توربین گاز
Gas Turbine
توربین گاز یک موتور احتراق داخلی دوار است که به شیوه فشرده سازی هوا ، اختلاط آن با سوخت و احتراق به منظور حصول گاز پرسرعت است. این گاز سپس وارد نازل شده که با ایجاد نیروی تراست (موتور جت) کرده و یا یک توربین را که تولید انرژی مکانیکی می کند را به حرکت وا می دارد.
توربین های گازی را می توان بر دو اساس طبقه بندی نمود :
- ساختار مکانیکی
- سیکل ترمودینامیکی
ساختار مکانیکی
Mechanical Construction
توربین گاز براساس ساختار مکانیکی به چهار نوع اصلی طبقه بندی می شوند :
- توربو جت
- توربو پراپ
- توربو فن
- توربو شفت
توربوجت
Turbo jet
واژه توربو جت به هرنوع موتور توربینی که در هواپیما به کار می رفت اطلاق می شد. با پیشرفت تکنولوژی انواع دیگری از موتورها جایگزین موتور توربو جت اولیه که ساده ترین نوع موتورهای توربینی است شد.
این موتور از سه بخش اصلی کمپرسور ، اتاقک احتراق ، توربین و اگزوز تشکیل می شود. از خروجی قسمت کمپرسور هوای ورودی با حجم و سرعت زیاد به اتاقک احتراق فرستاده می شود. در اتاقک احتراق ورودی سوخت و جرقه زن قراردارد. گاز داغ و پرسرعت خروجی از اتاقک احتراق پره های توربینی را که شفت آن به کمپرسورمتصل است ، به دواران وا می دارد تا ادامه کار موتور انکان پذیر باشد. در نهایت گاز پرانرژی از اگزوز با سرعت زیاد خارج شده و نیروی عکس العمل آن ، تراست محرک سیستم را تولید می کند.
توربو پراب
Turbo prop
واژه توربو پراپ مخفف توربو پراپلر مجموعه ای متشکل از موتور توربین گاز ، گیربکس کاهنده و ملخ می باشد. این موتور همان چهار قسمت اصلی توربو جت یعنی کمپرسور ، اتاقک احتراق ، توربین و اگزوز را دارد. به علاوه در این موتور گشتاور از طریق یک شفت وارد یک واحد گیربکس کاهنده می شود ، که شفت خروجی آن یک ملخ را در جلوی موتور به حرکت در می آورد.
توربو فن
Turbofan
موتور توربو فن طوری طراحی شده که مزایای موتور توربو جت و توربو پراب را یکجا دارا باشد. این موتور جریان هوای اضافه ای را پیرامون اتاقک احتراق ایجاد می کند تا پس از خروج از اگزوز به همراه گاز ناشی از احتراق ، باعث افزایش تراست تولید شده گردد. تقریبا تمامی هواپیما های مسافربری ، از این موتور استفاده می کنند. در ساده ترین طرح ، توربین علاوه برکمپرسور ، یک یا چند پروانه (فن) را در جلوی موتور می چرخاند. این فن (ها) تقریبا 80 درصد نیروی تراست را ایجاد می کند.
توربو شفت
Turbo shaft
چهارمین نوع متداول موتورهای توربینی توربو شفت است. این موتور قدرت را به شفتی غیر از یک ملخ یا فن منتقل می کند. مهمترین تفاوت بین موتور توربو شفت با توربو جت در این است که ، اغلب انرژی گاز تولید شده در اثر احتراق ، به جای ایجاد نیروی تراست برای دوران یک توربین منتقل می شود. خروجی توربین مذکور شفتی است که به عنوان مثال می تواند ملخ های یک هلیکوپتر یا شفت یک ژنراتور برق را به دوران آورد.
سیکل ترمودینامیکی
Thermodynamic Cycle
توربین های گاز بر اساس سیکل ترمودینامیکی به سه دسته کلی تقسیم بندی می شوند :
- سیکل باز
- سیکل بسته
- سیکل ترکیبی
سیکل باز
Open Cycle
مجتمع هایی که بر اساس سیکل ساده باز توربین گاز کار می کنند ، از کمپرسور ، اتاقک احتراق و توربین تشکیل می شوند. هوا از کمپرسور عبور کرده ، در اتاقک احتراق به آن سوخت افزوده شده و اشتعال انجام می شود ، سپس گاز های داغ خروجی وارد توربین می شوند. باتوجه به اینکه کمپرسور و توربین روی یک شفت مشترک نصب می شوند ، مقداری از کار توربین توسط کمپرسور مصرف می شود. شفت خروجی از توربین ژنراتور اصلی و تعدادی دیگری از تجهیزات جانبی را به حرکت وا می دارد.
اصول عملکرد توربین سیکل باز
مطابق شکل فوق ، در اینجا ، گاز های خروجی از توربین به اتمسفر تخلیه می شوند. باتوجه به اینکه گاز های خروجی بازیابی نشده و به اتمسفر تخلیه می شوند به این سیستم ، سیکل باز اطلاق می شود.
سیکل بسته
Closed Cycle
توربین سیکل بسته ، یک سیستم ترمو دینامیکی است که از یک گاز (هوا،نیتروژن، هلیم، آرگون و…) به عنوان سیال کاری استفاده می کند. در این سیستم انرژی حرارتی از یک منبع خارجی تامین می شود. سیکل گردشی توربین بر اساس سیکل برایتون کار می کند. در این سیکل ترمو دینامیکی ، سیال کاری بدون خارج شدن از سیستم مکررا مورد استفاده قرار می گیرد. هوا در یک سیستم شامل کمپرسور ، اتاقک احتراق ، توربین گاز و اتاقک خنک کننده مستمرا در حال گردش می باشد. در این نوع نسبت فشار ، دما و سرعت هوا ثابت است.
اصول عملکرد توربین سیکل بسته
سیکل ترمو دینامیکی بسته توربین گاز براساس سیکل برایتون یا سیکل ژول کارمی کند. گازی که به صورت ایزونتروپیک در کمپرسور فشرده شده وارد اتاقک احتراق می گردد. استفاده از کمپرسور های روتوری در این سیستم ترجیح داده می شوند. در این سیکل ، برای گرم کردن هوای ورودی به پره های توربین از یک منبع خارجی استفاه می شود.
هنگام عبور گاز از روی پره های توربین ، انبساط پیدا کرده و وارد اتاقک خنک کننده گشته ، تا دمای آن کاهش پیدا کند و در ادامه این هوا وارد کمپرسور شده و سیکل ادامه پیدا می کند.
سیکل ترکیبی
Combined Cycle
از توربین گازی سیکل ترکیبی به صورت گسترده ، در نیروگاه هایی که خوراکشان گاز طبیعی است استفاده می شود. هوای فشرده شده ی خروجی از کمپرسور در اتاقک احتراق داغ شده و پس از ورود به یک توربین گاز ، پره های آن را به حرکت در می آورد. هوای خروجی از توربین وارد دیگ بخاری که تولید بخار می کند می شود. بخار تولید شده وارد یک توربین بخار می شود که یک ژنراتور دیگر را به حرکت در می آورد.
اصول عملکرد توربین سیکل ترکیبی
یک نیروگاه سیکل ترکیبی مشتمل بر تعدادی مولد حرارتی است که از یک منبع حرارتی مشترک استفاده می کنند. این نیروگاه ها مرسوم ترین نوع نیروگاه جهت تولید الکتریسیته در جهان هستند. این نوع توربین در کشتی ها نیز برای تولید انرژی مورد نیاز حرکت پروانه کاربرد فراوانی دارد. ترکیب دو سیکل حرارتی ، باعث افزایش بازده و کاهش هزینه سوخت می شود.
هواپس از فشرده شدن در کمپرسوروارد اتاقک احتراق شده و با سوختی که تزریق می شود آمیخته شده و شعله ور می شود. هوای داغ و پر انرژی وارد توربین گاز شده و در اثر برخورد هوا به پره های متحرک آن ، روتور توربین به دوران واداشته می شود. روتور از یک طرف کمپرسور هوا را و از سمت دیگر شفت ژنراتور تولید برق را می گرداند.
ای سیکل مجهز به سیستم بازیابی انرژی اگزوز است. که در آن هوای خروجی از اگزوز توربین گاز وارد دیگ بخار می شود. بخار تولید شده از این دیگ وارد واحد توربین بخار می گردد. این توربین محرک ژنراتور دیگری در نیروگاه است. توربین گاز براساس سیگل برایتون (ژول) و توربین بخار براساس سیکل رانکین کار می کند.
ساخت قطعات و مجموعه های کمپرسور های دینامیک
شرکت تامین پارت کارآمد آماده همکاری با شرکت ها و مجتمع های صنعتی کشور درزمینه ی مهندسی معکوس و ساخت تجهیزات و قطعات مختلف توربین های گاز می باشد.
قطعاتی از قبیل:
رینگ نگهدارنده ، شرود سیگمنت ، نازل سوخت ، چک ولو ، تقسیم کننده سوخت ، بیرینگ و متعلقات ، بلیدهای روتور و استاتور کمپرسور ، تیغه های راهنما ، چرخدنده و …
