شرح مختصر : توربین پلتون (Pelton wheel) یا همان چرخ پلتون توسط شخصی به نام پلتون ( Lester Allan Pelton) در سال ۱۹۸۰ میلادی اختراع شده است. این توربین یکی از انواع توربین های ضربه ای می باشد که معمولا با وارد شدن ضربه توسط آبی که از ارتفاع به پره های توربین برخورد می کند ، چرخش صورت می گیرد.
فهرست :
موارد استفاده توربین های پلتن
انرژی مبادله شده در یک توربین پلتن
اندازه های اصلی در روتور توربین پلتن
چرخ توربین پلتن ایده ال
چرخ توربین پلتن واقعی
تعداد پره های توربین
اندازه های روتور
مراحل طراحی اندازه های یک توربین پلتن
30 اسلاید
مشخصات فایل
عنوان: دانلود مقاله پیرامون توربین های گازی
قالب بندی: word
تعداد صفحات: 124
محتویات
از حدود 70 سال قبل توربین های گازی جهت تولید برق مورد استفاده قرار می گرفته اند، اما در بیست سال اخیر تولید این نوع توربین ها بیست برابر افزایش یافته است. اولین طرح توربین گازی مشابه توربین های گازی امروزی در سال 1791 به وسیله «جان پایر» پایه گذاری شد که پس از مطالعات زیادی بالاخره در اوایل قرن بیستم اولین توربین گازی که از یک توربین چند طبقه عکس العملی و یک کمپرسور محوری چندطبقه تشکیل شده بود، تولید گردید. اولین دستگاه توربین گازی در سال 1933 در یک کارخانه فولادریزی در کشور آلمان مورد بهره برداری قرار گرفت و آخرین توربین گازی با قدرت 2/212 مگاوات در فرانسه نصب و مورد بهره برداری می گردد. در صنعت برق ایران اولین توربین گازی در سال 1343 در نیروگاه شهر فیروزه (طرشت) مورد استفاده قرار گرفته است که شامل دو دستگاه بوده و هر کدام 5/12 مگاوات قدرت داشته است. در حال حاضر کوچکترین توربین گازی موجود در ایران توربین گاز سیار «کاتلزبرگ» با قدرت اسمی یک مگاوات و بزرگترین آن توربین گازی 49-7 شرکت زیمنس با قدرت 150 مگاوات می باشد.
سرفصل :
تاریخچه توربین گاز
نقش توربین گاز در صنعت برق
مزایای توربین گازی
معایب توربین گازی
تئوری فرایندهای توربین گازی در افزایش قدرت و راندمان
ویژگی های نصب نازلها قبل از فیلتر
کولر تبخیری
واحد تبخیرکننده
اجزاء و نحوه عملکرد چیلرهای انژکتوری
محاسبات مربوط به ابرکولر و افت فشارهای ایجاد شده مسیر هوا
مبدل حرارتی مورد استفاده در چیلر جذبی
سیستم جذبی آب- آمونیاک
چیلر- هیترهای شعله مستقیم
تزریق آب داغ به کمپرسور
اصول تکنولوژی TOPHAT
محاسبات برای توربین Betrofit شده با سیستم اسپری
تزریق بخار به انتهای اتاق احتراق
مزایا و معایب روش تزریق بخار
تولید بخار به وسیله بویلر بازیاب
گرمایش مجدد گازها در توربین
پاورپوینت-ppt- توربین انبساطی و کاربرد آن در تولید برق در 21 اسلاید
پاورپوینت-ppt- توربین ها-powerpoint در 90 اسلاید زیبا
تعریف توربین
دستگاهی است که در آن انرژی جنبشی سیال متحرک بعد از برخورد سیال
با پره به انرژی مکانیکی تبدیل می شود.
از انرژی مکانیکی تولید شده در کارهای زیر استفاده می شود:
سیالات مورد استفاده در توربین ها
هوا ¬در توربین بادی در نیروگاه های بادی
آب ¬در توربین آبی در نیروگاه های آبی
بخارات قابل میعان¬ در توربین بخار در نیروگاه های سوخت فسیلی مانند
نیروگاه گازی، و نیروگاه های انرژی های نو مانند نیروگاه اتمی و ...
گاز (هوا،گاز طبیعی، هلیوم و ...(¬ در توربین های گازی
توربین انبساطی چیست؟
به طور کلی توربین انبساطی دستگاهی جهت تبدیل انرژی گاز به برق می باشد، این دستگاه فوق العاده ارزشمند در ایستگاه های تقلیل فشار گاز مورد استفاده قرار می گیرد، در واقع این دستگاه جهت جلوگیری از اتلاف انرژی در ایستگاه های تقلیل فشار گاز کاربرد دارد چرا که در گذشته در ایستگاه ها مقدار انرژی که از گاز گرفته می شد تا فشار گاز به فشار دلخواه برسد توسط رگولاتور صورت می پذیرفت که این خود سبب هدر رفتن انرژی بود، این دستگاه همین مقدار انرژی لازمه را از گاز گرفته با این تفاوت که توسط یک سیستم دوار آن را به سمت یک ژنراتور برق هدایت می کند و در نهایت این انرژی را به انرژی برق زیادی تبدیل می کند.
تاریخچه:
توربین گاز، (به انگلیسی: Gas Turbine)، یک موتور درونسوز از نوع ماشینهای دوار است که بر اساس انرژی گازهای ناشی از احتراق کار میکند. هر توربین گاز شامل یک کمپرسور برای فشرده کردن هوا، یک محفظه احتراق برای مخلوط کردن هوا با سوخت و محترقکردن آن و یک توربین برای تبدیل انرژی درونی گازهای داغ و فشرده به انرژی مکانیکی است. بخشی از انرژی مکانیکی تولیدشده در توربین، صرف چرخاندن کمپرسور خود توربین شده و باقی انرژی، بسته به کاربرد توربین گاز، ممکن است مولد الکتریکی را بچرخاند (توربوژنراتور)، به هوا سرعت دهد (توربوجت و توربوفن) و یا مستقیماً (یا بعد از تغییر سرعت چرخش توسط جعبه دنده) به همان صورت مصرف شود (توربوشفت، توربوپراپ و توربوفن).
تاریخچه
در سال ۱۷۹۱، یک مخترع انگلیسی به نام جان باربر، یک ماشین طراحی کرد که از نظر ماهیت کارکرد شبیه به توربینهای گاز امروزی بود و ثبت اختراع این طرح را به نام خود کرد.[۱] او این توربین را برای به حرکت درآوردن یک کالسکه بدون اسب طراحی کرده بود. در سال ۱۹۰۴، یک پروژه ساخت توربین گاز توسط فرانتس استولز در برلین انجام شد که اولین کمپرسور محوری جهان در ساخت آن مورد استفاده قرار گرفته بود، ولی این پروژه ناموفق بود.[۱] در طی سالهای بعد، افراد مختلف بر روی ایده توربین گاز فعالیت کردند، به طوری که شرکت جنرال الکتریک آمریکا که امروزه بزرگترین تولیدکنندهٔ توربین گاز در جهان است، در سال ۱۹۱۸ بخش توربین گاز خود را راهاندازی کرد. با این وجود، نخستین توربین گازی برای تولید انرژی برق، در سال ۱۹۳۹ (میلادی) و در شرکت براون، باوری و سی در سوئیس ساخته شد که ظرفیت آن ۴ مگاوات بود.
مبنای کارکرد[ویرایش]
چرخهٔ برایتون، اساس کارکرد توربینهای گاز
مبنای کار توربینهای گاز از نظر ترمودینامیکی، بر اساس چرخه برایتون است که در آن، هوا به صورت بیدررو فشرده شده، احتراق در فشار ثابت رخ داده و انبساط هوای فشرده و داغ در توربین، به صورت بیدررو رخ میدهد و هوا به فشار اولیه میرسد. در عمل، اصطکاک وتوربولانس باعث میشوند که:
با افزایش دمای هوای ورودی به توربین، بازده توربینهای گاز افزایش مییابد؛ بنابراین، بهتر است که این دما هر چه بیشتر انتخاب شود. اما در این مورد از نظر تحمل مواد تشکیلدهندهٔ محفظهٔ احتراق و پرههای توربین، محدودیت وجود دارد؛ بنابراین، در این قسمتها که به آنها بخشهای داغ، (به انگلیسی: Hot Sections)، گفته میشود، از مواد مقاوم به دماهای زیاد مانند ابرآلیاژها استفاده میشود. همچنین این قسمتها با استفاده از تکنولوژیهای پیچیدهای، خنککاری میشوند.
انواع توربین گاز[ویرایش]
توربینهای گاز صنعتی برای تولید توان الکتریکی[ویرایش]
توربین گاز سری H شرکت جنرال الکتریک، این توربین ۴۸۰ مگاواتی در چیدمان سیکل ترکیبی، بازده حرارتی ۶۰۰٪ دارد.
توربینهای گاز صنعتی برای تولید توان الکتریکی، که توربوژنراتور گاز هم نامیده میشوند، توربینهای گازی هستند که توان تولیدشده به وسیلهٔ آنها، مستقیماً و یا پس از تغییر سرعت دوران در جعبهدنده به ژنراتور منتقل شده و در آنجا به انرژی پتانسیل الکتریکی تبدیل میشود. این نوع توربین گاز، میتواند به صورت سیکل ساده (به انگلیسی: Single Cycle) و یا نیروگاه سیکل ترکیبی (به انگلیسی: Combined Cycle) باشد. در حالت سیکل ساده، گازهای خروجی از اگزوز توربین که میتوانند تا ۶۰۰ درجه سلسیوس دما داشته باشند، مستقیماً وارد هوا شده و انرژی باقیمانده در آن هدر میرود؛ ولی در حالت سیکل ترکیبی، یک یا دو توربین گاز با یک توربین بخار کوپل میشوند 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 میکنند. 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 میکند؛ بنابراین، با استفاده از این روش، راندمان سیکل افزایش مییابد. توربوژنراتورها همچنین میتوانند به صورتتولید همزمان برق و گرما (به انگلیسی: Cogeneration) استفاده شوند که در این ترکیب، گاز خروجی از آنها برای تولید آب گرم و یا هوای گرم ساختمانها و کارخانجات استفاده میشود.
توربینهای گاز برای تولید انرژی مکانیکی
این نوع از توربینهای گاز که شامل توربوکمپرسورها و توربوپمپها میشوند، توربینهای گازی هستند که در آنها انرژی تولید شده توسط توربین، صرف به گردش درآوردن یک کمپرسور (جهت فشردهکردن یک مادهٔ گازی) یا پمپ (جهت بالابردن فشار یک مایع) میشود.
موتورهای جت
اصول کار توربوجت
موتورهای جت، نوعی موتور هستند که از شتاب دادن و تخلیه سیال برای ایجاد پیشرانش بر پایه قانون سوم نیوتن استفاده میکنند. دو نوع از موتورهای جت یعنی توربوجتها و توربوفنها شامل توربین گاز بوده و در واقع یک نوع توربین گاز هستند.
توربوجتها، نوعی توربین گاز هستند که در آنها همهٔ انرژی تولید شده در توربین صرف چرخاندن کمپرسور میشود 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 میشود.
آسیاب بادی پس از گذشت پانصد سال از اختراع آن در خاورمیانه، تا قرن دوازدهم میلادی در اروپا ناشناخته بود. سربازانی که از جنگهای صلیبی به کشورشان بازمیگشتند، داستانهایی را درباره آسیابهای بادی نقل میکردند. اروپاییان با الهام از ایده استفاده از نیروی باد به عنوان نیروی محرکه، سرانجام نوع جدیدی از آسیاب بادی را اختراع کردند. در این نوع آسیاب بادی، همه مجموعه آسیاب بادی میتوانست حول محور یک دیرک مرکزی بچرخد تا پرههای آسیاب در جهت وزش باد قرار بگیرند. مدتی بعد، آسیابهای بادی سادهتری که به شکل یک برج پره دار بود، ساخته شد؛ در این نوع آسیاب بادی، فقط پرهها همراه جریان باد میچرخیدند. با گذشت زمان آسیابهای بادی به چشماندازهای طبیعی حومه شهرهای اروپا تبدیل شد. در قرن دوازدهم میلادی هلندیها از تلمبههای آب که به وسیله آسیابهای بادی کار میکرد، برای احیای بخشهایی از خشکی که زیر آب دریای شمال قرار گرفته بود، استفاده میکردند. یک قرن بعد، در بعضی از شهرهای فرانسه بیش از ۱۲۰۰ آسیاب بادی نصب شده بود. در هلند، در قرن هجدهم، بیش از ۷۰۰ آسیاب بادی در امتداد رودخانه زان احداث شده بود.
مقایسه نیروی باد و نیروی آب
آسیابهای بادی مقایسه با آسیابهای آبی از امتیازهای بسیاری برخوردار بودند. اول آن که نیازی نبود که آسیابهای بادی نزدیک جریان آب احداث شوند. به علاوه اگر آب در زمستان یخ میزد، آسیابهای آبی از کار میافتادند در حالی که آسیابهای بادی به کار خود ادامه میدادند. امتیاز دیگر آسیابهای بادی این بود که رودخانههایی که در کنار آنها آسیابهای آبی ساخته میشد، معمولاً تخت نظارت مالکین و زمین داران قدرتمند قرار داشت و آنها بودند که اجازه میدادند چه کسی حق احداث آسیاب آبی و آرد کردن گندم را داشته باشد. رواج آسیابهای بادی موجب رهایی مردم عادی از قید و بند مالکین شد
انواع توربینهای بادی
یک توربین ساوونیوس که دارای محور عمودی است.
سه نوع اصلی توربین بادی
پره توربینهای بادی میتواند به دور محور افقی و یا عمودی دوران کند. توربین بادی با محور افقی، پیشینهٔ بیشتری داشته و امروزه هم بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد. در مقابل، مزیت توربین بادی با محور عمودی، عدم حساسیت نسبت به جهت وزش باد و عدم نیاز به یک پایه مرتفع است.
توربین بادی با محور افقی
توربینهای بادی در منجیل، ایران با محور افقی
در توربینهای بادی با محور افقی (به انگلیسی: Horizontal Axis Wind Turbine) که به اختصار HAWT هم نامیده میشوند، روتور و ژنراتور الکتریکی در بالای یک برج بلند قرار گرفته و باید در راستای باد قرار گیرند. توربینهای بادی کوچک برای تعیین جهت وزش باد از یک بادنمای ساده استفاده میکنند، ولی توربینهای بزرگتر معمولاً از یک سنسور باد که با یک سرووموتور در ارتباط است، استفاده میکنند. بیشتر این توربینهای بادی، با استفاده از یک جعبهدنده، سرعت چرخش کُند پرهها را به سرعت بیشتری برای ژنراتور تبدیل میکنند.
توربینهای بادی امروزی
توربینهای بادی که امروزه در نیروگاههای بادی برای تولید تجاری برق مورد استفاده قرار میگیرند، معمولاً سه-پره بوده و با استفاده از سامانههای کنترل رایانهای در جهت وزش باد قرار میگیرند. البته توربینهای باد با دو پره و حتی یک پره هم استفاده میشوند پرههای این توربینها، معمولاً طولی بین ۲۰ تا ۴۰۰ متر و حتی بیشتر و سرعت دورانی حدود ۱۰ تا ۲۲ دور بر دقیقه دارند. اگر طول پرهٔ یک توربین بادی، ۴۰ متر بوده و با سرعت ۲۰۰ دور بر دقیقه دوران کند، سرعت خطی نوک پرههای آن، حدود ۸۴ متر بر ثانیه (۳۰۲ کیلومتر بر ساعت) خواهد بود. برجی که پرهها بر بالای آن نصب میشوند، به صورت لولهٔ فولادی و به ارتفاع ۶۰ تا ۹۰ متر است. معمولاً با استفاده از جعبهدنده، سرعت چرخش محور افزایش داده میشود، ولی در برخی از طراحیها، محور با همان سرعت یک ژنراتور حلقوی را میچرخاند. برخی از مدلهای توربین بادی، در سرعت ثابت کار میکنند ولی توربینهای با سرعت متغیر انرژی بیشتری میتوانند تولید کنند؛ که به واسطه نیروی لیفت و دراگ پرهها به حرکت در میآیند.
توربین بادی با محور عمودی
یک توربین بادی با محور عمودی از نوع دار
شبیه سازی استارت توربین بادی با ژنراتور القایی روتور سیم پیچی با کنترل مستقیم گشتاور (DTC) در سیمولینک نرم افزار متلب
شبیه سازی به طور کامل و با رعایت تمامی جزئیات لازم انجام گرفته است.
برای مشاهده نتایج کافیست شبیه سازی را در نرم افزار متلب اجرا نمایید.
شبیه سازی توربین بادی PMSG متصل به شبکه در سیمولینک نرم افزار متلب
شبیه سازی به طور کامل و با رعایت تمام جزئیات به همراه شبیه سازی کامل سیستم های کنترلی انجام شده است.
برای مشاهده خروجی های برنامه کافیست شبیه سازی را در نرم افزار MATLAB اجرا نمایید.