وبلاگ

معمولا توربین های انبساطی ترکیبی از این دو طرح یعنی ضربه ای و عکس العملی هستند.
از نظر ساخت توربین های انبساطی به دو نوع زیر دسته بندی می شوند:
الف)توربین های جریان محوری که جریان سیال به موازات محور توربین می باشد.
ب)توربین های جریان ورودی شعاعی که جریان سیال از محیط به مرکز توربین می باشد. از این دو نوع توربین نوع دوم به خاطر داشتن مزایایی همچون بازده بالا ، قابلیت استفاده در دمای خیلی پایین و قابلیت اطمینان بالا بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.
۲-۳-۳ ویژگی هایی لازم در طراحی توربین انبساطی :
کار در بازدهی بالا با تغییرات جریان گاز
تحمل کردن گرد و غبار و چگالش بخار گازی
استحکام یاتاقان برای جلوگیری از آسیب دیدن روتور که توسط ته نشین شدن یخ یا فرسودگی نا متعادل می شود.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

بازدهی بالا که معمولا سرعت بالا را می طلبد.
قابلیت اطمینان بهبود یافته.
درزبندی یا آببندی محکم شفت و سایر درزبندی های حساس.
کنترل جریان متغییر.
توربین های انبساطی با کیفیت بالا ، افشانه های (Nozzle) کنترل جریان متغیر دارند که قادر است در مقابل فشار کلی مقاوت نموده و مثل یک کنترل کننده جریان برای بخار گاز اصلی در طول فرایند عمل نمایند. افشانه متغییر باید با روتور سازگار باشد تا بتواند بازدهی بالایی در محدوده تغییر جریان ارائه دهد.شکل(۲-۱ )این محدوده را مشخص می کند و معمولا از ۵۰% تا ۱۲۰% طراحی یا بیشتر را شامل می شودو راندمان یک توربین انبساطی برای محدوده وسیعی از تغییرات دبی ورودی (۳۰% کمتر و ۵۰% بیشتر از مقدار دبی نامی) تقریبا ثابت است.

شکل (۲-۱) منحنی مشخصه بازده یک توربین انبساطی نوعی بر حسب دبی نشان داده شده است.
همچنین بازده برحسب نسبت سرعت V(نسبت سرعت نوک به سرعت دهانه) نیز نشان داده شده است.
کلا در هر فرآیندی که سیال یا دبی حجمی پایین ، فشار و دمای بالا در اختیار باشد و بتوان آن را در یک سیکل یا پروسه ای منبسط نمود. می توان از توربین های انبساطی برای بازیافت انرژی استفاده کرد. در حقیقت ، پتانسیل استفاده از این نوع کاربردها در منابعی چون انرزی های اقیانوس گرمایی ، گرمای خورشیدی ، زمین گرمایی ، گرمای اتلافی ، گاز طبیعی و کاهش فشار گاز اتلافی و …. می باشد.
۲-۳-۴ قسمت های اصلی یک نیروگاه توربین انبساطی:
یک نیروگاه توربین انبساطی با توجه به شکل( ۲-۲ )از قسمتهای مختلف زیر تشکیل شده است.
Ball valve
Safety trip valve (STV)
Preheater
Regulator
Turbine
Shaft and gearbox
Reheater
Generator
شکل (۲-۲) ساختار کلی یک نیروگاه توربین انبساطی
۲-۳-۴-۱ Ball valve:
جهت باز و بسته کردن مسیر کلی گاز درون لوله در مواقع خارج کردن توربین یا راه اندازی از یک شیر به نام Ball valve استفاده میشود.
۲-۳-۴-۲ Safety trip valve ((STV:
اگر به هر دلیلی همانند خطا در ژنراتور ، توربین ، شفت و گیربکس ، هیتر ها ، مسیر گاز و… رله های مورد نظر فعال شوند و فرمان تریپ را برای سیستم صادر نمایند، باید ورودی گاز به سمت توربین به صورت آنی قطع گردد برای انجام این کار از شیری به نام STV استفاده میشود.
۲-۳-۴-۳ پیشگرمکن( Preheater):
پس از اینکه گاز طبیعی به پره های توربین برخورد نمود ، انرژی خود را به پره های توربین داده و دمای خود را از دست می دهد و به دلیل افت دمای بیش از حد آن در فرایند کاهش فشار و بسته به دمای گاز ورودی توربین ، می تواند باعث تشکبل هیدرات در پایین دست توربین شده و در عملکرد آن اخلال ایجاد می نماید . برای جلوگیری از این مشکل گاز ورودی را بوسیله گرمکن اولیه ، پیش گرمایش میکنند. یکی دیگر از مزایای استفاده از گرمکن اولیه افزایش دمای گاز ورودی توربین و به طبع آن افزایش انرژی نهفته در گاز می باشد.
معادله (۲-۱) بیانگر دمای خروجی گاز را در پیش گرمکن یا کرمکن اولیه می باشد.[۱]
معادله (۲-۱)
طبق معادله (۲-۱) بالا مدل پیش گرمکن را می توان به صورت شکل (۲-۳ )نمایش داد.
شکل (۲-۳) مدل دمای گاز خروجی در پیش گرمکن
با توجه به قوانین ترمو دینامیکی سیالات می توان طبق معادلات زیر مدل نهایی و کاملتری برای پیش گرمکن به دست آورد که فشار و دبی جرمی سیال نیز در آن لحاظ شده باشد .
معادله (۲-۲)
معادله (۲-۳)
معادله (۲-۴)
معادله (۲-۵)
معادله (۲-۶)
معادله (۲-۷)
شکل (۲-۴) مدل پیش گرمکن بر اساس فشار و دبی جرمی
۲-۳-۴-۴ رگولاتور) (Regulator:
رگولاتور درحقیقت یک ولو یا شیر اتوماتیک بوده که از سیستم کنترلی سیستم فرمان میگیرد ، نقطه تنظیم سیستم کنترلی انبساط گر به میزان کمی بالاتر از نقطه تنظیم رگولاتور قرار داده شده است بنابر این ، گاز ابتدا در انبساط گر جریان داشته و سپس رگولاتور به محض تجاوز دبی از ظرفیت انبساط گر آن را عبور می دهند.
سیستم کنترلی شکل (۲-۵) فشار را در پایین دست توربین ثابت نگه می دارد . سیستم کنترلی ، پنوماتیک و شامل دو حالت کنترلی اصلی می باشد. حالت اول فشار را در سیستم لوله کشی پایین دست انبساط گر کنترل می کند. حالت دوم ، خروجی ژنراتور را کنترل کرده و در ماکزیمم طراحی محدود می کند.
شکل(۲-۵) سیستم کنترل افشانه ای توربین انبساطی
شکل(۲-۶) بلوک دیاگرام سیستم کنترلی PID توربین انبساطی
۵-۴-۳-۲ توربین Turbine:
بعد از اینکه سیال با فشار، دبی و دمای معینی وارد توربین می شودف با نسبت فشار مشخصی منبسط می شود، در این فرایند که می توان آن را ایزونتروپیک فرض نمود، دمای سیال نیز کاهش می یابد و در حقیقت آنتالپی سیال کم می شود، با توجه قانون اول ترمودینامیک مطابق رابطه زیر توان اعمالی به محور برابر است بامعادله (۲-۸) می باشد.
معادله(۲-۸)
که در آن دبی ورودی بر حسب kg/sec ، و آنتالپی ویژه ورودی و خروجی انبساط گر بر حسب kJ/kg و توان گرفته شده از سیال بر حسب kw است.
با توجه به این نکته که پارامترهای ورودی سیستم ، فشار (P) دبی (m) و دمای ورودی (T) و معمولات مسئله نسبت فشار و فرض ایزونتروپیک بودن فرایند است، پس لازم است برای محاسبه ئ توان ، آنتالپی ورودی و خروجی، از این پارامترها و مفروضات بدست آید. اگر سیال منبسط شده در توربین را گاز طبیعی در نظر بگیریم، با علم به اینکه حدود ۸۵% تا ۹۵% آن را متان تشکیل می دهد، می توان برای دما و فشار ورودی، آنتالپی ورودی( ) را از جداول ترمودینامیکی بدست آورد. با توجه به ایزونتروپیک بودن فرایند، انتروپی خروجی (پایین دست توربین) با انتروپی ورودی برابر است و برای انتروپی و فشار خروجی معلوم، آنتالپی خروجی( ) نیز بدست می آید.
توانی که از رابطه زیر بدست آمد بدون در نظر گرفتن تاثیرات تغییر دبی و فشار ورودی بر راندمان توربین انبساطی است، در حالی که شکل (۲-۶) نشان می دهد که با انحراف این کمیت ها از مقدار نامی توربین انبساطی ، راندمان نیز از مقدار طراحی کمتر خواهد شد. برای در نظر گرفتن این تغییرات از رابطه های ۲و۳ برای محاسبه راندمان استفاده می شود. در این روابط، فشار نامی ، فشار ورودی، دبی نامی، دبی ورودی و o.c. مخفف شرایط نقطه کار (operation condition) و راندمان کمینه توربین، راندمان بیشینه آن و در نهایت راندمان کل توربین با توجه به شرایط نقطه کار است.