• بازدید : 65 views
  • بدون نظر
این فایل در ۱۷۸صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

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:
۱-۱-۱ـ كمپرسور
۱-۱-۲ـ اتاق احتراق 
۱-۱-۳ـ توربين 
ترتيب قرار گرفتن اجزاء فوق ؛ در رابطه با يكديگر در شكل زير بوضوح پيدا است :
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 )۱-۲) ؛ نماي كلي جانبي يك نوع توربين گاز؛ (AEG   ؛ ساخت آلمان؛ با قدرت ۲۵ مگاوات ( براي آشنايي با ترتيب قرار گرفتن اجزاء مختلف ؛ در توربيثن هاي گاز ؛ نشان داده شده است .
۱-۱-۱- 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 (۱-۳)؛ مقطع طولي محور يك كمپرسور جريان محوري با پره‌هاي متحرك كه روي آن سوار شده‌اند؛ نشان داده شده است. ( كمپرسور مزبور متعلق به واحد ۸۵ مگاواتي ميتسوبيشي بوده داراي ۱۷ مرحله مي‌باشد).
درشكل(۱-۴)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.
 
۱-۱-۲- سيستم احتراق
اجزاء اصلي سيستم‌ احتراق عبارتند از:
۱ـ محفظه يا محفظه‌هاي احتراق (بعضي واحدهاي گازي، يك، برخي دو و برخي ديگر تعداد بيشتري محفظه احتراق دارند)
۲ـ نازل سوخت (سوخت پاش)
۳ـ جرقه زن
۴ـ شعله بين
۵ـ لوله‌هاي مرتبطه شعله
۶ـ قطعة انتقال دهندة گاز داغ
 
۱-۱-۲-۱- محفظه احتراق:
هواپس از خارج شدن از كمپرسور؛ وارد محفظه يا محفظه‌هاي احتراق مي‌گردد. در شكل (۱-۷)؛ يك محفظة احتراق كه متعلق به واحد ۸۵ مگاواتي ميتسوبيشي (با ۱۸ اتاق احتراق) مي‌باشد؛ نشان داده شده است.
 
همانطور كه در شكل (۱-۶)؛ نشان داده شده است؛ محفظه احتراق به دو ناحيه تقسيم مي‌شود: يكي ناحية احتراق و ديگر ناحيه ترقيق. در ناحية احتراق همانگونه كه مشخص است؛ سوخت و هوا با هم مخلوط شده و عمل احتراق صورت مي‌گيرد. در اين ناحيه، هر هوايي كه وارد محفظه احتراق مي‌شود، هواي احتراق است و در فعل و انفعال احتراق شركت مي‌كند. در اين ناحيه، مقداري هوا از طريق شعله پخش كن كه در پشت نازل سوخت قرار دارد، وارد محفظه مي‌گردد (كه وظيفه آن ايجاد حالت دوراني و گردابهاي احتراق مي‌باشد كه راندمان احتراق را افزايش مي‌دهد)، به مقداري هوا نيز از طريق سوراخهاي ريز ديواره محفظه و همچنين مقداري هوا از طريق سوراخهاي درشتي كه در اين ناحيه قرار گرفته‌اند، وارد محفظة احتراق مي‌گردد.
در ناحيه ترقيق، محصولات احتراق ناحيه اول، كه همان گازهاي داغ مي‌باشد، توسط هواي اضافي، رقيقتر شده و دماي آن پايين آورده مي‌شود. در اينجا مقداري هوا از طريق سوراخهاي ريز ديواره محفظه و مقداري نيز از راه سوارخهاي درشت كه در اين ناحيه قرار دارند، وارد محفظه مي‌گردند.
علت لزوم ترقيق هوا، بالا بودن دماي گاز حاصل از احتراق است (براي يك توربين با قدرت ۲۵Mw، حدود ۱۲۰۰ درجه سانتيگراد) كه هدايت اين گاز با دماي بالا روي پره‌هاي توربين مي‌تواند باعث صدمه زدن به پره‌ها و ساير قطعاتي كه در معرض گاز داغ قرار دارند، بشود دماي گازحاصل از احتراق، پس از ترقيق، در توربيني به قدرت ۲۵Mw، به حدود ۹۴۰ درجه سانتيگراد بايد توجه داشت كه محفظه احتراق داخل يك محفظه ديگر قرار مي‌گيرد و هواي خروجي كمپرسور در خلاف جهت حركت گاز حاصل از احتراق (كه از طرف نازل به طرف توربين مي‌باشد) ، وارد فاصله بين محفظه احتراق و محفظه رويي مي‌شود تا اولا بصورت عايقي بين اتاق احتراق و پوسته خارجي عمل كرده و ثانيا بدنه محفظه احتراق و قطعه انتقال دهنده گاز داغ را خنك كند و ثالثا هواي لازم جهت احتراق و ترقيق را فراهم آورد.
۱-۱-۲-۲- نازل سوخت:
نازل سوخت يا سوخت‌پاش، كه وظيفه پاشيدن سوخت در اتاق احتراق را دارد، ممكن است مخصوص يك سوخت يا دو سوخت مختلف (دوگانه) طراحي شده باشد. در صورت استفاده از دو سوخت مختلف به طور همزمان، نازل دوگانه قادر است درصدهاي تعيين شده از دو سوخت را با هم در اتاق احتراق بپاشد.
درهمين جا خوب است اشاره‌اي هم به اثر نوع سوخت مصرفي واحد گازي روي عمر قطعات واقع در مسير گاز داغ داشته باشيم. در واقع هر قدر سوخت سنگين‌تر باشد، به علت اثر خوردگي شيميايي كه روي قطعات مسير گاز داغ دارد، بيشتر از عمر قطعات مي‌كاهد مثلا اگر دو واحد مشابه كه يكي با سوخت گازوئيل و ديگري با سوخت گاز كار مي‌كنند را در نظر بگيريم، عمر قطعات واحد اول قطعات از عمر قطعات واحد دوم كمتر خواهد بود، و اگر واحد سومي را در نظر بگيريم كه با سوخت مخلوط (گاز و گازوئيل) كار مي‌كند، عمر قطعات آن از هر دو واحد قبلي كمتر خواهد بود.
سوخت مايع (معمولا گازوئيل) به علت غلظت بالاتر از گاز، براي آنكه به خوبي با هوا، در اتاق احتراق مخلوط شود و احتراق خوبي داشته باشيم، بايد در موقع ورود به نازل فشار بالايي داشته باشد يا اينكه به همراه آن هواي اتميزه كننده نيز داشته باشيم را در پودر كردن سوخت، اختلاط خوب آن با هوا و در نتيجه داشتن احتراق خوب كمك كند. در ضمن، معمولا در زماني كه واحد با سوخت گاز كار مي‌كند، ممكن است به مرور زمان، به علت ناخالصيهاي موجود در سوخت، ذرات حاصل از احتراق، دهانه نازل گازوئيل را كه تنگتر است، مسدود كند و در تبديل از سوخت گاز به گازوئيل دچار اشكال شويم. براي همين منظور، در هنگام استفاده از سوخت گاز تنها معمولا با عبور گاز از مسير سوخت گازوئيل در نازل، مجراي مربوطه را بازنگه مي‌دارند. به گازي كه اين مسئوليت را به عهده دارد، گاز جاروب كننده مي‌گويند.

۱-۱-۲-۳- جرقه زن:
وظيفه جرقه زن يا جرقه زنها اين است كه در زمان مناسب كه مربوط مي‌شود به مراحل ترتيبي راه‌اندازي واحد گازي، (معمولا در حدود ۲۰% دور نامي، يعني زماني كه با عبور هوا با فشار مناسب، مسير گازداغ از اجرام و مواد قابل احتراق جاروب شده است)، در اتاقهاي احتراق جرقه ايجاد كنند تا احتراق آغاز گردد. ساختمان و طرز كار جرقه زن، بسيار شبيه به شمع موتور اتومبيل مي‌باشد، (با دادن ولتاژ بالايي چندين كيلوولت بين دو الكترود جرقه زن، جرقه ايجاد مي‌شود). معمولا براي اطمينان بالاتر، از دو جرقه زن در مجموعه اتاقهاي احتراق استفاده مي‌شود. معمولا ساختمان جرقه زنها طوري است كه با بوجود آمدن شعله و بالا رفتن فشار در داخل اتاق احتراق، الكترودها جرقه زن بيرون رانده مي‌شوند تا از معرض شعله دور باشد.

۱-۱-۲-۴- شعله بين :
وظيفه شعله بين (كه معمولا  تعداد آن در مجموعه اتاقهاي احتراق دو شعله بين مي‌باشد)، آن است كه وجود يا عدم وجود شعله را در اتاق يا اتاقهاي احتراق به قسمت كنترل واحد گازي و نيز به اپراتور واحد، گزارش كند. در واقع هنگام راه‌اندازي در حدود ۲۰%‌ دور نامي كه جرقه زده مي‌شود در صورت برقراري اجازه انجام مراحل بعد داده مي‌شود و در غير اينصورت، چند بار ديگر عمل جرقه زدن تكرار مي‌گردد و در صورت عدم برقراري شعله، واحد گازي بطور اتوماتيك خاموش مي‌گردد، يعني سوخت قطع مي‌شود (و اصطلاحا واحد تريپ داده مي‌شود). و درهنگام كار عادي واحد نيز، در صورتيكه هر دو شعله بين گزارش دهنده كه شعله محو شده است، واحد تريپ داده مي‌شود. تريپ واحد در هر دو صورت فوق بخاطر جلوگيري از جمع‌ دن سوخت در اتاقهاي احتراق و وارد شدن آن به مسير گاز داغ و خطرات ناشي از آتش‌سوزي مي‌باشد (در هنگام كار عادي واحد، بعلت داغ بودن قطعات مسير گازداغ، در صورتيكه سوخت در اتاقهاي احتراق جمع شود و وارد توربين گردد، احتمال آتش سوزي بالاست). 

۱-۱-۲- ۵ – لوله هاي مرتبطة شعله:
وظيفه لوله‌هاي مرتبطة شعله، كه بين اتاقهاي احتراق مجاور قرار مي‌گيرد، البته در واحدهاي گازي كه از چند اتاق احتراق استفاده مي‌كند، انتقال شعله از اتاقهاي احتراق كه در آنها جرقه زده مي‌شود به اتاقهاي احتراق ديگر مي‌باشد. در شكل زير، ترتيب قرار گرفتن اتاقهاي احتراق واحد گازي AEG (25 مگاواتي)، دور محور كمپرسور ـ توربين، و نيز جرقه‌زنها، شعله بينها، لوله‌هاي مرتبطة شعله، پوسته داخلي و خارجي و اتاقهاي احتراق و شيراستارت ناموفق (كه زير پايين ترين اتاق احتراق نصب شده و زمانيكه در برقراري شعله در اتاقهاي احتراق در هنگام راه‌اندازي واحد توفيق حاصل نمي‌شود، سوخت جمع شده در اتاقهاي احتراق را تخليه مي‌نمايد) نشان داده شده است.
 
۱-۱-۲-۶- قطعه انتقال دهندة گاز داغ 
اين قطعه، به انتهاي اتاق احتراق وصل مي‌شود و وظيفه آن هدايت گاز داغ حاصل از احتراق (البته پس از ترقيق) روي پره‌هاي توربين مي‌باشد.
در شكل (۱-۸)، يك نمونه قطعه انتقال دهنده كه مربوط به واحد ۸۵ مگاواتي ميتسوبيشي مي‌باشد نشان داده شده است.
در شكل (۱-۹)، مجموعه يك اتاق احتراق و قطعه انتقال دهنده، كه به هم متصل شده‌اند و وضعيت نسبي آنها در واحد گازي در رابطه با كمپرسور و توربين نشان داده شده است.
(شكل مربوط است به واحد ۸۵ مگاواتي ميتسوبيشي). قابل ذكر است كه اتاق احتراق و قطعه انتقال دهنده، به كمك مترهاي مخصوصي به نام متر آببندي كه روي انتهاي اتاق احتراق قرار دارد و در شكل (۱-۶) به خوبي واضح است، به يكديگر وصل و محكم مي‌شود.
در شكل (۱-۱۰) مجموعة كاملي از يك اتاق احتراق، قطعه انتقال دهنده گاز داغ مسير ورود هواي خروجي كمپرسور به فاصله بين پوسته خارجي و لايه داخلي اتاق احتراق، نواحي احتراق و ترقيق مسيرهاي هواي مربوط به هر ناحيه، جرقه زن نازل سوخت دوگانه، و مسير عبور داغ در داخل اتاق احتراق و قطعه انتقال دهنده به طرف توربين نشان داده شده است. (شكل مربوط به واحدهاي گازي GE جنرال الكتريك مي‌باشد).
۱-۱-۳- توربين گاز:
گازهاي داغ حاصل احتراق، پس از عبور از قطعه انتقال دهنده، وارد توربين شده، انرژي مفيد خود را به پره‌هاي توربين داده، منبسط مي‌شوند و از فشار و دمايشان كاسته شده، سپس از طريق اگزوز به اتمسفر تخليه مي‌گردند.
گازهاي داغ، در توربين، ابتدا با پره‌هاي ثابت برخورد كرده زاويه ايشان تصحيح شده به سرعتشان افزوده مي‌گردد سپس به پره‌هاي متحرك توربين برخورد مي‌كند انرژي جنبشي خود را به آنها منتقل كرده، در آنها انرژي مكانيكي بصورت نيروي گشتاوري ايجاد مي‌كند و اين امر تا مرحله آخر توربين ادامه دارد.

عتیقه زیرخاکی گنج