Transcript پره هاي ثابت

‫توربین گاز‬
‫هدف از ساخت نیروگاه چیست؟‬
‫هدف اصلي توليد برق مي باشد‪ .‬الزمه توليد برق ژنراتور مي باشد‪ .‬و براي به حرکت در آرودن ژنراتور نیاز به محرک‬
‫داريم‪.‬‬
‫‪-‬‬
‫انواع محرک هاي ژنراتور ‪:‬‬
‫الف) موتورهاي احتراق داخلي‪:‬‬
‫ بنزيني‬‫‪ -‬گازوئيلي‬
‫ب) توربين ها‪:‬‬
‫توربينهاي خاص‬‫ توربينهاي آبي‬‫ توربينهاي بادي‬‫ توربينهاي بخار (که شامل نیروگاه هاي اتمي نیز مي شود )‬‫ توربينهاي گاز‬‫نامگذاري آنها بر اساس سيال عامل عبوري مي باشد و به صورت‬
‫زير طبقه بندي مي شوند‬
‫توربينهاي خاص‬
‫• جزرومدي ‪:‬‬
‫در محلهائي که جزر و مد دريا زياد است با ساخت ديواره اي که آب پشت آن جمع مي شود به عنوان سد‬
‫استفاده شده و از انرژي پتانسيل آب مي توان توربین هاي آبي را به حرکت در آرود ‪.‬‬
‫• بيوگاز ‪:‬‬
‫با استفاده از سوخت فضوالت حيواني ‪ ،‬از فضوالت حيوانات به عنوان سوخت اصلي استفاده مي شود که‬
‫بيشتر در هندوستان و از سوزاندن فضوالت حيوانات برق منازل خود را تامین مي کنند ‪.‬‬
‫• ژئوترمال ‪:‬‬
‫استفاده از گرماي دروني زمین و آتشفشانها‬
‫• امواجي ‪:‬‬
‫استفاده از امواج دريا و نیروي آنها‬
‫• انرژي حرارتي اقيانوس ي ‪:‬‬
‫• غرقابی‬
‫توربين گاز ‪:‬‬
‫در توربينهاي گازي نیز همانند موتورهاي احتراق داخلي چهارمرحله شامل مکش ‪ ،‬تراکم ‪،‬‬
‫انفجار و تخليه داريم ولي با اين تفاوت که انجام اين مراحل در توربین گاز پيوسته اما در‬
‫موتورهاي احتراق داخلي ناپيوسته مي باشد ‪.‬‬
‫مزاياي توربين گاز ‪:‬‬
‫‪ -1‬نصب سريع‬
‫‪ -2‬هزينه اوليه پائین‬
‫‪ -3‬قابل استفاده در مناطق خشک و حاره اي‬
‫‪ -4‬قابليت راه اندازي سريع ظرف ‪20‬الي‪ 30‬دقيقه‬
‫ودر ‪v94.2‬حدود پنج دقیقه‬
‫‪ -5‬قابليت استارت وراه اندازي درحالت اضطراري(‪)Black Start‬‬
‫معايب توربين گاز ‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫آلودگي محيط زيست‬
‫راندمان پائین‬
‫کوتاهي عمر قطعات به لحاظ کارکرد در درجه حرارت باال‬
‫هزينه جاري باال شامل ‪:‬‬
‫– تعمیرات دوره اي‬
‫– تعمیرات غیر مترقبه‬
‫– پرسنل و لوازم يدکي‬
TURBO-FAN
‫اجزای توربين گاز‬
‫‪ ‬الف) اجزاي اصلي‬
‫ب) اجزاي فرعي‬
‫ج) سيستمهاي کمکی‬
‫اجزاي اصلي‬
1.
4.
5.
Generator
Compressor
Combustion chamber
6.
Turbine
‫اجزا اصلي توربين گاز ‪:‬‬
‫الف) کمپرسور‬
‫ب) محفظه احتراق‬
‫ج)توربین‬
‫انواع کمپرسور ‪:‬‬
‫• کمپرسورهاي دوراني(‪) rotation‬‬
‫ چرخ دنده اي‬‫ پيچي (‪)screw‬‬‫ روتس (‪)Roots‬‬‫ پره اي لغزان‬‫ شعاعي‬‫ سانتريفوژ‬‫‪ -‬محوري (کمپرسور توربین گاز )‬
‫• کمپرسورهاي رفت و برگشتي (سيکلي )‬
‫ رینگ و پیستونی‬‫‪ -‬دیافراگمی‬
‫کمپرسور جريان محوری‬
‫کمپرسور گريز از مرکز‬
Compression in a
centrifugal machine is
done by a rotating impeller
having several blades (vanes).
These blades convert the
energy of the driver into
velocity, which is then
converted into pressure.
The
action on the gas is similar to
that of liquid inside a centrifugal
pump.
‫کمپرسور پره ای لغزان‬
‫کمپرسور چرخدنده ای‬
ROOTS COOMPERSOR
‫کمرسور رفت و برگشتی‬
‫کمپرسور رفت وبرگشتی دوار‬
COMPRESSOR OUTLET DIFFUSER
1.Compressor stationary blade carrier III
2.Compressor stationary blade ring
3.Outer shell
4.Flow baffle
5.Inner shell
6.Mounting recess
7.Protective shell
‫کمپرسور در توربين گاز تشکيل شده از‪:‬‬
‫‪ ‬پره گايد ون ‪I.G.V‬‬
‫‪ ‬پره هاي ثابت ديافراگم‬
‫‪ ‬پره هاي متحرک‬
‫‪ ‬روتور‬
‫‪ ‬دیسکها‬
‫‪ ‬بيليد والو (‪ )Bleed Valve‬يا (‪)BLOW OFF‬‬
‫انواع روتورها‬
‫– روتور هاي يک تکه‬
‫– روتورهاي ديسکي‬
‫• جوش ي‬
‫• پیچ و مهره ای‬
‫روتور کمپرسور ‪:‬‬
‫تشکيل شده از يک شفت اصلي که روي اين شفت ديسکها مي نشينند و روي ديسکها توسط ماشينکاري‬
‫جاي پره ها تعبيه شده و پره روي ديسک نصب مي شود ‪ .‬روتور ‪ 16‬ديسک دارد که ‪ 16‬رديف پره‬
‫متحرک روي آن نصب مي شود ‪ .‬روتور به صورت مخروطي مي باشد و پره هاي کمپرسور از رديف‬
‫اول به آخر ارتفاعشان کاهش مي يابد ‪.‬‬
‫ديسکهاي روتور توسط حرارت منبسط مي شوند و روي شفت اصلي نصب مي شوند سپس توسط‬
‫پیچهای بلند به نام ‪ Tie roud‬يا ‪ ّTie Bolt‬به یکدیگر پیچ می شوند‪.‬‬
‫روشهاي ساخت روتور ‪:‬‬
‫‪ ‬در روش دیسکی باید ديسکها را حرارت داده و روي شفت نصب گردد‬
‫اگر ديسکها را به يکديگر جوش دهند ‪ .‬به انها روتورهای دیسکی جوش ی گویند‬
‫واگر با پیچ به یکدیگر متصل شوند به انها روتورهای دیسکی پیچ ومهره ای گویند‬
‫نکته ‪:‬‬
‫تغيیر شکل ظاهري يا به عبارتي بيض ي شدن ديسکهاي روتوررا ‪Run‬‬
‫‪ out‬گويند‪.‬‬
‫در روتور هاي ديسکي پيچ و مهره اي احتمال دفورمگي بيشتر است که به ازاي هر‬
‫‪ 000/100‬ساعت کارکرد بايد‪.‬‬
‫روتور او رهال شود و در زمان او رهال بايد تست هاي زير انجام گیرد ‪.‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫بازديد چشمي‬
‫اندازه گیري ابعادي‬
‫تستهاي ‪ -NDT‬تست ‪PT‬‬
‫تست باالنس‬
‫پره هاي ثابت ‪:‬‬
‫پره هاي ثابت بصورت دو نيم رينگ که به آن ديافراگم گويند تشکيل شده و کمپرسور‬
‫‪18‬رديف دیافراگم را شامل مي شود ديافراگمها به صورت کشويي درون شيار روي پوسته‬
‫نصب مي شوند وکار اصلي پره هاي ثابت کمپرسور اين است که سرعت هوا را به فشار تبديل‬
‫کند ‪.‬‬
‫پره هاي متحرک ‪:‬‬
‫پره های متحرک به صورت انفرادي و به صورت کشويي روي ديسک نصب میشود و با يک پین و فنرروی‬
‫دیسک ثابت مي شود و کارپره هاي متحرک افزايش انرژي جنبش سيال (افزايش سرعت سيال ) مي باشد ‪.‬‬
‫طول پره هاي ثابت و متحرک از رديف ابتدايي کمپرسور تا ردیف انتهايي کوچک مي شود یعنی سطح مقطع‬
‫کاهش میابد وبه خاطر کاهش سطح مقطح فشار زياد مي شود ‪.‬‬
‫بيليد والو(‪)Bleed Valve‬يا‪:BLOW OFF‬‬
‫‪ BLOW OFF VALVES‬شیرهائي هستند که از سه مرحله مختلف کمپرسور در زمان راه اندازي يا‬
‫توقف هواي اضافي را از کمپرسور خارج مي نمايند ‪ .‬در زمان راه اندازي چون به تمام دبي خروجي کمپرسورنياز نيست‬
‫مقداري از هوا را به اتمسفر تخليه مي کنند تا نیروي کمتري براي به حرکت در اوردن روتور نياز باشد و همچنین جلو‬
‫گیری شود از پدیده سرژ و پديده خفگي و زمانيکه به ‪ 98‬درصد دور نا مي رسيديم والوها بسته مي شوند و تمام‬
‫هوای متراکم وارد اتاق احتراق مي شود در غیر اين صورت لرزش واحد باال مي رود ‪.‬‬
‫عيوبي که در کمپرسورها روي مي دهد ‪:‬‬
‫پديده جدائي ‪)Stall(:‬‬
‫چنانچه زاويه حمله هوا به هر دليلي تغيیر کند ‪ ،‬جت هاي هوا از روي پره جدا شده و پديده‬
‫جدائي رخ مي دهد ‪ .‬در اثر پديده جدائي سطح مقطع عبوري هوا کوچک مي شود که به ان‬
‫استال گويند از انجائيکه دبي کل ثابت است ما زاد هوا مسیر خود را از پره بعدي مي بندد و‬
‫اين عمل باعث مي شود که زاویه حمله هوا درپره بعدي نیز دچار تغییرشود استال بوجود آید و‬
‫اين عمل به همین صورت تکرار مي گردد تا پره هاي يک رديف را سر تا سراستال فرا گیرد‬
‫( استال چرخش ي به وجودمي ايد) ‪ .‬در روي يک رديف وقتي استال کامل شد در پشت ان رديف‬
‫افت فشار روي مي دهد و هوا از رديفهاي بعدي که فشار زيادي دارند يا حتي از اتاق احتراق به‬
‫سمت منطقه کم فشار مي رود که با سر و صداي زيادي همراه است و مي تواند باعث شکست‬
‫پره ها گردد ‪.‬که به ان سرژ گویند‪.‬‬
‫سرعت حد‬
‫نقطه اي که سرعت در آن نقطه ثابت مي ماند‬
‫اغتشاش ‪:‬‬
‫در اثراصطکاک بین پره ها و هوا و پوسته جريان در کمپرسور‬
‫متالطم شده که باعث لرزش مي شود (‪)Vibration‬‬
‫نکته‪:‬‬
‫چرا پره هاي متحرک کمپرسور بايد در جايشان اندکي لقي داشته باشند ؟‬
‫توجه‪:‬‬
‫جهت از بین بردن ارتعاشات ناخواسته که در اثر برخورد هوا به پره ايجاد مي شود و همچنین نیروئيکه‬
‫از طرف هوا به پره وارد مي شود و عکس العملي که پره ها در خالف جهت اعمال مي کنند اگراين پره‬
‫ها در جاي خود ثابت باشند در اثر ارتعاش و انتقال آن به نقاط حساس پره نظیر ريشه آن و اتصاالت‬
‫ريشه نظیر ريشه پره هائيکه جوش داده شده اند پره يا ريشه آن مي شکند ‪.‬‬
‫نکته ‪:‬‬
‫نیروئي عکس العملی که در اثر خروج هوا از روي پره به پره اعمال مي شود باعث حرکت‬
‫پره به جلو مي شود که در اثر انتقال اين نیرو به روتور روتور نیز به سمت جلو حرکت مي‬
‫کند اين نیرو که باعث حرکت روتور به جلو مي شود همان نیروي تر است ( ‪Thrust‬‬
‫‪ )force‬مي باشد و توسط ياتاقانهاي تراست خنثي مي شود ‪.‬‬
Thrust Bearings
Where axial thrust forces exist, some type of device limiting axial (endto-end) shaft movement is necessary. With low thrust forces, a tapered
roller bearing can be used. In large machines a heavy-duty, titling-pad
type bearing is used.
A solid metal thrust collar or thrust disc is fitted to and rotates with the
shaft. Four to eight machined metal pads, set in sockets so they can tilt
in any direction, are arranged in a circular bearing case. Depending
upon thrust conditions, one or possibly two of these titling-pad bearing
holders can be used. If two are needed, one is placed on each side of
the thrust collar.
They do not rotate, but remain stationary in the
compressor case. These pads position positively the thrust collar and
the shaft, limiting the axial movement of the shaft in either direction.
Slide9a.
‫نکته ‪:‬‬
‫در کمپرسور پره متحرک به هوا سرعت مي دهد و پره ثابت سرعت را به فشار تبديل مي کند ‪ .‬در پره متحرک‬
‫بعدي سرعت افزايش مي يابد و مجددا در پره ثابت بعدي به فشار تبديل مي شود اين کار درمراحل بعدي نیز‬
‫تکرار مي گردد در کمپرسور به هنگام ورود هوا ازيک مرحله به مرحله بعدي کمي حالت چرخش ي نیز به هوا داده‬
‫مي شود به همین خاطر دو رديف پره ثابت در انتهاي کمپرسور تعبيه شده اند که هوا را از حالت چرخش ي به‬
‫صورت مستقيم وارد محفظه احتراق مي کنند به اين پره ها پره گايد انتهائي گويند (‪)Guide Vane‬‬
‫تطابق کمپرسور با توربين ‪:‬‬
‫فشار الزم براي عبور يک دبي معین از توربین به درجه حرارت ورودي توربین بستگي دارد ‪.‬‬
‫در درجه حرارت باال حجم گاز بيشتر مي شود و انبساط مي يابد و در نتيجه فشار الزم براي‬
‫عبور جريان از توربین افزايش مي يابد در نتيجه فشار خروجي کمپرسور تابعي از درجه‬
‫حرارت ورودي توربین است ‪ .‬همچنین نسبت فشار کمپرسور به دماي ورودي بستگي دارد ‪.‬‬
‫بايد توجه داشت که با تغيیر درجه حرارت ورودي به توربین نقطه کار کمپرسور تغيیر مي‬
‫کند و نسبت فشار کم و زياد مي گردد که به اين عمل تطابق بین کمپرسور و توربین‬
‫گويند ‪ .‬حال چنانچه در حالت ‪ FULL LOAD‬از توربین کار بکشيم نقطه کاري‬
‫کمپرسور نزديک به نقطه ‪ surg‬است ‪.‬‬
‫اثر محيط روي عملکرد کمپرسور ‪:‬‬
‫ً‬
‫با افزايش دماي ورودي میزان دبي کمپرسور کاهش مي يابد که نتيجتا راندمان کاهش مي يابد ‪.‬‬
‫نوع مواد بکار رفته در کمپرسور ‪:‬‬
‫در توربينهاي گازي اوليه از الياژهاي آلومينيوم و مواد (‪ )FERRITIC‬فريتيک با پوشش نيکل کادميوم‬
‫استفاده مي شد اين پوشش براي جلوگیري از خوردگي (‪ )CORROSION‬بود اما عمر اين پره ها زياد‬
‫نبود و زمانيکه هوا مرطوب و گرد و غبار ان زياد بود خوردگي شيميائي در انها اتفاق مي افتاد امروزه از فوالد‬
‫ضد زنگ (‪ )STAINLESS STEEL‬با چند درصد کروم استفاده مي شود ‪ .‬آلياژ هاي کروم در برابر‬
‫خوردگي شيميائي کامال مقاوم هستند در کمپرسورهاي جريان محوري که در هواپيما ها کاربرد دارند از الپاژ‬
‫تيتانيوم استفاده مي گردد که بسيار گران هستند ولي مقاومتشان در برابر خستگي بسيار باالست همچنین‬
‫وزن کم ومقاومت به خوردگي باالئي دارند( خستگي (‪ )FATIGUE‬باعث ايجاد ترک و ترک باعث شکستگی‬
‫یا گسيختگي مي گردد )‪.‬‬
‫جنس پره هاي ثابت ‪:‬‬
‫پره هاي ثابت طبقات آخر کمپرسور همان جنس پره هاي متحرک را دارند اما پره هاي جلوتر از جنس ضعيف تر‬
‫مي باشند پره هاي ثابت جلوئي از الياژهاي کروم و يا تيتانيوم مي باشند که در صد آنها در طبقات مختلف‬
‫متفاوت مي باشد شايان ذکر است که جنس پوسته کمپرسور از چدن خاکستري است و پره هاي متحرک‬
‫کمپرسور داراي وزن کم مي باشند و مقاومت باالئي در برابر خستگي و خوردگي مکانيکي و شيميائي دارند ‪.‬‬
‫نکته‪:‬‬
‫تعداد دفعات استارت در خوردگي قسمتهاي مختلف کمپرسور و اجزا ديگران موثر است ضمنا به پره هاي‬
‫کمپرسور نیروي ايروديناميکي زيادي وارد نمي شود و به دليل سبک بودن پره ها نیروي گريز از مرکز آنها نیزکم‬
‫است ‪ .‬تنها عامل مهم در کمپرسور ارتعاشات است بويژه در کمپرسورهاي محوري به هيمن منظور جهت‬
‫ي‬
‫تعاشات پره ها را به صورت کشوئي با اندکي لقي مي سازند که با پین در جاي خود نگاه داشته‬
‫جلوگیر از ار ٌ‬
‫مي شوند و نهايتا درتعمیرات پره متحرک برای تعویض و خروج باید پین آن شکسته شود‬
‫‪ -1‬نامیزاني جرمي‬
‫دالیل ارتعاشات ‪:‬‬
‫‪ -2‬عدم هم محوری که از طریق االیمنت کردن برطرف می شود‬
‫‪ -3‬تشدید (رزوناس ی) که باید از ناحیه تشدید در راه اندازی ‪،‬سریع عبور کرد‬
‫‪ -4‬ناپایداری فیلم روغن (پدیده ‪ Oil whip‬و ‪ ) Oil whirl‬که با اصالح و تعویض یاتاقان جبران می شود‬
‫‪ -5‬عیوب ناش ی از خراب شدن روتور( خستگی‪ (bend ، run out ،‬خم شدن ) روتور)‬
‫‪ٍ -6‬تا ثی از تجهیزات همجوار‬
‫چند اصطالح ‪:‬‬
‫‪ :Oil whip‬باعث ناپایداری در موقعیت فیلم روغن در محفظه یاتاقان گشته و همین امر باعث به وجود آمدن‬
‫ارتعاشات (‪)self exited vibe‬خودجوش می شود که با اصالح و تعویض یاتاقان و افزایش فشار روغن‬
‫ورودی برطرف می شود‬
‫‪ :Oil whirl‬چنانچه ویسکوزیته روغن بقدری افزایش یابد که مرکز یاتاقان وروتوربیکدیگر خیلی نزدیک‬
‫گردنددر این صورت فشار فیلم بشدت کاهش یافته وانرژی اخذ شده از روتور بصورت چرخش ی روغن با سرعت‬
‫نسبتا زیاد حول روتور ظاهر میگردد در اثر این پدیده روتور در اثر نیروی ثقل دایما دارای حرکت نوسانی خواهد‬
‫بود ‪.‬‬
‫خرابيهاي کمپرسور ‪:‬‬
‫‪ ‬برخورد ذرات خارجي شامل‬
‫– گرد و خاک و اشيا خارجي‬
‫– اجرامي نظیر بخارات روغن که حین کار روي پره هاي کمپرسور رسوب مي کنند ‪.‬‬
‫‪ ‬خرابيهاي ناش ي از تعميرات (پوسته برداري )‬
‫‪ ‬خرابي ناش ي از خستگی‬
‫–‬
‫–‬
‫–‬
‫–‬
‫تغيیرات بار که خود ناش ي از تغيیرات دماست (در اثر راه اندازي و توقف واحد )‬
‫ارتعاش‬
‫خوردگي شيميائي و مکانيکي‬
‫ترک خوردگي و فرو رفتگي در اثر برخورد ذرات خارجي‬
‫برخورد ذرات خارجي شامل ‪:‬‬
‫‪ ‬گرد و خاک و اشيا خارجي‬
‫در اين حالت جهت جلوگیري از ورود گرد و خاک و اشيا خارجي از اتاق فيلتر استفاده مي‬
‫کنند که شامل پيش فيلتر و فيلتر مي باشد در اين اتاق بین پيش فيلتر ( جهت جداسازي‬
‫اجسامي که به چشم ميايند – اجسام ماکروسکوپي ) و فيلتر ( جهت جداسازي اجسام‬
‫ميکروسکوپي) فن جدا کننده قرار دارد که وظيفه جداسازي اجرام معلق در هواي ورودي‬
‫به فن را بر عهده دارد ‪.‬‬
‫‪ ‬اجرامي نظير بخارات روغن که حين کار روي پره هاي کمپرسور رسوب مي‬
‫کنند‬
‫اين اجرام توسط شستشوي دوره اي بر طرف مي گردند‬
‫خرابيهاي ناش ي از تعميرات (پوسته برداري )‬
‫چنانچه در حین برداشتن پوسته کمپرسور دقت الزم انجام نشود کوچکترين‬
‫حرکت شعاعي و محوري پوسته باعث برخورد آن با پره هاي متحرک شده و‬
‫اسيبهایي نظیر کندگي ‪ ،‬فرورفتگي ‪ ،‬شکست و ترک را ناش ي مي شود به همین‬
‫منظور براي جلوگیري از اسيب ديدن پره ها حین پوسته برداري بايد موقعيت‬
‫جرثقيل با پوسته دقيقا میزان گردد و از ميله هاي راهنما براي جلوگیري از‬
‫حرکت شعاعي و محوري پوسته استفاده نمود ‪.‬‬
‫روشهاي جلوگيري از خرابي کمپرسور‪:‬‬
‫‪ ‬استفاده از فيلتر‬
‫‪ ‬شستشوي دوره اي پره ها‬
‫‪ ‬باالنس کردن واحد‬
‫‪ ‬استفاده از نيکل کادميوم در پره ها‬
‫‪ ‬استفاده از الياژهاي مرغوب‬
‫(فوالد سري ‪300‬ضد زنگ در پره ها )‬
‫‪ ‬استفاده از کادميوم در ديسکها و پره ها‬
‫شستشوي دوره اي پره ها‪:‬‬
‫‪ ‬شستشو با پوست سبز گردو و برنج‬
‫در اين حالت زمانيکه توربین ‪full LOAD‬کار مي کند پوست سبز گردو و برنج از‬
‫منافذ و رودي کمپرسور به داخل ان دميده مي شود تا اجرام رسوب کرده روي پره ها را‬
‫کنده و بشويد ماحصل اين شستشو به صورت پودر از اگزوز خارج مي شود ‪.‬‬
‫‪ ‬استفاده از آب و مواد شوينده‬
‫در اين حالت آب و مواد شوينده را زمانيکه توربین با دور‪ 800‬دور بر دقيقه )‪)Crank‬‬
‫( مطابق دستور العمل کار مي کند ) به صورت افشانک به پره ها مي پاشند ‪.‬‬