گزارش کار کارآموزی در نیروگاه گازی

کارآموزی در نیروگاه گازی

مقدمه
1) تعریف نیروگاه : نیروگاه مجموعه ای از دستگاهها و وسایلی است که بر حسب نوع آن انرژی حرارتی – شیمیایی – هسته ای – پتانسیل را در توربین به انرژی مکانیکی تبدیل نموده و انرژی مکانیکی حاصل شده در توربین با گردش ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل می گردد .
2) نام گذاری نیروگاهها : نیروگاه ها بر حسب سیال عاملی که توربین را به چرخش در می آورد نام گذاری می شوند مثلاً در نیروگاه آبی سیال عامل آب – در نیروگاه بخار سیال عامل بخار و در نیروگاه گازی سیال عامل گاز داغ حاصل از احتراق است .
3) انواع نیروگاه :
1- نیروگاه حرارتی:
1- سوخت فسیل:
1) نیروگاه گازی
2) نیروگاه بخاری
3) نیروگاه دیزلی
2- سوخت اتمی : نیروگاه اتمی
3- منابع نوین انرژی :
1) نیروگاه برج خورشیدی
2) نیروگاه ماهواره خورشیدی
3) نیروگاه زمین گرمایی
4) نیروگاه سلول برق خورشیدی
5) ژنراتور MHD
2) نیروگاه آبی :
1- تولید برق از سدها
2- تولید برق از جزو مد
3- تولید برق از امواج
عمده تولید برق در جهان توسط نیروگاههای حرارتی و آبی انجام می پذیرد و علاوه بر انواع یاد شده در مواردی هم از نیروی باد بعنوان تولید برق (نیروگاه بادی ) استفاده میشود .
نوع دیگری از نیروگاه وجود دارد که به آن تلمبه ذخیره ای می گویند که یک نوع نیروگاه آبی کوچک است که در صورت نیاز شبکه برای تولید برق و در صورت عدم نیاز شبکه و بالا بودن ولتاژ بعنوان مصرف کننده برق مورد استفاده قرار می گیرد لازم به ذکر است که این نوع نیروگاهها استفاده بسیار جزئی در شبکه برق سراسری دارند .همچنین از انواع رشد نیروگاه می تواند نیروگاه سیکل ترکیبی را نام برد که از حرارت خروجی نیروگاه گازی جهت بخار کردن آب در نیروگاه بخار استفاده می گردد.
4) خلاصه ای در مورد نیروگاه بخار :
سیال عامل دراین نیروگاه بخار آب می باشد آب ازطریق لوله های بسیار زیادی از درون بویلر عبور داده می شود این لوله های حاوی آب در بویلر توسط چندین مشعل در مجاورت حرارت قرار داده شده وآب درون آنها به بخارخشک اشباع تبدیل می گردد. بخار سوپرهیت حاصل شده بر روی پره های توربین فرستاده شده و عمل چرخش توربین را انجام می دهد . برای اینکه سیال درون یک سیکل بسته حرکت نموده و دوباره به مصرف برسد باید به مایع تبدیل شود . چون پمپ ها نمی توانند بخار را مکش نمایند .بخار پس از عمل روی توربین به کندانسور فرستاده می شود و در کندانسور عمل تقطیر انجام شده و بخار به مایع تبدیل می گردد . سپس مایع از چهار هیتر عبور داده شده تا درجه حرارت آن بالا برود و عمل تبدیل مایع به بخار در بویلر آسانتر انجام شود . پس از عبور مایع از هیترها ، به اصطلاح “سوپر هیت ” شده و در درون بویلر مجدداً به بخار تبدیل می گردد .
در نیروگاههای بخار با توجه به شرایط آب و هوایی محلی که در آن نیروگاه نصب میگردد از دو نوع برج خنک کننده استفاده می شود . در مناطقی که آب کم است از برج “خشک” و در مناطقی که مشکل کم آبی وجود ندارد از برج “تر” استفاده می شود . چون عمل تقطیر توسط کندانسور انجام می گردد . آب کندانسور باید خنک شود که این عمل در برج خنک کن امکان پذیر است .آب درون کندانسور پس از گرفتن حرارت بخار و انجام عمل تقطیر جهت خنک شدن به برج خنک کننده فرستاده شده و پس از خنک شدن دوباره به کندانسور برگردانیده می شود و این عمل در یک سیکل بسته انجام می گردد لازم به یادآوری است که در برج خشک آب کندانسور توسط هوا و در برج “تر” آب کندانسور توسط آب خنک می شود .
مزایا و معایب نیروگاه بخار :
مزایا :
هزینه جاری نیروگاه بخار نسبت به نیروگاه گازی بسیار کم است . راندمان نیروگاه بخار از نیروگاه گازی بسیار بیشتر است .برای تامین بار پایه شبکه استفاده می شود.
معایب :
هزینه نصب و احداث نیروگاه بخار زیاد است . احداث و نصب نیروگاه بخار زمان زیادی را سپری می نماید .
5) نیروگاه آبی :
سیال عامل در این نیروگاه آب است . آب در پشت سد جمع شده و با اختلاف پتانسیل به پره های توربین برخورد می نماید و توربین را به چرخش در می آورد دور توربین در این نیروگاه نسبت به نیروگاه و بخار کمتر است که برای جبران دور و ایجاد فرکانس 50HZ از ژنراتور های چند جفت قطبی استفاده می شود .
در نیروگاه آبی از سه نوع توربین استفاده می شود .
الف -توربین کاپلان
ب- توربین پلتن
ج- توربین فرانسیس
الف ) توربین کاپلان برای ارتفاع زیاد و فشار آب کم
ب) توربین پلتن برای ارتفاع متوسط و فشار متوسط
ج) توربین فرانسیس برای ارتفاع کم و فشار آب زیاد استفاده می گردد .
ارزانترین راه تولید برق و به صرفه ترین آن تولید برق از طریق نیروگاه آبی می باشد . احداث سد مستلزم صرف زمان و هزینه های زیاد می باشد .علاوه بر آن به علت کمبود منابع آب در همه مناطق هم امکان احداث سد و راه اندازی توربین آبی میسر نمی باشد . ولی پس از احداث و راه اندازی توربینها ، هزینه جاری آن نسبت به سایر نیروگاهها بسیار کم است .از این جهت مقرون به صرفه می باشند .
مزایا :
هزینه جاری کم کم و زیاد کردن سریع بار ، استفاده هم زمان برای تولید برق و مصارف کشاورزی ، مهار آبها جهت جلوگیری از سیلاب علاوه بر موارد یاد شده مزیت دیگر احداث سد که شاید بهترین مزیت آن هم باشد نه تنها زیانهای زیست محیطی ندارد بلکه برای محیط زیست مفید هم می باشد .

6) نیروگاه دیزلی :
دیزل یک موتور چهار زمانه احتراق داخخلی است که با انجاام عملی متداوم تنفس -تراکم ،انفجار و تخلیه و رسیدن به دور نامی ،روتور ژنراتور را به چرخش در می آورد .این نوع نیروگاهها قدیمی هستند و در بسیاری از کشورها از رده تولید برق خارج
شده اند . نصب این نیروگاهها ارزان ، زمان راه اندازی آنها کم است راندمان نیروگاه دیزلی از نیروگاه گازی بیشتر و از سایر نیروگاهها کمتر است . تولید برق در این نیروگاه اندک است . امکان نصب آنها روی سازه ها و وسایل سیار وجود دارد . با توجه به اینکه این گزارش در خصوص نیروگاه گازی می باشد با صرف نظر از جزئیات سایر نیروگاهها به بحث و بررسی نیروگاه گازی بخصوص نوع B.B.C می پردازیم .

فصل اول
1- تاریخچه و نقش واحدهای گازی در صنعت برق
بعد از جنگ جهانی دوم مطالعات زیادی بر روی توربین گاز صورت گرفت .یکی نقش توربین گاز در صنعت هواپیمایی و دیگری نقش آن در شبکه های برق . با آنکه اصول در هر دو جا یکی است ولی تفاوتهای بسیاری در استفاده از توربین گاز در موتورهای جت با توربین های زمینی وجود دارد . در موتورهای هواپیما مسائل وزن ، تحمل قطعات بکار رفته ، قابلیت مانور و غیره دارای اهمیت است . ولی در توربین های زمینی مسائل طول عمر ، راندمان بیشتر و اصولاً مسائل اقتصادی را می توان در نظر گرفت .
در صورتی که برای موتور هواپیما اولویت اول مسائل فنی و طراحی است و بعد مسائل اقتصادی مطرح است .
بدون شک بزرگترین استفاده از توربین گاز در زمینه تولید نیروی محرکه هواپیما جت بوده است .
مهمترین نقطه عطف در این توسعه اولین موتور آزمایشی “واتیل” در سال 1937 بود . بعد از آن تاریخ توربین های گازی به علت زیادتر بودن نسبت قدرت به وزنشان (kg/kw) بطور کامل جایگزین موتورهای رفت و برگشتی شدند .
در اولین روزهای طراحی توربین گاز دو سیستم قابل استفاده مطرح بود . یکی احتراق در فشار ثابت و دیگرری احتراق در حجم ثابت . از نظر تئوری راندمان حرارتی احتراق در سیکل حجم ثابت بزرگتر از سیکل فشار ثابت است اما مشکلات مکانیکی نیز خیلی زیادتر خواهند شد . با اضافه کردن حرارت در حجم ثابت شیرها باید بطور کامل اتاق احتراق را از کمپرسور جدا کنند.
به این ترتیب احتراق متناوباً انجام می شود ، که با کار یکنواخت توربین منافات دارد . در ضمن طراحی مکانیکی توربینی که تحت این شرایط اقتصادی کار کند مشکل است .گرچه کوششهای موفقیت آمیزی در آلمان طی سالهای 1908 تا 1930 برای ساخت توربین هایی از این نوع انجام شد ، لیکن توسعه سیستم با حجم ثابت ادامه نیافت و با توجه به اینکه در توربین های گازی با فشار ثابت احتراق یک فرآیند مداوم است که در آن نیازی به شیر قطع کننده نیست بسیار زود مورد قبول واقع شد ، که سیکل ها با فشار ثابت امکانات بیشتری برای توسعه دارند .
توربین گازی در اواخر دهه 50 قرن بیستم به عنوان تولید برق در شبکه ها مورد استفاده قرار گرفت . در سال 1956 در حدود 5/1 % برق تولید شده در جهان توسط توربین گاز صورت گرفت . در صورتیکه در سال 1976 این مقدار به عنوان 5% رسید که طی بیست سال افزایش قابل ملاحظه ای را نشان می دهد . در حال حاضر حدود 25% تولید برق کشورمان توسط واحدهای گازی انجام می پذیرد. امروزه برای بار پایه از نیرو گاههای آبی و بخار و برای بار متوسط از نیروگاههای کوچکتر واحیاناً قدیمی تر و برای پیک بار از نیرو گاههای گازی استفاده می شود .و این نوع طرز استفاده بهترین حالت اقتصادی را دارا می باشد.
1) فلسفه نام گذاری توربین گاز :
از آنجا که سیال عامل در این توربین ها گاز داغ حاصل از احتراق می باشد به آنها توربین گازی گفته می شود . همانطور که در توربین های بخار سیال عامل بخار و و در توربین های آبی سیال عامل آب می باشد .
2) سیکل توربین گاز :
سیکل ترمودینامیکی توربین گاز بر مبنای سیکل برایتون استوار است که در آن هوا بصورت ایزنتروپیک توسط کمپروسور متراکم می شود و سپس احتراق در فشار ثابت صورت می گیرد . آنگاه انبساط ایزونتروپیک (برگشت پذیر و بدون انتقال حرارت ) در توربین انجام می شود و با دادن حرارت به محیط در فشار ثابت سیکل تکمیل می شود .
3 ) انواع سیکلهای توربین گاز
سیکل توربین گاز به دو صورت باز و بسته می باشد . در نوع بسته هوای تمیز و یا گازی که خاصیت خورندگی نداشته باشد وارد سیکل کرده و فشار آن را توسط کمپرسور بالا می برند و سپس بدون اینکه با سوخت مخلوط شود ، در داخل یک مبدل درجه حرارت آن را بالا می برند و سپس آن را وارد توربین کرده و توسط توربین کار می گیرند بعد از خروج از توربین ان را سرد کرده و عمل را تکرار می کنیم در صورتی که در سیکل باز محصولات احتراق مستقیماً وارد توربین شده و از اگزوز خارج می شوند و توسط کمپرسور مجدداً هوای تازه مکیده می شود .
4-) سیکلهای پیش رفته توربین گاز
سیکل باز با مبدل حرارتی
1- راندمان بیشتر
2- راندمان پایین تر
از نوع 2 در مواردی استفاده می شود که سوخت کثیف با قیمت ارزان در دسترس باشد .
5 ) مزایا و معایب توربین گاز
الف ) مزایا :
1- سرعت در نصب و بهره برداری : به دلیل کچک بودن ، حمل نقل آن آسان است .و کارهای نصب آن هم ساده و هم کم می باشد و به دلیل سادگی و کم بودن قسمتهای کمکی و فرعی آن بهره برداری از آن آسان وسریع صورت می گیرد .
2- راه اندازی و بارگیری سریع : طی حدود 10 دقیقه می توان راه اندازی شده و به شکل قدرت دهد و تغییر بار اخذ شده از آن سریع صورت می گیرد.
3- هزینه نصب پایین :
a) به ازای قدرتی که می دهد دارای وزن کمی است.
b) اجزاء کمکی کمی دارد و احتیاج به سرویس های زیادی ندارد .
c) فونداسیون کوچکی دارد و عموماً برای آماده کردن زمین احتیاج به کارهای گران قیمت ندارد .
d) برای نصب فضای کمی را اشغال می نماید .
e) امکان نصب بر روی سازهها و پایه های سبک وجود دارد ، در نتیجه هزینه پایه ها یا اسکلت بندیها و نصب آن کم می باشد .
4- امکان استفاده از سوخت های مختلف و تعویض سوخت در زیر بار : در توربین های گاز می توان از سوخت های مختلف گاز – گازوئیل – نفت سفید و مازوت استفاده نمود و هیچگونه محدودیتی ندارد . همچنین می توان از دو سوخت با هم نیز استفاده نمود .
5- عدم نیاز به آب خنک کن : بدن آب خنک کن می تواند کار کند و قسمت های مختلف آن توسط هوا هم می تواند خنک شود و احتیاج لازم و قطعی به آب ندارد بنابراین می توان در نقاطی آن را نصب نمود که منابع آب وجود ندارد .
6- کنترل از راه دور : از راه دور می توان توربین را استارت کرد ، با شبکه پارالل نمود و میزان بار را کم و زیاد نمود بدون اینکه نیاز به اپراتور محلی باشد .
7- استارت در خاموشی (Black start) : زمانی که شبکه بدون برق باشد تغذیه داخلی از طریق باطری خانه تامین می شود و از این طریق می توان واحد را استارت نمود (فقط واحدهایی که با دیزل استارت می شوند).
8- تامین بارپیک : با توجه به هزینه های نصب پائینی که دارد و با توجه به راه اندازی سریع آن می تواند در موق پیک ، بار مورد نیاز را تامین کند .
9- استفاده به صورت موتور سنکرون (کندانسور شدن) : ژنراتور توربین گازی می تواند در مواقع لزوم به صورت موتور سنکرون عمل کند . بدون آنکه دور آن تغییر کند . از این طریق می توان جهت استارت توربین گاز استفاده نمود . همچنین در مواقعی که لازم است برق اضافی شبکه به مصرف برسد مورد استفاده قرار می گیرد .
10- استفاده از حرارت خروجی توربین گاز جهت بخار کردن آب در بویلر نیروگاه بخار و طراحی نیروگاه سیکل ترکیبی .
کندانسور کردن :
جدا کردن توربین از ژنراتور و جداکردن ژنراتور به صورت موتور سنکرون را کندانسور می گویند . کندانسور کردن ژنراتور مستلزم آن است که ژنراتور به دور سنکرون (300.r.p.m) رسانده شود .
دلیل آن این است که در هر دوری بجز دور 3000 انجام عمل کندانسور کردن موجب صدمه دیدن ژنراتور می شود . مصرف مگا وات موجود در شبکه در ساعات مختلف شبانه روز متفاوت است . به گونه ای که در ساعاتی از شبانه روز مگاوات موجود در شبکه بیش از از حد لزوم می باشد . وجود این مگاوات اضافی در شبکه باعث صدمه دیدگی خطوط شبکه در اثر عوامل گوناگونی از قبیل گرم شدن خطوط انتقال ، بالا رفتن ولتاژ در شبکه و به طور کلی موجب بروز اختلال در ضریب قدرت (cos o) می شود . اشکال دیگری که در صورت وجود مگا وات اضافی در شبکه بوجود می آید احتمال پیدایش اختلاف در فرکانس و ولتاژ شبکه است . برای جلوگیری از این اختلافان به طور کلی می توان مگا وات تولیدی توسط توربین های مختلف در نیروگاه ها را به حداقل کاهش داد .
ولی در بعضی مواقع حتی با وجود کاهش مگا واتی تا مرز ممکن ، همچنان مگا وات اضافی در شبکه وجود دارد و در این مرحله است که نقش توربین های گازی مطرح میشود که می توان با تبدیل ژنراتور این واحدها به موتور نه تنهای باری به شبکه نداد بلکه مقداری از بار شبکه را نیز مصرف کرد .
ب) معایب توربین های گازی :
1- بازده ماکزیمم توربین های گازی کمتر از موتورهای احتراقی داخلی و حتی توربین بخار است چون گازهای داغ و خروجی از اگزوز هنوز دارای مقدار زیادی انرژی می باشند ، که به هدر می روند .
2- کاهش بازده در شرایط نیمه بار (Part load) : ماکزیمم بازده در ماکزیمم بار اتفاق می افتد .
3- چون محصولات احتراق مستقیماً و دردمای بالا وارد توربین می شوند ، لذا نسبت به مواد خورنده در سوخت و هوا حساس می باشند و به همین دلیل باید بر تعداد بازرسیهای مسیر داغ افزوده وحجم تعمیرات در قطعات مسیر داغ بالا است .
4- بالا بودن خرج جاری : با توجه به مصرف بالای سوخت و حجم تعمیرات واحدهای گازی خرج جاری آنها زیاد است .
5- تاثیر زیاد دمای محیط و فشار هوا : افزایش دمای محیط و ارتفاع محل نصب از سطح دریا (کاهش فشار محیط )راندمان واحدهای گازی را کاهش می دهد . چون در هر دو حالت حجم مخصوص هوا کاهش می یابد و کمپرسور برای دبی معین از هوا کار بیشتری را باید انجام دهد .
6- شتاب گرفتن آن کند است در نتیجه در وسایل نقلیه زمینی از آن استفاده نمی شود .
توربین های گازی مورد استفاده در ایران :
توربین های گازی که در نیروگاههای ایران مورد استفاده قرار گرفته اند اکثراً از چهار نوع جنرال الکتریک ، وستنگهاوس ، براون باوری و زیمنس می باشند که در جدول زیر مشخصات هر کدام به طور خلاصه آورده شده است .
جدول 1-1 – مشخصات توربین های بکار رفته در ایران

نوع
تعداد مراحل کمپرس
تعداد مراحل توربین
تعداد اتاقهای احتراق
سرعت
R.P.M
توان تولیدی ناخالص
توان تولیدی خالص
ولتاژKV
جنرال الکتریکی
17
2
10
5100
25
18
5/10
وستنگهاوس
18
3
8
4894
35
29
00/11
براون باوری
17
4
1
4700
25
20
5/11
زیمنس
16
4
2
3000
60
48
5/10

جنرال الکتریک : هیناچی – آلیتوم – AEG
وستگهاوس : A.C.E.C
اصول کار یک توربین گازی :
اصول کار یک توربین گازی :
اصول کار یک توربین گازی از نظرمراحل مانند یک موتور چهار زمانه احتراق داخلی است بدین ترتیب که الف : تنفس : هوای آزاد توسط کمپرسور مکیده می شود .
ب : تراکم : در کمپرسور هو مرتکم می شود .
ج – احتراق : توسط سوخت پاش در اتاق سوخت پاشیده شده و احتراق می شود و توسط توربین کار صورت می گیرد .
تخلیه : دود از دودکش یا اگزوز خارج می شود .

فصل دوم
اجزاء اصلی توربین گاز

1- کمپرسور 2- توربین 3- اتاق احتراق
کمپرسور : کمپرسور بکار رفته در این واحد گازی از نوع جریان محوری می باشد که از هفده طبقه تشکیل شده است (یک ردیف پره ثابت و یک ردیف پره مترک را یک طبقه می گویند ).
در ورودی کمپرسور یک ردیف پره هادی وجود دارد که در بعضی از کمپرسور ها زاویه آن قابل تغییر است ولی در این کمپرسور زاویه آن ثابت و روی 45 درجه تنظیم گردیده است . به این پره های هادی اصطلاحاً گایدوند (gid vand) می گویند .
در انتهای کمپرسور یک ردیف پره ثابت جهت هر چه بیشتر تبدیل کردن سرعت به فشار استاتیک وجود دارد .
روتور کمپرسور به تعداد ردیف پره های متحرک از دیسک تشکیل شده است . که پره های متحرک روی آن سوارند . دیسکها توسط یک سری پیچهای سراسری به هم متصل هستند پره های ثابت کمپرسور هر ردیف در یک رینگ جا می گیرند . و این رینگ در داخل پوسته جا می رود (دو نیم دایره در پوسته بالا و پائین).
در انتهای کمپرسور سطح عبور هوا به صورت دیفیوزر می باشد که سرعت را کم و تبدیل به فشار می نماید و سپس هوا وارد محفظه احتراق می گردد .
کمپرسور دارای شیر مکش می باشد . پره هادی ورودی و شیرهای مکش برای کنترل و پاپداری کمپرسور در زمان راه اندازی و از کار افتادن واحد نقش به سزائی دارند .
عامل مهم ارتعاشات است که باید آن را کنترل و از آن اجتناب نمود .
توربین :
وظیفه توربین در واحدهای گازی انبساط محصولات احتراق و تولید کار مکانیکی می باشد .
نوع توربین بکار رفته در اکثر واحدهای گازی جریان محوری است . که معمولاً از چند طبقه تشکیل می شود . توربین از چند ردیف پره های ثابت و متحرک ساخته شده است که یک ردیف پره ثابت و متحرک را یک مرحله می گویند .
روتور توربین :
روتور توربین از تعدادی دیسک (به تعداد طبقات توربین) تشکیل شده است که توسط یک سری پیچ به یکدیگر متصل می شوند . یک طرف دیسک اول به لوله گشتاوری و طرف دیگر آن به دیسک دوم پیچ می شود . دیسک آخری دارای محوری است که یاتاقان ژورنال شماره 2 آن را در بر می گیرد و سپس محور توسط یک فلانچ به کوپلینگ انعطافی متصل می شود . پره های متحرک بر روی دیسک سوار می شوند . پره های توربین توسط هوائی که از کمپرسور گرفته می شود خنک می شوند .
در توربین گازی نوع .B.C تعداد طبقات 4 و تا درجه حرارت ورودی به توربین در ماکزیمم بار بیش از 800 درجه سانتیرگاد می باشد . بنابراین ردیف اول پره های ثابت تحت تاثیر بالاترین درجه حرارت قرار می گیرند . لذا هوای خنک کننده از درون پره عبور کرده و سپس وارد جریان گاز داغ می شود .
استاتور توربین :
استاتور توربین پره های ثابت را در بر می گیرد . هر چند پره ثابت (4 تا) بر روی یک قطعه قرار دارند که وقتی اینها پهلوی یکدیگر قرار می گیرند ، تشکیل رینگ پره ثابت را می دهند هر کدام از این قطعات به صورت کشوئی در داخل پوسته توربین جا میروند.
همچنین در پوسته غلاف ها نیز جا می روند که برای آب بندی سر پره متحرک با پوسته میباشد. که فاصله سر پره تا غلاف از نظر میزان تلفات توربین و عملکرد آن مهم است.
با توجه به منحنی زیر هر چند فشار( ) بیشتر باشد میزان دبی جرمی که توربین
می تواند از خود عبور دهد بیشتر است . تمام منحنی های دور ثابت به خط (Choking) محدود می شوند در اینجا ماکزیمم دبی جرمی از توربین عبور می کند و بیشتر از آن امکان ندارد .
در توربین بر خلاف کمپرسور امکان خفه کردن وجود ندارد چون به ناحیه خفه کردن وقتی وارد می شویم که دبی زیاد شده باشد . همچنین با توجه به اینکه انبساط وجود دارد نه انقباش ، بنابراین پدیده جدائی رخ نمی دهد . به دلیل عدم جدائی تعداد مراحل توربین معمولاً کم است .
سیستم احتراق :
وظیفه اتاق احتراق در توربین های گازی سوزاندن سوخت و تولید گاز پر فشار جهت انبساط در توربین می باشد . احتراق در توربین های گازی یک فرایند پیوسته است . بنابراین تداوم درجه حرارتهای بالا ، تداوم جریان زیاد ، و آزاد شدن انرژی حرارتی بالا ، طراحی و توسعه محفظه احتراق توربین گازی را مشکل می شازد . اکثرا طرحهای محفظه احتراقی تجربی هستند و حاصل سالها کار تحقیقاتی می باشند .
انوع محفظه های احتراق :
محفظه های احتراق در توربین های گازی به طرق مختلفی ساخته می شوند . که بر حسب نوع جریان سوخت و هوا و نیز تعداد محفظه های احتراق به انواع مختلف تقسیم میشوند.
الف ) لوله ای یا قوطی شکل :
مستحکم بوده و از نظر تاب برداشتن مقاوم می باشند .

ب ) حلقوی Annular :
حجم و وزن کمتر دارند و برای هواپیما مناسب هستند . استحکام آنها کم بوده و قابلیت تاب برداشتن دارند و افت فشار کاهش می یابد .
ج -قوطی -حلقوی Tube-annular :
مشخصه های هر دو نوع محفظه های لوله ای و حلقوی را تواما دارا می باشد .
د -استوانه ای :
دارای حجم و وزن زیاد بوده – مستحکم و مقاوم می باشد و به حالت عمودی و تکی روی توربین قرار می گیرد .
اجزاء سیستم احتراق
الف ) محفظه یا محفظه های احتراق Baskets
ب ) نازل های سوخت
ج ) جرقه زن
د ) لوله های انتقال شعله
ه ) قطعات انتقال دهنده گاز داغ
و ) نشانده های شعله
نکته : در واحدهای گازی نوع B.B.C به علت اینکه یک اتاق احتراق از نوع استوانه ای بکار رفته است در نتیجه دارای یک نازل سوخت و یک قطعه انتقال دهنده گاز داغ به نام اینترنال کیسینک بوده در ان لوله های انتقال شعله بکار نرفته است .

فصل سوم
اجزاء فرعی توربین گاز

الف ) دیزل یا استارتینگ موتور
1- سیستم راه اندازی توربین ب ) کلاچ راه انداز یا ترکوکنورتر
ج ) راچت
د ) جعبه دنده کمکی یا فرعی
2- کوپلینگ انعطافی
3- یاتاقانها
4- SS.S کلاچ
5- جعبه دنده بار یا کاهنده
سیستم راه اندازی توربین
الف – دیزل یا استارتینگ موتور :
دیزل نقش استارت توربو کمپرسور رادر خاموشی ایفا می کند . یعنی اینکه دیزل توسط یک موتور DC از باتری خانه نیروگاه انرژی خود را تامین می کند و استارت می شود و با گرداندن محور توربو کمپرسور واحد را آماده احتراق و سپس تولید انرژی می کند .
در بعضی از واحدهای گازی بجای دیزل از یک الکترود موتور بنام استارتینگ موتور استفاده شده است چون این الکترود موتور با برق AC کار می کند . در نتیجه نمی توان از آن به عنوان استارت در خاموشی یا blak start استفاده نمود . و همیشه برای استارت کردن واحد می بایست برق شبکه موجود باشد .
ب – کلاچ راه انداز یا تورکوکنورتر :
تورکوکنورتر وسیلهای است مکانیکی ، هیدرولیکی که ورودی آن سرعت زیاد و معمولاً ثابت و خروجی آن ترکیبی از سرعت و گشتاور است . توان در آن تغییرنکرده و ثابت است فقط مقداری افتهای اصطکاکی داخلی روغن و مقداری هم در یاتاقانهایش وجود دارد . که سبب تلفات انرژی شده و توان خروجی آن از توان ورودی کمتر است .
روغن توسط یک پمپ به نام پمپ تورکوکنورتر در داخل این دستگاه فشار دار شده و با گردش شافت دیزل یا استارتینگ موتور که سر آن دارای پره می باشد روغن را به گردش در می اورد گردش روغن به پره های سر محور اصلی که با سایر تجهیزات واحد کوپل می باشد ، منتقل شده و محور توربو کمپرسور شروع به گردش می نماید . در دور 600 احتراق هم انجام شده و از این پس گاز داغ حاصل از احتراق و دیزل به کمک همدیگر محور توربو کمپرسور را می چرخانند این عمل تا دور 2000 ادامه دارد . بعد از دور 2000 توربین خود کفا شده و با درین روغن درون تورکوکنورتر ارتباط دیزل یا استارتینگ موتور با محور اصلی قطع می گردد . و استارتینگ موتور بعد از یک پریور کار برای خنک شدن از مدار خارج می شود . مزایای این دستگاه (تورکوکنورتر) این است که علاوه بر انتقال گشتاور از دیزل به محور اصلی ، حرکت را یکنواخت منتقل نموده و از انتقال هر گونه ضربه به محور اصلی جلوگیری می نماید.
یادآور می شود که در اینجا دو ژنراتور مد نظر قرار گرفته است نه دور توربین .
ج – راچت :
راچت وسیله مکانیکی هیدرولیکی است که محور توربین گاز در هر دقیقه 45 درجه
می چرخاند .وظایف راچت عبارتند از :
1- فائق آمدن بر اصطکاک استاتینگ ، نیروی ترمزی : چون استارتینگ موتور در ابتدای راه اندازی به تنهایی و به علت نیاز به گشتاور زیاد قادر به ایفا نقش راهاندازی نبوده به این دلیل وسیله ای برای به حرکت در آوردن محور تا زمیانیکه راه اندازی بتواند خود این کار را انجام دهد ضروری است .
2- گرداندن محور برای جلوگیری از خمش در زمان سرد شدن : در زمان که توربین خاموش می شود به علت گرم شدن محور و نیز وحود تنش های مختلف حرارتی که یک قسمت از محور بیشتر از قسمت های دیگر گرم شده است احتمال خم شدن محور و بروز ارتعاشات بعدی در توربین گاز محتمل است . از این رو بعد ازهراستپ اگر مجددا واحد استارت نشود به مدت 36 ساعت راچت وظیفه چرخاندن محور را به عهده دارد و بعد از مدت مذکور از مدار خارج می شود .
3- هنگام تعمیرات یا زمانی که بخواهیم راچت را بدون زمان بندی وارد مدار کنیم : در تعمیرات برای جا گذاری و برداشتن پره ها احتیاج به گرداندن محور می باشد . در این موقع از راچت برای گرداندن محور استفاده می گردد .
د- جعبه دنده کمکی :
برای اینکه با استفاده از یک محور گردنده چندین محور را به گردش در آوریم از این جعبه دنده استفاده می شود . ورودی جعبه دنده در زمان راه اندازی از طریق دیزل و در زمان کار عادی توربین ورودی مربوط به توربو ژنراتور است .
خروجی این جعبه دنده عبارتند از : محور پمپ آب- محور پمپ گازوئیل- محور فن رادیاتور- خنک کن- محور پمپ روغن هیدرولیک و محور پمپ روغن کاری یاتاقان ها می باشد .
در واحد های گازی نوع B.B.C از جعبه دنده کمکی فقط برای به کار انداختن محور پمپ روغن هیدرولیک و روغن روغنکاری استفاده می گردد .
روغن کاری این جعبه دنده در سیستم روغن کاری یاتاقان ها قرار دارد .
کوپلینگ انعطافی :
در طول محور توربوژنراتور دو عدد کوپلینگ انعطافی قرار گرفته است . یک عدد بین جعبه دنده کمکی و محور کمپرسور و توربین و یک عدد بین جعبه دنده بار و محور توربین و کمپرسور .
وظایفی که این کوپلینگ ها به عهده دارند عبارتند از :
انتقال گشتاور از یک محور به محور دیگر
به عنوان جبران کننده هم امتداد نبودن محور ها
برای جبران حرکت محوری ( در اثر حرارت )
4- علاوه بر موارد فوق این کوپلینگ به عنوان فیوز محور نیز عمل می کند یعنی در اثر گشتاور های بیش از اندازه بریده می شود. و از این نظر ضعیف ترین نقطه محور است . در مواقعی که گشتاور بیشتری به محور اعمال می شود مثل خفه کردن کمپرسوریا بالا رفتن دور واحداین قسمت پاره می گردد .
نگهداری کوپلینگ :
در نگهداری کوپلینگ باید به نکات زیر توجه کرد :
1- هم امتدادی در محور سبب افزایش عمق و کاهش ارتعاشات می گردد
2- کوپلینگ باید کاملا در روغن غوطه ور شود .
3- پیچ های توپی باید به نحوی توپی را به فلانچ دو محور متصل و محکم کنند که انتقال گشتاور از طریق اصطکاک سطح فلانچ و توپی صورت گیرد نه از طریق نرمش پیچ ها
4- لقی مناسب بین دندانه ها که سبب کاهش خوردگی دندان ها می شود .
کوپلینگ بکاررفته در توربین نوع B.B.C از نوع فنری بوده که بین استارتینگ موتور و محور توربو کمپرسور قرار گرفته اند . بدین ترتیب که این فنر دو محور را به همدیگر متصل می نماید . و اگر بعللی استارتینگ موتور از مدار خارج نشده و یا دور واحد بالا برود در اثر پاره شدن این فنر ارتباط دو محور با یکدیگر قطع می گردد .

شکل : کوپلینگ
یاتاقانها :
به طور کلی یاتاقانها به دو دسته تقسیم می شوند . یکی لغزش و دیگری غلطشی . همان طور که از نام انها پیداست در یاتاقان های لغزشی اصطکاک به صورت لغزش بین سطوح برقرار است . ولی در نوع غلطشی اصطکاک بین یک سری از قطعات گرد به نام ساچمه و سطح تماس برقرار است . که شامل برلینگ ها و رولربرینگها میباشند.
یاتاقانهای لغزشی به دو نوع عمده تقسیم می شوند .
1- یاتاقان ژورنال که در جهت عمود بر امتداد محور نیرو تحمل می کند .
2- یاتاقان کف گرد یا تراست (Thrast Bearing) که در جهت امتداد محور نیرو تحمل می کند .
تعریف ژورنال : آن قسمت از محور که در داخل یاتاقان جا می گیرد ژورنال نام دارد.
یاتاقان به کار رفته در توربین از نوع یقه ای (Collar) بوده که معمولابرای بارهای زیاد استفاده میشود و دارای اصطکاک کمتری می باشد . چون سطح تماس یاتاقان با دیسک محور کمتر است .
اصولا کلیه توربینهای تک محوره دارای دو یاتاقان اصلی می باشند . یکی در ابتدای ورودی کمپرسور و دیگری در انتهای محور توربین (اگزوز) قرار دارند .
یاتاقان شماره یک در واقع شامل سه یاتاقان است که عبارتند از :
1- یاتاقان تراست بی بار
2- یاتاقان تراست با بار
3- یاتاقان ژورنال
یاتاقان شماره دو شامل فقط یک یاتاقان ژورنال می باشد . کلیه این قسمتها در محفظه ای قرار دارند و محفظه هم به پایه متصل است تا با محور نچرخد .
یاتاقان تراست با بار نیروی بیشتری را تحمل می کند بنابراین باید قویتر باشد . به همین دلیل دبی روغن تراست با بار از دبی روغن تراست بی بار بیشتر است . برای اینکه در هنگام کار توربین روغن یاتاقان از محفظه بیرون نریزد از هوای فشرده استفاده می شود .
یاتاقان تراست شیب دار هم به عنوان بی بار و هم به عنوان با بار به کار می رود ولی تحمل بارهای کمتری را دارد . لذا از این نوع در جعبه دنده به عنوان جعبه دنده بار که بین توربین و ژنراتور قرار گرفته است برای خنثی کردن نیروی محوری استفاده می شود . یاتاقان تحت درجه حرارت بالا می سوزد . دلایل سوختگی یاتاقان عبارتند ار :
1- بند امدن روغن در مجراها
2- دبی و فشار کم روغن
3- بار بیشتر از اندازه
4- انطباق محکم ( لقی کم ) بین تراست با بار و تراست بی بار
5- هم امتداد نبودن محور های یاتاقان و دیسک محور ( بخصوص در یاتاقان ها با سطح شیب دار که حساسند ) .
SS.S کلاچ :
این کلاچ وظیفه درگیری و جدایی توربین از ژنراتور را بر عهده دارد و به طور کلی از سه قسمت تشکیل شده است .
1- ورودی ( توربین )
2- رله لغزنده
3- خروجی ( ژنراتور )
موارد مختلف عمل کردن :
1- در زمان راه اندازی
2- در زمان کندانسور کردن
3- دوباره درگیر شدن ورودی و و خروجی در زمان کندانسور
با توجه به اینکه توربین گاز نوعSS.S B.B.C کلاچ بکار نرفته است از ذکر جزئیات ان خودداری می نمائیم .
جعبه دنده بار یا کاهنده Load or Reduction Gear
این جعبه دنده بین توربین و ژنراتور قرار دارد که دور 4700 توربین توسط دو دنده مارپیچ به 300 rpm برای ژنراتور تبدیل می شود .
روغن کاری جعبه دنده توسط سیستم روغن کاری صورت می گیرد و درجه حرارت روغن ورودی و خروجی ان و همچنین درجه حرارت یاتاقان های ان کنترل می شود .
روی محفظه ای که جعبه دنده در ان قرارگرفته است دماسنج هایی قرار دارد که درجه حرارت را نشان می دهند .

فصل چهارم
طریقه بهره برداری از یک واحد گازی و روش صحیح آن :

چون استفاده از شبکه سراسری برق توسط مصرف کنندگان در تمام ساعات شبانه روز یکسان نیست و از ساعاتی از شبانه روز بخصوص هنگامی که هوا تازه تاریک می شود مصرف برق بیشتر از مواقع دیگر است . و از طرفی احداث نیروگاه های پایه با عنایت به هزینه بالای نصب انها برابر ماکزیمم مصرف شبانه روز مقرون به صرفه نیست . احداث و نصب نیروگاه گازی و نگه داشتن ان برای مواقع اضطراری شبکه سراسری برق امری اجتناب ناپذیر است .
از این رو یک واحد گازی معمولا در زمان پیک بار مورد استفاده قرار می گیرد و استارت و Stop یک واحد گازی حداقل هر شبانه روز یک بار انجام می پذیرد . و همین امر باعث حساسیت یک اپراتور نیروگاه گازی می گردد که همیشه واحد خود را جهت استغاده بهینه آماده نگهداری نموده و به در خواست مرکز کنترل برق ایران در ساعت مقرر استارت و با شبکه پارالل نماید . و در صورت عدم نیاز شبکه و اعلام مرکز کنترل جهت پایین اوردن هزینه و مصرف سوخت از شبکه خارج نماید .
با توجه به موارد فوق یک اپراتور نیروگاه گازی معمولا هر 24 ساعت یکبار با استارت و Stop واحد مواجه می گردد .

ماده سازی جهت استارت :
در زمانی که اپراتور قصد استارت واحد را دارد اعمالی را باید انجام دهد که به ترتیب به شرح آن می پردازیم .
قبل از استارت تمام کنتور ها و شمارنده هایی که در اتاق فرمان و واحد وجود دارند جهت محاسبات بعدی در دفتر لاکشیت ثبت می شوند . سیستم برق D.C بازدید و ولتاژ و جریان ان ثبت شود .
بعد از اطمینان از عدم نشتی روغن یا گازوئیل یا هر گونه مواد آتش زا در داخل واحد . والو استارت نا موفق زیراتاق احتراق ( در صورت باز بودن ) بسته شود . کپسول های گاز جرقه زن باز گردیده و از فشار کافی آنها اطمینان حاصل نماید .
دستگاه ثبات ( ثبت کننده درجه حرارت ورودی و خروجی توربین ) روشن شود . اگر رله ای از قبل عمل نموده ریست شود . و در صورتی که ریست نشد علت آن بررسی و رفع عیب گردد . با در نظر گرفتن کلیه موارد فوق اماده برای استارت می باشد .
عملیات استارت :
با توجه به این که واحد های گازی از دو نوع سوخت گاز و گازوئیل استفاده می نمایند . سلکتور انتخاب برنامه ( Program Selctor ) روی حالت گاز یا گازوئیل ( سوخت موجود ) قرار گیرد .
اگر قصد استارت اتوماتیک داریم سلکتور بهره برداری یا Opreating Selector روی حالت اتومات قرار داده شود . بعد از انجام مراحل فوق با فشار دادن بوش با توم اتوماتیک به مدت 2 ثانیه واحد در پله یا Stop یک قرار می گیرد . عملیات استارت تا قرار گرفتن در 3000 هشت پله را می بایست روی صفحه سکونتیک طی نماید . که در هر پله اعمالی انجام گرفته و دستگاهی وارد مدار یا از مدار خارج می گردد . ضمن این که دور هم باید در هر پله به حد معینی برسد . که در صورت انجام نگرفتن هر کدام از این شرایط واحد در همان پله باقی می ماند و با توجه به این که هر پله دارای تلرانس تایم مخصوص می باشد . بعد از گذشت مدت زمان هر پله به انجام نگرفتنم شرایط ان عملیات استارت متوقف و واحد تریپ می نماید .
در نتیجه عبور از یک پله به پله بعدی مستلزم انجام شرایط ان در مدت زمان مخصوص به خود می باشد .
شرایط پله یک (1):
فشار سوخت قبل از پمپ تامین والو سوخت بسته چنج اور والو باز کلید تحریک باز فشار روغن لوب تامین سرعت کمتر از 380 دور در دقیقه (در زمانی که واحد از قبل دور داشته باشد برای استارت بعدی باید به کمتر از 380 دور برسد )اگر واحد در حالت راچت استارت شود در این پله دور واحد صفر است . استارتینگ والو باز والو بهره برداری Stop .
شرایط پله 2 :
استارتینگ موتور وصل پمپ ترکوکنورتر وصل دریچه های بلد والو باز فشار ورغن حفاظت و امرژنسی تامین .
شرایط پله 3 :
فشار روغن ترکوکنورتر کمتر از 5/0بار سرعت 440 دور
شرایط پله 4 :
جرقه زن وصل سرعت 600 دور
شرایط پله 5 :
والو سوخت باز انجام عمل احتراق در اتاق احتراق سرعت 800 دور
شرایط پله 6 :
سرعت 2000 دور (در این پله با پالاسهای مداوم استارتینگ والو و فشار کردن روغن کنترل راه عبور سوخت بیشتر باز شده و شدت احتراق بتدریج بیشتر می گردد و دور واحد را بالا می برد .)
شرایط پله 7 :
کلید استارتینگ موتور باز سرعت 3000 دور
شرایط پله 8 :
کلید تحریک وصل
لازم به یاداوری است که در اینجا دور ذکر شده دور ژنراتور است نه دور توربین چون دور توربین از این مقدار بیشتر است .
اگر واحد به پله هشت رسید استارت با موفقیت انجام شده در غیر این صورت در هر کدام از پله ها توقف نماید موجب تریپ واحد می گردد . که با توجه به شرایط همان پله اپراتور باید علت را بررسی و در صورت امکان نسبت به رفع عیب و استارت مجدد اقدام نماید .
در طول مدت یاد شده (از پله یک تا هشت) بهره بردار می بایست عملیات واحد را به دقت زیر نظر داشته باشد و در صورت ظاهر شدن آلارم های احتمالی نسبت به ریست و رفع عیب آن اقدام تا از تریپ واحد جلو گیری نماید .
بعد از انجام گرفتن احتراق درجه حرارت ورودی و خروجی توربین را روی صفحه ثبات مد نظر داشته و در صورت بالا رفتن بیش از حد درجه حرارت جهت جلوگیری از خسارت به واحد از طریق امرژنسی تریپ واحد را تریپ نماید . لازم به ذکر است که برای استارت مجدد باید درجه حرارت خروجی واحد کمتر از 100 درجه سانتی گراد باشد و تا رسیدن به این درجه حرارت از استارت مجدد باید خود داری نمود . بعد از رسیدن واحد به پله هشت و تامین دور 3000 (دور ژنراتور) آماده بهره برداری و پارالل شدن با شبکه می باشد .