دو مورد از رایج ترین کاربردهای توربین های گازی در صنایع مدرن توربو ژنراتور و توربو کمپرسور هستند.
من سعی میکنم به یک گاز توربو ژنراتور (GTG) نزدیک شوم تا سوژه را بهتر احساس کنم.
نمای کلی توربین گازی
در یک نیروگاه توربین گازی، یک ژنراتور وجود دارد که یک ماشین الکتریکی است.
اما برای تولید برق، این ژنراتور به یک پرایم موور نیاز دارد که برای مثال من یک توربین گاز است.
توربین گاز انرژی شیمیایی موجود در سوخت، به عنوان مثال، گاز طبیعی یا سوخت مشابه را به انرژی مکانیکی تبدیل میکند.
سپس انرژی مکانیکی تولید شده توسط شفت خروجی توربین از طریق یک گیربکس به شفت ژنراتور منتقل میشود.
اکنون ژنراتور من میتواند انرژی الکتریکی ایجاد کند.
این شکل اولیه انرژی الکتریکی معمولاً سطح ولتاژ پایین یا متوسطی دارد و برای مدیریت بهتر تلفات برق در خطوط انتقال، این ولتاژ باید توسط ترانسفورماتورهای افزایش دهنده افزایش یابد.
این گونه ترانسفورماتورها سطح مناسبی از ولتاژ را به انرژی الکتریکی میدهند تا از طریق خطوط انتقال منتقل شده و به شبکه تحویل داده شود.
اصول عملکرد پایه توربین گازی
ابتدا، موشکی را تصور کنید که در آن مقداری سوخت بسوزد و گاز خروجی با فشار بالا ایجاد کند. بر اساس قانون بقای انرژی، انرژی شیمیایی سوخت در گاز خروجی فشار بالا به انرژی مکانیکی تبدیل میشود.
هنگامی که یک موشک شلیک میشود، نیروی رانش این گاز خروجی، موشک را به جلو میبرد. این مقدار علم موشک برای من کافی است و حالا فرض کنید بدنه موشک را با ساختار مکانیکی محکمی درست کنم تا از حرکت آن جلوگیری کنم.
چه اتفاقی میافتد؟
گاز اگزوز پرفشار باید آزاد شود و راهی جز عقب نخواهد داشت!
اکنون این ساختار را در ذهن داشته باشید و تصور کنید که من مجموعهای از پرههای توربین را در مسیر این اگزوز با فشار بالا قرار میدهم.
میبینید که آزاد شدن انرژی مکانیکی که بیشتر در جهت "خطی" به سمت عقب است، بیشتر به نوعی حرکت چرخشی محور توربین تبدیل میشود و تاکنون میتوانم بگویم که این یک موفقیت بزرگ است، یعنی تبدیل ماده شیمیایی انرژی گاز سوخت به انرژی مکانیکی چرخشی شفت توربین.
اکنون من یک "Prime Mover" برای ژنراتور خود در مثال نیروگاه فوق دارم. همچنین، این مفهوم پرایم موور را میتوان در کاربردهای مختلفی مانند کمپرسورهای توربو یا موارد مشابه استفاده کرد.
اکنون که اصول اولیه توربینهای گازی را فهمیدم، بیایید روی یک توربین گاز مدرن و اجزای آن تمرکز کنیم.
اجزای توربین گازی
به احتمال زیاد شما در مورد "مثلث آتش" یا "مثلث احتراق" میدانید که اجزای لازم آتش یا احتراق را نشان میدهد، یعنی "سوخت"، "هوا" و "گرما".
برای تبدیل انرژی شیمیایی گاز سوخت به انرژی مکانیکی، سوخت باید در "محفظه احتراق" یک توربین گاز سوزانده شود، بنابراین من نیاز به هوا و گرما اضافه شده به سوخت دارم.
هوا از طریق "Air Intake" وارد توربین گاز میشود و با مقدار مناسبی گاز طبیعی مخلوط میشود. نسبت هوا/گاز بر اساس مقدار گرمایش ویژه گاز و کیفیت هوا، میزان رطوبت، ارتفاع از سطح دریا و غیره تعیین میشود.
اکنون یک سیستم جرقه زنی وارد میشود و جرقه های اولیه را ایجاد میکند، بنابراین گرما فراهم میشود.
وقتی آتش در محفظه احتراق برقرار و تثبیت شد، سیستم جرقه زنی از کار خارج میشود.
حیاتی ترین فرآیند در عملکرد عادی توربین، مدیریت احتراق و تولید مقدار مناسب گاز خروجی فشار بالا است.
این گاز خروجی به پرههای توربین اعمال میشود و پس از چرخش محور ، به پشته اگزوز هدایت میشود.
با این بررسی سریع اجزای کلیدی یک توربین گاز، فکر میکنم زمان آن است که ارتفاع را کاهش دهیم و سیستم را بیشتر توضیح دهیم.
ابزارها
همانطور که قبلا ذکر شد، هوا از طریق ورودی هوا وارد توربین میشود.
هوا مستعد آلودگی یا داشتن ذرات ناخواسته است که میتواند به سیستم آسیب برساند و عملکرد کلی را کاهش دهد. غربالگری و فیلتراسیون الزامات اساسی برای هوای ورودی است.
همچنین، ابزار دقیق مناسبی برای نظارت بر فشار و دما روی کانال هوا نصب شده است.
در محیطهای خشن، ممکن است نیاز به گرم کردن یا تهویه هوا داشته باشد. همچنین، پایش فشار تفاضلی فیلترهای هوا به اپراتور توربین در مورد گرفتگی فیلتر هشدار میدهد.
هوای مطبوع به داخل "کمپرسور هوای توربین" هدایت میشود که یک کمپرسور محوری متشکل از پرههای چند مرحلهای است که به صورت شعاعی روی محور ورودی توربین نصب شدهاند.
فشار تخلیه و دمای کمپرسور هوا برای مدیریت کیفیت احتراق در محفظه احتراق کنترل میشود.
گاز سوخت
"گاز سوخت" یک عامل کلیدی در طراحی و عملکرد یک توربین گاز است. سازندگان باید جزئیات گاز سوخت را بدانند و تنها بر اساس ویژگی های آن میتوانند عملکرد توربین های گاز خود را تضمین کنند.
همچنین، فشار و دمای گاز سوخت در طول عملکرد عادی یک توربین گازی کنترل میشود.
تکنولوژیهای مختلفی در اختلاط مناسب هوا و گاز و ایجاد احتراق کارآمد از سازندهای به سازنده دیگر وجود دارد.
محفظههای احتراق از ساختارهای لولهای مقاوم در برابر حرارت هستند و معمولاً سوخت از محیط و در نقاط مختلف مقطع به داخل آن تزریق میشود.
دما در مکانهای مختلف محفظه احتراق با استفاده از حسگرهای مناسبی کاملاً کنترل میشود، مانند ترموکوپل.
این منطقه با دمای بالا/فشار بالا در ساختار توربین دارای بالاترین سطوح اهمیت برای نظارت و کنترل است.
همچنین، فناوریهایی که در طراحی و ساخت محفظه احتراق استفاده میشوند، از برترینها هستند.
اکنون که اختلاط هوا/گاز به خوبی مدیریت میشود و احتراق به درستی انجام میشود، مقدار زیادی گاز خروجی فشار بالا/دمای بالا تولید میشود و باید به پرههای توربین گاز اعمال شود تا محور خروجی توربین ایجاد شود. چرخش امکان پذیر است.
در این مرحله، دور بالای روتور توربین گاز باید به شدت نظارت شود و بر اساس باری که توسط توربین وارد میشود، نوسان آن بیشترین اهمیت را برای عملکرد و محافظت از آن را دارد.
ارتعاشات (محوری و شعاعی) و سرعت ها، هم در کمپرسور هوا و هم در توربین گاز باید به طور پیوسته مورد توجه قرار گرفته شود.
در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید.
جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.
