توربین گاز

توربین گاز
Gas Turbine

توربین گاز
عملکرد اساسی توربین گاز مشابه توربین بخار است، به جز آن که در توربین گاز از هوا به جای بخار استفاده می شود.

این سیستم بر پایه سیکل ترمودینامیکی برایتون است

سیکل برایتون

توربین گاز در سیکل برایتون کار می کند سه مرحله این سیکل عبارتند از:

فشرده شدن هوا به صورت آنتروپی ثابت در کمپرسور.
احتراق هوا به صورت فشارثابت در محفظه احتراق.
انبساط هوا به صورت انتروپی ثابت در توربین.

مصارف توربین گاز
بخشی از انرژی مکانیکی تولیدشده در توربین گاز، صرف چرخاندن کمپرسور خود توربین شده و بقیه انرژی تولیدی بسته به کاربرد توربین گاز، مصارفی در:
ژنراتورهای برق  (توربوژنراتور)،
با سرعت دهی به هوا در (توربوجت و توربوفن)
و یا بعد از تغییر سرعت چرخش توسط جعبه دنده به همان صورت مصرف شود (توربوشفت، توربوپراپ و توربوفن).

اجزای توربین گاز

ماشین دواری است که بر اساس انرژی گازهای ناشی از احتراق کار می کند.
هر توربین گاز شامل یک کمپرسور برای فشرده سازی هوا
یک محفظه احتراق برای مخلوط کردن هوا با سوخت و احتراق آن
یک توربین برای تبدیل کردن انرژی گازهای داغ و فشرده ، به انرژی مکانیکی است.

کمپرسور

کمپرسور: هوای ورودی را تا فشارهای بالا متراکم می کند.

محفظه احتراق
سوخت را محترق کرده و موجب تولید گازهای با فشار و سرعت بالا می شود.

توربین
از گازهای پرسرعت و پرفشار محفظه احتراق انرژی را استخراج می کند.

انواع توربین گاز
توربین های گاز برای تولید توان الکتریکی (توربو ژنراتور)
توربین های گاز برای تولید انرژی مکانیکی
موتورهای جت

توربو ژنراتور
توربین های گاز صنعتی برای تولید توان الکتریکی، که توربوژنراتور گاز هم نامیده می شوند، توربین های گازی هستند که توان تولیدشده به وسیله آنها، مستقیماً و یا پس از تغییر سرعت دوران در جعبه دنده، به ژنراتور منتقل شده و در آنجا به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

بازیاب
در حالت سیکل ساده، گازهای خروجی از اگزوز توربین که می توانند تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد دما داشته باشند، مستقیماً وارد هوا شده و انرژی باقی مانده در آن هدر می رود؛ ولی در حالت سیکل ترکیبی، یک یا دو توربین گاز با یک توربین بخار کوپل می شوند و گازهای خروجی از توربین گاز در بخشی به نام بویلر بازیاب، آب بازگشتی از کندانسور توربین بخار را که توسط پمپ فشرده شده، به بخار تبدیل می کنند. در نتیجه در حالت سیکل ترکیبی، از انرژی موجود در گازهای خروجی از اگزوز توربین گاز استفاده شده و بویلر توربین بخار بدون نیاز به سوخت، بخار آب تولید می کند؛ بنابراین، با استفاده از این روش، راندمان سیکل افزایش می یابد. توربوژنراتورها همچنین می توانند به صورت تولید همزمان برق و گرما (Cogeneration) استفاده شوند که در این ترکیب، گاز خروجی از آنها برای تولید آب گرم و یا هوای گرم ساختمان ها و کارخانجات استفاده می شود.

توربین های گاز برای تولید انرژی مکانیکی
این نوع از توربین گازها شامل توربوکمپرسورها و توربوپمپ ها می شوند، توربین های گازی هستند که در آنها انرژی تولید شده توسط توربین، صرف به گردش درآوردن یک کمپرسور جهت فشرده کردن یک ماده گازی یا پمپ جهت بالابردن فشار یک مایع می شود.

موتور جت

توربوجت
توربوجت ها، نوعی توربین گازی هستند که در آنها همه انرژی تولید شده در توربین صرف چرخاندن کمپرسور می شود و هوای داغ خروجی از توربین پس از عبور از یک نازل، سرعت گرفته و به صورت یک جت سیال با سرعت زیاد از انتهای آن خارج می شود.

توربوفن
نوعی موتورجت است که در آن بخش بزرگی از هوای مکیده شده و به دو قسمت تقسیم می گردد بخشی به درون کمپرسور رفته و مراحلی مانند توربو جت را سیر می کند و بخش دیگر پس از عبور از فن از فاصله بین موتور و پوسته عبور کرده و در انتها با گاز های خروجی موتور ترکیب و با سرعت خارج می گردد و باعث افزایش نیروی پیشرانه می گردد.

توربوپراپ
موتور توربوپراپ یک موتور توربین گاز می باشد که نیروی جلو برندگی را با چرخش پراپ (ملخ) ایجاد می کند .

توربوشفت
موتور توربوشفت ، نوعی موتور توربین گاز بوده و از نظر نحوه ی کار بسیار شبیه به موتور توربوپراپ است ولی سرعت چرخش ملخ در موتور توربوشفت از سرعت چرخش ملخ موتور توربوپراپ بسیار کمتر است .
در موتور توربوشفت ، هدف ، تولید قدرت زیاد در دور کم است .

مزایای توربین گاز
عدم سایش قطعات درگیر
مشکلات بالانس بسیار کمتر نسبت به موتورهای رفت و برگشتی
نیاز ناچیز به روغن کاری نسبت به موتورهای رفت و برگشتی
قابلیت اعتماد و در دسترس بودن بالای آن

معایب توربین گاز
عمده ترین عامل محدودکننده در مورد اغلب توربین های گازی، درجه حرارت ورود گاز به توربین می باشد. با طرح های جدیدی که در رابطه با خنک کاری ابداع گردیده و همچنین پیشرفت هایی که در زمینه متالورژی پره ها حاصل شده دماهای بالاتری برای گازها در توربین به دست آمده است. همچنین جهت بهبود راندمان امکان کاهش حرارت مصرفی، به کمک بازیاب فراهم شده است.امکان پائین آوردن بیشتر میزان حرارت مصرفی با استفاده از بازیاب ها محدویت زیادی دارد و بر این اساس روش های دیگری مورد توجه قرار گرفته که از آن جمله با ترکیب سیکل توربین گازی و توربین بخار، است. توربین گاز کمترین هزینه تعمیرات و سرمایه گذاری را دارد، همچنین سریع تر از هر مولد یا نیروگاه دیگری اتمام می پذیرد و به مرحله کامل بهره برداری می رسد. از عیب های عمده توربین های گازی اتلاف حرارتی زیاد در آن ها می باشد که ترکیب سیکل های نیروگاهی چاره مناسبی برای رفع نقیصه فوق و سایر نقایص توربین ها به نظر می رسد.

حداکثر دمای مجاز توربین گاز

حداکثر میزان ترکیب سوخت با هوا به دلیل افزایش دمای حداکثر توربین، دارای محدودیت متالورژی مواد و استرس های حرارتی و مقاومت خزشی پره های توربین گاز است. این موارد افزایش دما را محدود کرده و اجازه نمی دهد دمای گاز ورودی به توربین گاز از حدی بالاتر برد. به طور کلی به ازای هر 56 درجه سانتی گراد (100 فارنهایت) افزایش در دمای گاز ورودی به توربین گاز، باعث بهبود 8 تا 13 درصدی توان و 2 تا 4 درصدی بازده سیکل ساده خواهد شد.

سپاس از توجه شما