مقدمه

توربین :واژه ی توربین برای اولین بار به وسیله ی claude burdin 1790-1873 در سال 1828 به وجود آمد که از لغت یونانی به معنی چرخنده یا سرگردان مشتق شده است. توربین موتوری چرخنده است که می تواند از یک سیلل انرژی بدست آورد.

ساده ترین توربینها یک بخش سیال چرخنده و تعدادی پره دارند که به بخش اصلی متصل شده است سیال به پره ها برخورد می کندو بدین ترتیب از انرژی ناشی از متحرک بودن ان استفاده می کند به عنوان اولین توربین ها می توان آسیاب بادی و چرخاب را نام برد.

توربین های گاز ،بخار و اب معمولا پوشش محافظی در اطراف پره هایشان دارند که سیال را کنترل می کنند؛پوشش ها و پره ها می توانند اشکال هندسی مختلفی داشته باشند که هرکدام برای نوع سیال و بازده متفاوت است.

کمپرسور یا پمپ دستگاهی مشابه توربین است ولی عملکرد بر عکس به طوری که این دستگاه انرژی را می گیرد و باعث حرکت یک سیال می شود.



انواع توربین :

1-توربینهای بخار:برای تولید برق در نیروگاه های حرارتی که از ذغال سنگ ،نفت و انرژی هسته ای استفاده می کنند به کار برده می شوند،روزی از انها برای هدایت وسایل نقلیه مانند کشتی استفاده می شد

2-توربین های گازی :این توربین ها معمولا دارای یک ورودی ،فن ،کمپرسور ،محفظه متراکم کننده و یک نازل است.

3-توربین های ترانسونیک: جریان گاز در اکثر توربین ها همواره سرعتی زیر صفر دارد ؛دراین نوع توربین ها سرعت گاز هنگام خروج بالاتر از صفر است. این توربین ها درفشار بالاتری کار می کنندولی معمولا بازده کمی دارند و خیلی هم مرسوم نیستند.



4-توربین های کنترا رتاتینگ :دو توربین که یکی بالا و دیگری پائین در جهت مخالف هم می چرخند این سیستم پیچیدگی هایی دارد که تولید ان را کاهش می دهد.

5-توربین سرامیک :توربین های بافشار بالا که از آلیاژنیکل و فولاد ساخته شده اند معمولا دارای سیستم خنک کننده پیچیده هستند اخیرا پره های سرامیکی روی توربینهای گازی امتحان شده است.

موارد استفاده: تقریبا تمام الکتریکی روی از نوعی توربین استفاده می کند بازده بالاترین توربین 40 درصد است. اکثر جت ها مانند کشتی ها و نیروگاه های اتمی برای حرکت از توربین استفاده می کنند.



توربین های گازی صنعتی :

منظور ا زتوربینهای گازی صنعتی اشاره به کاربرد انها غیر از بخش هوانوردی می باشد. درشکل زیر شمایی از یک واحد تولید توسط توربین گاز نشان داده شده است:


شکل زیر هم نوعی توربین گازی با ظرفیت تولیدی 400 مگاوات را نمایش می دهد.


انواع توربین ها:

توربین های بخار:توربین های بخار از اولین مولد های قدرت می باشند که به اشکال و روشهای مختلف ساخته می شوند و از ان برای راه اندازی دستگاه های گوناگون از قبیل ژنراتورهای برق ،پمپها ،کمپرسور و همچنین محرک پروانه کشتیهاو ...استفاده میشود . اما بطور کلی یک توربین بخار در ایستگاه های قدرت برای تولید برق و به حرکت در آوردن ماشینها مورد استفاده قرارمی گیرند. این نوع توربین ها میتوانند در رنج وسیعی از سرعتها کارکنند که خود این قابلیت ،انها را در بسیاری از کارها مفید گردانیده است.از لحاظ قدرت تولیدی از این نوع توربینها برای تولید قدرتهای نسبتا پائین تاحدود 1300 MW استفاده میشود .

برای تولید قدرت ،سیال عامل د راین نوع توربینها «بخار آب »است وارد توربین شده و پس از منبسط شدن تولید کار می نماید. درنهایت بخار خروجی از توربین وارد یک کندانسور شده و به مایع تبدیل می شود واز طرف دیگر دوباره وارد سیکل کاری توربین می گردد.

طبقه بندی توربینهای بخار:


برای طبقه بندی توربینهای بخار روشهای متفاوتی وجودداردکه عبارتند از :

1-براساس شرایط بخار ورودی و خروجی

2-بر اساس نحوه قرارگیری محفظه و شفت (توربینهایی که دو یا چند محفظه و شفت دارند که شفتها به یکدیگر کوپل شده اند)

3- بر اساس تعداد طبقات(هر طبقه از توربین شامل یک ردیف پره های ثابت و یک ردیف پره های متحرک می باشد)

4-بار اساس نحوه طراحی هر طبقه (ضربه ای یا عکس العملی )

5-بااساس نحوه راه اندازی توربین(ممکن است توسط ژنراتور یا سیستمهای مکانیکی یا....راه اندازی شود.)

6-بر اساس نحوه و روش تولید بخار (ممکن است بخار با استفاده از بویلرهایی که با سوخت های طبیعی کار می کنندو یا بوسیله راکتورهایی که از آب سبک استفاده می نمایند ایجاد شود)

هر توربین بخار ممکن است دریک یا چند کلاس از طبقه بندی فوق قرار گیرد.

طراحی طبقات توربین بخار:

همانگونه که قبلا شرح داده شد هر طبقه از توربین شامل یک سری ازپره های ثابت است که اصطلاحا ساکن و روی دیسک های روتور قرار می گیرند و اصطلاحا «باکت»(BUCKET ) نامیده می شوند. این دو نوع پره در یک توربین با یکدیگر عمل نموده و باعث به حرکت در اوردن با بخار و در نتیجه حرکت روتور در توربین می گردند .بطور کلی طبقات توربینهای بخار به دو نوع مختلف و مجزا طراحی می گردند که عبارتند از :



1-ضربه ای: IMPULSE STAGES

2-عکس العملی :REACTION TYPE STAGES

توربینهای ضربه ای نوعی از توربینها هستند که در انها کل افت فشارمربوط به هر طبقه در عرض هر نازل و یا پره های ثابت اتفاق می افتد و سپس فشار بخار آب در عبور از پره های متحرک ثابت باقی می ماند.


در توربینهای نوع عکس العملی افت فشار کل در هر طبقه به طور مساوی درحین عبور بخار از میان پره های ثابت و متحرک اتفاق می افتد که این عمل باعث افزایش سرعت بخار در حین عبور هم از پره های ثابت و پره های متحرک می گردد. اما در توربین های ضربه ای افزایش سرعت بخار تنها در عبور از پره های ثابت رخ می دهد.

توربین های عکس العملی :

دراین توربین ها آب با گذر از بین پره های توربین فشار خود را از دست داده و باعث حرکت رانر می شود توصیف انتقال انرژی بوسیله قانون سوم نیوتن انجام می گیرد.مانند: توربین فرانسیس

توربین کاپلان (BULB-TUBE-STRAFLO KAPLAN-PROPELLER-)



توربین کاپلان:

توربین ابی است موتور متحرکی که از اب متحرک انرژی می گیرد.اولین توربین های آبی چرخ های آبی بودند که برای گذر از چرخ های آبی به توربین های مدرن 100 سال سپری شد.در ادامه SWIRI در توربین ها تحقق پیدا کرد که انرژی به یک جزءچرخان منتقل می شد. (البته در توربین های ضربه ای SWIRI وجود ندارد.)




توربین فرانسیس (FRANCIS)بوسیله JAMES.B FRANCISاختراع شد .این توربین یک توربین عکس العملی با جریان داخل شونده (INWARD FLOW )است که از مفاهیم جریان محوری (AXIAL)و گردشی (RADIAL)بهره می برد.

این توربین پرکاربردترین توربین است .این توربین از نوع عکس العملی بوده و به همین دلیل در یک سوی ان آب پرفشار و درسوی دیگر آب خروجی کم فشار وجود دارد.

ورودی شکل حلزونی دارد و این ساختار به کمک دریچه های هدایت کننده (or guide vanes wicket gates)باعث می شوند اب مماس دار(TANGENTIALLY)به رانر برخورد کند و رانر به چرخش درآید

هر چه آب بیشتربه دور توربین می چرخد شعاع مجرای ان کمتر می شود که درنتیجه اب سرعت از دست رفته خود را احیا می کند.در نهایت آب خروجی دارای حداقل انرژی جنبشی و پتانسیل است.

هزینه طراحی ،ساخت و نصب توربین های فرانسیس بسیار زیاد است اما برای سالیان متمادی کار می کنند.



مزایای استفاده ازتوربینهای بخار:

اگر این نوع توربینها را باموتور رفت و برگشتی مقایسه کنیم مشخص می شود که این نوع توربینها فضای کمتری اشغال می کنندو فونداسیون سبکتری داشته و به رسیدگی کمتری نیز احتیاج دارند .مصرف روغن جهت عملیتات روانسازی در انها کمتربوده واجزای داخلی انها احتیاج به روانسازی ندارندو بخار خروجی از انها فاقد روغن است.ظرفیت بار زیاد،قابلیت اطمینان بالا و هزینه نگهداری پائین از دیگر مزایای این نوع توربینها می باشد. از لحاظ راندمان نیز ،راندمان انهادرتوان وقدرتهای پائین مثل موتور ها است امابرای قدرتها و ظرفیتهای بالاتر،خیلی بهتراست و قیمت انها خیلی پائین تراز موتورهای رفت و برگشتی بوده و میتوان از انها برای قدرتهای بالا استفاده کرد.که این موردتوسط موتورهای رفت و برگشتی قابل دستیابی نیست . البته توربینهای گازی نیز دارای مزایای توربینهای بخار میباشند با این تفاوت که برای تولید برقهای بالای 220 MW عموما دیگر از توربینهای گازی نمی توان استفاده کرد.


روش کار توربین بخار:

یک توربین بخار از اجزای متعددی تشکیل شده است که تمام این اجزا را می توان بطورکلی در چند مجموعه تقسیم کرد. یک توربین بخار شامل محفظه ی توربین است که یک سری پره های ثابت روی ان نصب می گردند. دردرون این محفظه یک روتور در جهت جریان گسترده شده که روی ان نیز یک سری پره های متحرک نصب شده اند که به همراه محفظه و پره های ان و برای بالا بردن میزان تولید تولیدی ،سه قسمت مجزا در توربین ایجاد مینمایند:

1-ناحیه توربین فشاربالاTURBINE HIGH PRESSURE PORTION

2-ناحیه توربین فشار متوسط PRESSURE PORTION TURBINE INTERMEDIATE

3- ناحیه توربین فشار پائینPORTION TURBINE LOW PRESSURE



خود محفظه نیز به دو یاچند قسمت تقسیم میشود که هرکدام از این قسمتها خود به دونیمه که عبارتنداز :

1- نیمه فوقانی:TURBINE CASING UPPER HALF

2- نیمه تحتانی :TURBINE CASING LOWER HALF

تقسیم می شوند که توسط یک سری پیچ به یکدیگر متصل می گردند.

اگر تمام قسمتهای مذکور در توربین بخار یعنی ناحیه توربین فشار بالا،ناحیه فشار متوسط و ناحیه توربین فشارپائین در کنار هم قرار بگیرند ابعاد توربین بسیار بزرگ شده وحتی از 30 متر نیز فراترمی رود که مناسب نیست . به همین دلیل دو قسمت یا بیشتر را دریک محفظه قرار می دهند تا طول توربین را کوتاهتر نمایند. بنابراین بسته به نوع توربینهایی که در یک محفظه قرارمی گیرند:

a. HIGH-LOW PRESSSURE INTEGRATED TYPE TURBINE

b. HIGH-INTERMEDIATED PRESSURE INTEGRATED TYPE TURBINE

C. HIGH-INTERMEDIATE-LOW PRESSURE INTEGRATED TYPE TURBINE

درهر کدام از مدلهای فوق ،روتور وظیفه انتقال بخار را که دارای درجه حرارت و فشاربالا و متفاوتی است بر عهده داردکه وظیفه مشکلی است زیرا قسمتهای مختلف روتور تحت تنشهای متفاوتی می باشد و این کار ساخت ان را با مشکل مواجه می نماید .به همین دلیل درسالهای اخیر روتورهای جدید رابر مبنای نوع توربین به صورت:

-HIGH –LOW PRESSURE INTEGRATED TYPE TURBINE ROTOR

-HIGH-INTERMEDIATED PRESSURE INTEGRATED TYPE TURBINE ROTOR

ساخته اند که قسمتهای مختلف ان بسته به اینکه چه مقدار و چه نوع تنشی را تحمل می کند وتحت چه درجه حرارتی کارمی کند با خواص متفاوت ساخته می شوند.

بررسی مواد (MATERIAL)مورد استفاده در توربین :

پره ها :

در توربینها انواع مختلف پره ها مورد استفاده قرار می گیرند .این پره ها اگر به رزونانس دربیایند ممکن است دچار خستگی و یا ترک گردند که این نیروها ممکن است به صورتهای زیر ایجاد شوند

1-تغییرات شدت و فشار بخار

2-شوک

3- لرزش و پیچش روتور

در ساخت پره ها از آلیاژهای متفاوتی استفاده می شود که معمولیترین انها فولاد های زنگ نزن است که عناصر آلیاژی درانها در زیر قرار دارد :

Mn-C-Cr-Si-P-S

پارامترهای مهم دیگردر انتخاب و ترکیب درصد آلیاژعبارتند از:استحکام کششی ،تنش تسلیم درصد ازدیاد طول و درصد کاهش سطح.

روتور:

از انجا که توربین بخار در سرعتهای بالا کار می کند،موادی که در روتور استفاده می شود باید از تراکم و استحکام بالایی برخوردار باشند. در ماشینهای بزرگ روتور به روش فورجینگ و از فولادهایی که درکوره های الکتریکی و تحت خلا حاصل می شوند ساخته می شوندو علت ان اینست که از وجود خلل و فرح ها ودیگر نقایص در فولادها جلوگیری شود.

محفظه و پیچها:

محفظه های تحت فشارو درجه حرارت بالا را درتوربینها معمولا به روش ریخته گری دقیق می سازند ،زیرا شکل انهاپیچیده بوده و ساخت انها با روشهای دیگر بسیار مشکل است. ترکیب آلیاژهای مورد استفاده باید دارای خواص قابلیت جوشکاری شدن و قابلیت ریخته گری شدن خوب را داشته باشند. قسمتهایی ازمحفظه را که تحت فشار ودما پائین باشد ،معمولا از ورقه های فولادی و به روش جوشکاری می سازند .پیچ ها و مهره ها نیزمعمولا ازجنس فورج و یا نورد شده مقاوم در برابر حرارت ساخته می شوند.



توربین گازی:

مقدمه:

از همان تولد توربینهای گازی امروزی درمقایسه با سایر تجهیزات تولید قدرت ،زمان زیادی نمی گذرد .بااین وجود امروزه این تجهیزات به عنوان سامانه های مهمی در امر تولید قدرت مکانیکی مطرح می باشند. از تولید انرژی برق گرفته تا پروازهای مافوق صوت همگی مرهون استفاده از این وسیله سودمند می باشند.

ظهور توربینهای گازی باعث پیشرفت زیادی در رشته های مهندسی مکانیک ،متالورژی و سایر علوم مربوطه گشته است .بطوریکه پیدایش آلیاژهای نیکل و تیتانیوم به خاطر استفاده انهادر ساخت پره های ثابت و متحرک توربینها که دماهای بالایی در حدود 1500 درجه سانتیگراد و یا بیشتررامتحمل می شوند از سرعت بالایی برخوردار شد. به همین خاطر امروزه به تکنولوژی توربینهای گازی تکنولوژی مادر گفته می شود و کشوری که بتواند توربینهای گازی راطراحی کند و بسازد هر چیزدیگری را هم میتواند تولید کند.

همانطورکه بیان گردید از این تجهیزات درنیروگاهها برای تولید برق (معمولا برای جبران بارپیک )،موتورهای جلوبرنده (هواپیما،کشتی هاوحتی خودروها)،در صنایع نفت و گاز برای به حرکت د رآوردن پمپها و کمپرسورهادرخطوط انتقال فراورده هاو... استفاده می شود که امروزه کاربرد توربینهای گازی د رحال گسترش می باشد.



اجزای توربینهای گازی :

1-کمپرسور 2-محفظه احتراق 3- توربین

که بنا به کاربرد قسمتهای دیگری نیز برای افزایش راندمان و کارایی به انها اضافه می شود.به عنوان مثال در برخی از موتورهای هواپیماها قبل از کمپرسوراز دیفیوزر و بعد ازتوربین از نازل استفاده می شود.

سیکل توربینهای گازی :سیکل ترمودینامیکی توربینهای گازی سیکل استاندارد هوایی یا برایتون می باشد که درحالت ایده آل مطابق شکل زیر شامل دو فرایند ایزونتروپیک در کمپرسور و توربین و دو فرایند ایزوبار د رمحفظه احتراق و دفع گازها می باشد.




سیکلهای توربینهای گازی در دو نوع باز وبسته می باشند.درسیکل باز گازهای خروجی از توربین به درون اتمسفر تخلیه می شوند که این سیکل بیشتردر موتورهای هواپیما مورد استفاده قرار میگیرد.

درنوع بسته که عمدتا درنیروگاههای برق مورد استفاده قرار میگیرندگازهای خروجی از توربین از درون بخش دفع گرما(COOLER)عبور کرده و بعد از خنک شدن مجددا وارد کمپرسور گردیده سیکل تکرار می شود. همانطور که قبلابیان گردید توربینهای گازی از نظر کاربردی به دو گروه صنعتی و هوایی تقسیم می شوند. که نوع اول در صنعت نوع دوم در هوانوردی مورد استفاده قرار می گیرند.



توربینهای گازی دارای شرایط کاری سخت می باشند و قطعاتی نظیر پره های توربین باید در درجه حرات های بالا استحکام مناسبی داشته باشند. همچنین به دلیل اتمسفر شدیدا اکسید کننده و خورنده توربین ها ،قطعات مختلف توربین بویژه پره ها باید مقاومت بالایی در برابرخوردگی داغ و اکسیداسیون داشته باشند. تاکنون آلیاژهای پایه نیکل و پایه کبالت بهترین آلیاژها برای ساخت قطعات توربین بوده اند. اماحتی با بهینه کردن ترکیب شیمیائی سوپر آلیاژها امکان دستیابی به کلیه خواص مطلوب فوق وجود ندارد لذا برای مقاوم سازی این آلیاژها در برابر خوردگی داغ،اکسیداسیون و سایش،پوشش هایی درسطح انها صورت می گیرد . یک نوع از پوشش های کارامد برای این منظور پوشش های سد حرارتی (thermal barrier coatings) هستند که به اختصار پوشش TBCنامیده می شوند.


اغلب پوششهای TBC بر پایه زیرکونیا(ZRO2 )می باشند که با افزودن ترکیباتی مثل ایتریا (Y2O3)پایدار می گردند. ZRO2 دارای هدایت حرارتی کم ضریب انبساط حرارتی بالا می باشد و افزودن Y2O3 به ان موجب ایجاد مقاومت بیشتر در برابر شرایط سیکل حرارتی می گردد. با بکار گیری این پوشش ها وبا استفاده از خاصیت هدایت حرارتی کم انهاراندمان توربین های گازی افزایش می یابد زیرا با حضور این پوششها دمای فلز پایه تا 170 درجه سانتیگراد کاهش پیدا می کند و در نتیجه امکان افزایش دمای کاری توربین فراهم می شود.

توربینهای گازی هوایی یاموتورهای جت :

همانطور که گفته شد سیکل توربینهای گازی موتورهواپیما شبیه به توربینهای گازی صنعتی می باشد بجز اینکه قبل از ورود هوا به کمپرسور از یک دیفیوزر بعد از توربین ا زیک نازی برای بالا بردن سرعت گازهای خروجی و حرکت هواپیما به سمت جلواستفاده می کنند.این گازهای پرسرعت برهوای خارج از موتور نیرویی وارد می کنند که طبق قانون سوم نیوتن نیروی عکس العمل ان سبب حرکت هواپیما به سمت جلو می شود شایان ذکر است که نازل درهواپیماهای جت ازنوع متغیر می باشد.یعنی دهانه ان با توجه به دبی (گذرجرمی) گازهای خروجی قابل تغییر و تنظیم است.موتورهای هواپیما انواع مختلفی دارند که به دو دسته کلی تقسیم می شوند:

1. موتورهای پیستونی

2. موتورهای توربینی



موتورهای توربینی:

این موتورها به سه دسته کلی توربوجت ،توربوفن ،توربوپراپ تقسیم بندی می شوند. توربوجت ها اولین موتورهای جت می باشند که امروزه به دلیل مسائلی مثل صدای زیاد و آلودگی محیط زیست بجز درموارد خاص ازانها استفاده نمی شود . توربوفنها نوع پیشرفته موتورهای توربوجت هستند. به این صورت که ردیف اول کمپرسور در این موتورها به عنوان فن عمل کرده و مقداری از هوای ورودی به موتور را از اطراف موتور BY PASS کرده که این عمل علاوه بر افزایش نیروی جلو برندگی باعث کاهش صدا،آلودگی محیطی و.... می شود .

در موتورهای توربوفن با اتصال یک ملخ به گیربکس و سپس کمپرسور،نیروی جلوبرندگی ایجاد می شود.در این حالت سعی می شود که بیشترین انرژی جنبشی گازها صرف چرخاندن توربین و از انجا کمپرسور و در نتیجه ملخ شود . وجود گیربکس به این خاطر است که سرعت دورانی ملخ از حد معینی تجاوز نکند. یعنی باید سرعت انتهای ملخ از عدد ملخ کوچکترباشد زیرا سرعتی بیش از این سبب ایجاد ارتعاشات شدید و در نتیجه شکستگی ملخ میشود.

موتورهای توربوشفت نیز نوعی موتور تورپراپ می باشند که از انها جهت به حرکت دراوردن هلیکوپترها استفاده می شود بطور کلی موتورهای توربوپراپ بدلیل اینکه در ارتفاع پروازی کم از قدرت زیادی برخوردار هستند از انها در هواپیماهای ترابری استفاده می شود مثل:

((T320

توربین های سرامیکی و آینده ی هوافضا:

استفاده از کامپوزیتهای سرامیکی مستحکم و بادوام به جای مواد فلزی درماشینهای توربینی می تواند موتورهای موشکی آینده را به طرز چشم گیری ارتقا بهبود بخشد مهندسان مرکز سازمان پروازهای فضایی ناسا در هانتزویلی والا در حال تحقیق بر روی استفاده از کامپوزیتهای سرامیکی در توربین موتور موشک هستند تا از این طریق بتوانند میزان ایمنی را بالا ببرندو هزینه استفاده مجدد از وسایل پرتاب را کاهش دهند عمده کارخانجاتی که موتور موشک می سازند ارتقای توربین ها را بعنوان یکی از نیازهای بزرگ خود مطرح کرده اند توربین موتور موشک ها صفحه ای فلزی است که تیغه های (پره )فلزی بصورت جداگانه به ان متصل شده اند وظیفه ی یک توربین تامین نیروی پمپ کردن است که از این طریق نیروی محرکه موتور با تامین و تنظیم می کند.

در مرکز سازمان مهندسان صفحه ی پره داری را آزمایش می کنند که بلیسک (BLADED DICK)صفحه ی پره دار نام دارد

این توربین از کامپوزیتهای سرامیکی ساخته شده است که می تواند گرما و نوسان بسیارزیادتری نسبت به توربین های نیکل آلومینیومی سنتی تحمل کند ماده ای که در این دیسک بکاررفته است ساختاری از فیبر کربن پیوسته است که با یک ماتریس کاربید سیلیسیم مستحکم شده است. ماده ای که به اجبار درمیان فیبرکربن ته نشین شده است. ماتریس کامپوزیت سرامیک ساختاری شبیه به لایه های چند گانه ی پارچه دارد که با اهاری به شدت نیرومند انباشته شده اند.

یک ماده کامپوزیتی ساخته شده فواید بسیاری را به همراه دارد یکی از ویژگی های فوق العاده این ماده مقاومت بالا دربرابر اسیب دیدن است. در آزمایشی طولانی بلیسک سرامیکی به طور عادی به کار خود ادامه داد با وجود ان که ترکی در یکی از تیغه های ان بوجود امده بود مهندسان بعد از یافتن ترک در تیغه توربین سرامیکی ان را میلیونها دور چرخاندند و این آزمایش مقاومت بالای این نوع توربین در زیر فشار را به اثبات رساند.

بلیسک سرامیکی می تواند دربرابر گرمایی حدود 2000 درجه فارنهایت(1093 درجه سلسیوس(ایستادگی کند که این میزان خیلی بالاتراز دمای 1200 درجه فارنهایت(649 درجه سلسیوس (است که توربینهای آلومینیومی نیکلی می توانند در ان تاب بیاورند .دادن گرمایی بیشتراز این میزان به توربین باعث جلوگیری از ایجاد نیروی محرکه موتور می شود و عامل کاهش سوخت می باشد.افزایش راندمان موتور باعث بالا بردن دور موتور وقدرت بیشتر می شود به اضافه اینکه بلیسک تنها یک چهارم وزن توربین های فلزی را داراست؛بنا بر این وزن کمتر شده ی بلیسک بارگیری را افزایش می دهد.

مرکز سازمان دوازده بار بلیسک را در موتور موشک آزموده است و این آزمایشات اطلاعات فراوانی را برای پیش بینی میزان عمر کامپوزیتهای سرامیکی مورد استفاده درموتور موشک در اختیار ما قرار می دهند.

این توربین در سرعت چرخش 25000 دور در دقیقه تست شده است که 10 برابر میانگین سرعت چرخش موتور ماشین است.

بلیسکی که درآزمایشات مورد استفاده قرار می گرفت 7.6اینچ (19 سانتیمتر)قطر و 0.75 اینچ(2 سانتیمتر) ضخامت داشت ودر کامپوزیتهای پیشرفته هانیول در نیویورک ساخته شده بود.

مرکزتحقیقات گلن ناسا در سلولند و اهایو و دانشگاه الاباما د رپروژه کامپوزیتهای سرامیکی با مرکز تحقیقات ناسا همکاری داشته اند.

این مواد به همان اندازه می توانند تجهیزات صنعتی و ژنراتورهای قدرت را نیز بهبود بخشند.



توربین های بادی

توربین های بادی :در عصر حاضر لزوم استفاده از انرژی های نو بدلیل افزایش مداوم جمعیت ،کشورهای جهان را بیش از پیش با مشکل کمبود انرژی روبه رو ساخته و حیات بشر را تحدید می کند؛شاید با کوشش مداوم دانشمندان پرتو امیدی بر چهره حیات برروی کره خاکی بتابدو بیم متلاشی شدن تمدن بشر دراثر کمبود انرژی و کثرت آلودگی محیط از بین برود.

یکی از مهمترین عوامل آلوده کننده محیط زیست در جهان و بخصوص در کشور ما ایران مصرف انرژی فسیلی درفضاهای مسکونی برای تهیه آب گرم مصرفی و تامین گرمای فضای خانه است که با هجوم روز افزون انسانها از روستاها به شهرهابه تعداد مصرف کنندگان سوختهای فسیلی که در واقع پایه های صنعت نوین جهان و ازجمله ایران را شامل می شوند افزوده می شود پس با اجرای اصول پایداری محیطی می توان با این مشکل مبارزه کرد.

پایداری محیطی به معنی حفظ سرمایه های طبیعی است که ایجاب می کند ما انسانها در مصرف مواد تجدید شونده و د رمصرف آب و منابع انرژی حد و اندازه را رعایت کنیم و بیشتر از انچه سیستم های طبیعی می توانند فراهم کنند ،مصرف کنیم.مشکلات زیست محیطی ناشی از کاربرد سوخت های فسیلی وافزایش روز افزون تقاضای انرژی ،رویکرد به انرژی تجدید پذیر ،توسعه کاربرد این منابع را دردنیا هرروز ضروری تر می سازد . برنامه های تولید انرژی کشورهای توسعه یافته و درحال پیشرفت دنیا ،به میزان قابل توجهی بر روی انرژی های نو متمرکزشده است . یکی از این انرژی های نو را میتوان انرژی تجدیدناپذیر باد نام برد. استفاده از انرژی باد درمقایسه با سایر منابع انرژی مورد استفاده در بسیاری از کشورهای جهان رو به افزایش است.

استفاده از تکنولوژی توربین های بادی به دلیل الودگی محیط زیست و همچنین قیمت پایین توربین های برق بادی در مقایسه با سایر انرژی های نو یک انتخاب مناسب در مقایسه با دیگر منابع انرژی تجدید پذیر است. از مزایای استفاده ازاین انرژی عدم نیاز توربین بادی به سوخت ،تامین بخشی از تقاضای انرژی برق ،کمتربودن نسبی قیمت انرژی باد نسبت به انرژی فسیلی در بلند مدت،تنوع بخشیدن به منابع انرژی و ایجاد سیستم پایدار انرژی ،عدم نیاز به اب ،عدم نیاز به فضای زیاد و نکته مهم عدم آلودگی محیط زیست است. با توجه به روند روز افزون استفاده از انرژی های نو و پیشرفت سیستم ها با توسعه تکنولوژی جهت ایجاد تنوع در منابع تامین انرژی و کاهش مصرف سوختهای فسیلی و از انجا که انرژی های نو در کاهش آلودگی محیط زیست نقش مهمی دارند باید حرکتی در تولید این گونه انرژی هاصورت می گیرد تا درصورت بروز بحران انرژی درجهان ،جهت تامین بخشی از انرژی مورد استفاده قرار گیرند.

دراینجا تصویری از نمونه هایی از توربینهای بادی (WIND POWER)را ملاحظه می کنید که در فضای دریاها که مسلما بادخیز هم هست جهت تولید و ذخیره ی انرژی برق نصب شده است.چیزی که قابل توجه و مهم است علی رغم بزرگی و عظمت این وسیله که البته شرایط محیطی و چگونگی انتقال ان به قلب دریاهااز ویژگیهایی است که اولویت بخشیدن به تامین بخشی از انرژی های مصرفی در کشورهای غربی و اروپایی که عدم نیاز به سوخت فسیلی و مسلماکاهش قیمت نفت در سطح جهانی را در بر خواهد داشت موجب گردیده است.

توان خروجی :

توان از فرمول P=n.g.h.i محاسبه می شود . که دران n راندمان ،p چگالی آب ،gشتاب ثقل ،h ارتفاع آب و i دبی آب می باشد . بهره مکانیکی توربین ها (نه بهره ترمودینامیکی ) بیش از 90 درصد می باشد.

درمورد نصب توربین ها هم میتوانند دارای محور افقی هم عمودی باشند. پلتون به هردو نوع ساخته می شود اما فرانسیس و کاپلان های بزرگ معمولا عمودی هستند. همچنین درمورد ارتفاع و دبی هم تقسیم بندی می شوند. (البته ارتفاع به مراتب مهمتر از دبی است ).ضربه ای هادرارتفاع خیلی بالا استفاده می شوند و عکس العملی هم در رنج وسیعی از ارتفاع (hهمان ارتفاع وبه متراست)به کار می روند.

محدوده کاری توربین آبی :

سرعت نامی ،ns،مشخصه ای است که تعیین می کند چه توربینی به چه موقعیت سدی سازگاری دارد که این سرعت می تواند به صورت یک واحد به ازای یک واحد ارتفاع بیان شود

از این پس با روابط تحلیلی می توان ابعاد توربین را به دست آورد. معمولا توربین های کمترین سرعت را در رنج 1 تا 10 دارند. توربین های فرانسیس بین 10 تا 100 بوده و کاپلان هم حداقل 100 است.

سرعت فرار:

سرعت با حداکثر جریان بدون بار ،همچنین با استفاده از مدل های آزمایشگاهی در ابعاد 1 فوت میتوان آزمایشات را انجام داد با استفاده از قوانین وابستگی (affinity low)نتایج را به مدل واقعی تعمیم داد.

قوانین وابستگی :

اگر ابعاد توربین ثابت باشد؛ سرعت ارتباط مستقیم با دبی ورودی دارد:

1Q/2Q=1N/2N

سرعت متناسب باجذر ارتفاع است :

1H/2H)SQRT=1N/2N))

درنتیجه سرعت برابر جذر 3توان هیدرولیکی ورودی است.

(1P/2P)=3(1N/2N)



تلمبه ی ذخیره ای :

نیروگاه آبی درزمان غیر پیک برق اضافه شبکه را گرفته به صورت پمپ کار کرده و آب را به بالای سد ببرد و در هنگام پیک مانند دیگر توربین ها آب را رهاکرده و برق راتولید می کند. بین 70 تا 80 در صد توانی که برای پمپ مصرف می شود دوباره احیا می شود.



تارخچه توربین گازی :

بصورت دسته بندی زمانی تاریخچه توربین گازی و موتور جت رامی توان بصورت زیر نشان داد:

یکصد و پنجاه سال پیش از میلاد: الکساندریا توربین هوای داغ را برای به حرکت در اوردن اجسامی در جشنهای مذهبی ساخت.

هزارو پانصد وده میلادی :لئوناردوداوینچی توربین هوای داغ را برای به حرکت در اوردن و چرخاندن گوشت برای بریان کردن ان استفاده کرد .

هزارو هفتصد ونود :جان باربر انگلیسی مشخصات توربین گازی را با ارائه دادن الگوی سیکل ترمو دینامیکی توصیف کرد وانرا برای موتور جت پیشنهاد کرد.

هزاروهشتصدوهفت :جورج کالی موتور هوای داغ با توربین نوع عکس العملی را اختراع کرد که این موتور نحوه کارش همانند توربین های گاز امروزی بود.

هزارو هشتصد و هجده :جیمز ژول فیزیکدان انگلیسی تئوری سیکل توربین گازی را بررسی و ارائه کرد که با نام سیکل ژول معروف است.

هزارو هشتصد و بیست و چهار:کارنو مقدمات اولیه تئوری موتورجت (توربین گاز )را ارائه کرد.

هزار وهشتصدو بیست وهفت :رابرت استرینگ برای موتورهایی که در سیکل هوای داغ کار می کنند مبدل حرارتی را اختراع کرد.

هزارو هشتصدو سی و هفت :برسون اولین توربین گازی با کمپرسور و توربین چند مرحله ای را پیشنهاد کرد.

هزارو هشتصد و چهل و شش :بوردن استفاده از کمپرسور وتوربین چندمرحله ای را پیشنهادکرد.

هزارو هشتصدوهفتادو دو:استالز اولین توربین گازی امروزی را طراحی کرد.

هزارو هشتصد و هشتاد وچهار:چارلزپارسون طراحی توربین گازی را با جزئیات بیشتری ارائه داد.

هزار و نهصد و دو :موس دستگاه آزمایش توربین گازی را در دانشگاه کرنل نصب کرد.

هزارونهصدو پنج :سوسیتی اولین توربین گازی را که 4%بازدهی داشت را در پاریس راه اندازی کرد.

هزارو نهصدو هشت :هلزورس اولین توربین گازی را باحجم ثابت ساخت.

هزارونهصد و بیست:شرکت تیسن توربین گازی هلزورس را به عنوان موتور قطار ایالتی بکاربرد.

هزارونهصد و سی :فرانک ویتل اولین طرح توربین گازی جت را ارائه داد.

هزارو نهصد و چهل:توربین گازی با سیکل بسته بکار گرفته شد.

هزارو نهصدوچهل و یک :هواپیماباموتور توربین گازی ساخته شده توسط فرانک ویتل به پرواز در امد.

هزارو نهصدو چهل و هشت :توربین گازی با سیکل نیمه بازدر سوییس آزمایش شد.

هزارو نهصدو پنجاه و شش :سیکل بسته با سوخت پودر زغال آزمایش شد.

هزارو نهصد و پنچاه و نه :رزمنا و نیروی دریایی سلطنتی انگلیس با بکارگیری سیکل ترکیبی بخار و توربین گاز آزمایش شد.

هزارو نهصدو شصت :شرکت جنرال الکتریک واحد ترکیبی بخار و گاز رابه کارگرفت.

هزارو نهصدو شصت و یک :انگلیسی ها هاور کرافت با موتور توربین گاز را بکار بردند.

هزارونهصدو شصت ودو:شبکه تولید برق انگلستان واحد گازی به ظرفیت 5/17 مگاوات را آزمایش کرد.


 

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: