made good content as you did, the web will be a lot
more useful than ever before.
tercio borlenghi jr
سه شنبه 2 آبان 1396 02:39 ق.ظ
I really like reading an article that will make people
think. Also, many thanks for allowing for me to comment!
Lélio Vieira Carneiro Junio
دوشنبه 1 آبان 1396 05:30 ب.ظ
I got this web site from my friend who told me about this
web site and now this time I am browsing this website and
reading very informative posts at this place.
Lelio Vieira Carneiro Junior
دوشنبه 1 آبان 1396 03:58 ب.ظ
If some one needs to be updated with most up-to-date technologies then he must
be pay a visit this website and be up to date every day.
Jose Wilame Araujo Rodrigues
دوشنبه 1 آبان 1396 11:31 ق.ظ
I'd like to thank you for the efforts you have put in writing this site.
I really hope to view the same high-grade blog posts from you in the future as well.
In truth, your creative writing abilities has encouraged me to get my own, personal blog now ;)
Hosea
یکشنبه 30 مهر 1396 12:08 ق.ظ
Hi, i read your blog occasionally and i own a similar one and i was just curious if you
get a lot of spam feedback? If so how do you reduce it, any plugin or anything you can advise?
I get so much lately it's driving me insane so any assistance is
very much appreciated.
pay monthly phone
شنبه 29 مهر 1396 10:13 ب.ظ
wonderful put up, very informative. I wonder why the
other experts of this sector do not notice this. You must proceed your
writing. I am sure, you have a huge readers'
base already!
José Wilame Araújo Rodrigues
جمعه 28 مهر 1396 07:29 ق.ظ
magnificent points altogether, you just won a new
reader. What might you suggest in regards to your post that you simply made a few days in the past?

Any positive?
Lelio Junior
پنجشنبه 27 مهر 1396 11:13 ب.ظ
Wow that was odd. I just wrote an really long comment but after I clicked submit my comment didn't show up.
Grrrr... well I'm not writing all that over again. Regardless,
just wanted to say superb blog!
Itamar Serp
پنجشنبه 27 مهر 1396 03:04 ق.ظ
I relish, result in I found just what I used to be having a look
for. You've ended my 4 day lengthy hunt! God Bless you man. Have a great day.
Bye
domain availability
چهارشنبه 26 مهر 1396 11:00 ق.ظ
Thanks for another informative website. The place else could I get that kind
of info written in such an ideal means? I've a challenge that
I am simply now running on, and I have been at the glance out for such info.
contract phones reduces
سه شنبه 25 مهر 1396 09:15 ب.ظ
Unquestionably believe that which you stated.
Your favorite reason seemed to be on the net the easiest
thing to be aware of. I say to you, I definitely get irked while people think about
worries that they plainly do not know about. You managed to hit the nail upon the top and
also defined out the whole thing without having side-effects , people
can take a signal. Will likely be back to get more. Thanks
timex watch
یکشنبه 23 مهر 1396 06:17 ق.ظ
Admiring the dedication you put into your website and detailed information you provide.
It's awesome to come across a blog every once in a while
that isn't the same out of date rehashed information. Great read!
I've saved your site and I'm adding your RSS feeds to my Google account.
jordan soccer jersey
جمعه 21 مهر 1396 08:29 ب.ظ
Howdy! Do you know if they make any plugins to safeguard
against hackers? I'm kinda paranoid about losing everything I've worked hard
on. Any recommendations?
irregular heart rhythms
سه شنبه 18 مهر 1396 05:40 ب.ظ
Everything is very open with a precise explanation of the challenges.
It was definitely informative. Your site is extremely helpful.
Thank you for sharing!
hey
سه شنبه 18 مهر 1396 03:10 ق.ظ
Hello there, You've done an excellent job. I will certainly
digg it and personally suggest to my friends.
I am sure they'll be benefited from this website.
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر
نمایش نظرات 1 تا 30