فصل اول
آشنایی با توربین گازی
بخش اول
1-تاریخچه
طراحی توربین گازی، به اوائل قرن نوزدهم بر می گردد. اولین توربین گازی را استولز آلمانی در سال 1872 ساخت. این توربین خیلی شبیه به توربینهای امروزی بود اما بعلت پایین بودن راندمان آن، قادر به چرخاندن چیزی جز کمپرسور نبود. در آن زمان پیشرفتهای قابل توجهی در توربینهای بخاری و موتورهای پیستونی صورت گرفته بود و از طرف دیگر به علت عدم اطلاع از دانش آیرودینامیک و عدم گسترش دانش متالوژی در ایجاد آلیاژهای مقاوم به حرارت و تنش، توربینهای گازی راندمان پایین نداشتند و توان رقابت با موتور های دیگر را نداشتند، بنابراین انگیزه ای برای تحقیقات بیشتر ایجاد نمی شد.
با گسترش جنگ جهانی دوم و نیاز به پرواز هواپیماها با سرعت صوت و بالاتر، قوی ترین انگیزه در ایجاد و ساخت توربینهای گازی برای صنعت هواپیمایی موجود آمد. با افزایش اطاعات در دانش آیرودینامیک و ساخت آلیاژهای مقاوم به حرارت، بالاخره در سال 1933، دکتر مایر به کمک کمپانی براون باوری، پر راندمان ترین توربین گازی صنعتی را ساخت. راندمان این توربین 18 درصد بود. تحقیقات گسترده در این زمینه، پس از جنگ، درد و شاخه صنایع هوایی و تولید برق آغاز شد. و بالاخره در اواخر دهه 50 توربین گاز بصورت گسترده در صنعت برق مورد استفاده قرار گرفت.
2-مزایای توربین گاز
الف- عوامل اقتصادی:
1-نسبت قدرت به وزن بالایی دارد.
2-اجزاء کمکی کم و در نتیجه سرویسهای زیادی نمی طلبد.
3-آماده سازی فونداسیون آن هزینه زیادی نمی طلبد.
4-نیاز به فضای زیادی ندارد.
ب-عوامل از نظر زمان تحویل: 1-نصب آن ساده است 2-قسمتهای کمکی و فرعی آن استاندارد است 3-جابجایی و حمل و نصب آن در نقاط دیگر آسان است.
ج-عوامل بهره برداری:
1-راه اندازی سریع- طی مدت 10 دقیقه می تواند راه اندازی شده به شبکه وصل گردد. 2-زمانی که شبکه بدون برق باشد توسط باطری نیز می توان واحد را روشن کردن(البته واحدهایی که با دیزل روشن می شوند) 3-از راه دور می توان توربین را استارت کرد و به شبکه پارالل نمود و میزان بار کم یا زیاد نمود 4-قسمتهای مختلف آن توسط هوا خنک می شوند و نیاز آنچنانی به آب ندارد
3-معایب توربینهای گازی
الف-از آنجاییکه قطعات توربین عمدتاً از جنس سوپر آلیاژهاست، تهیه و بازسازی آنها مستلزم هزینه های زیادی است. ضمن آنکه به دلیل دمای بالای قطعات، سریعاً تخریب می شوند. ب- راندمان توربین گازی در مقایسه با توربینهای آبی و بخار پایین است. راندمان توربین آبی 90 درصد، توربین بخار 40 درصد و توربین گاز 30 درصد است که به کمک سیکل ترکیبی می تواند تا 50 درصد افزایش یابد. ج- مصرف سوخت آنها بالاست.
همانگونه که ذکر شد، هزینه نگهداری توربینهای گازی بالاست، بنابراین برای رسیدن به بهترین حالت اقتصادی تولید برق، بار پایه توسط نیروگاههای آبی و حرارتی بخار، تولید می شود. چون هزینه اولیه چنین نیروگاه هایی بالا و مصرف سوخت آنها پایین است و بار متوسط و پیک توسط واحدهای گازی تولید می شود.
4-طرحهها و مدلهای توربین گاز
طرحهای توربین گازی صنعتی را می توان به دو دسته تقسیم کرد. دسته اول نوع تکامل یافته توربینهای جهت هستند و از خصوصیات آنها، تعدد اطاقهای احتراق است که باعث تقسیم متعادل گاز داغ در اطراف می گردد. سازندگان اصلی این طرح، جنرال الکتریک (G.E) و وستینگ هاوس می باشند. دسته دوم نوع تغییر یافته واحدهای بخار می باشند. اطاق احتراق در این توربینها بصورت ایستاده و در طرفین توربین و بعضاً یک اطاق احتراق در کنار توربین است و تعادل گاز داغ بعد از اطاق احتراق و در محفظه ورودی توربین صورت می گیرد. سازندگان عمده اینگونه توربین ها عبارتند از براون باوری (BBC) و کرافت ورک. BBC یک اطاق احتراق و کرافت دو اطاق احتراق دارد.
شرکتهایی که تحت لیسانس جنرال الکتریک آمریکا فعالیت می کنند عبارتند از:
ALSTOM (فرانسه)، HITACHI (ژاپن)، A.E.G(آلمان)، John Brown(انگلیس) مدلهایی که شرکت جنرال الکتریک طراحی و ساخته است عبارتند از:
مدل GEMS 3001 با قدرت 10 الی 15 مگاوات
مدل GEMS5001 با قدرت 14 الی 26 مگاوات با راندمان 27 درصد
مدل GEMS 6001 با قدرت 30 الی 40 مگاوات با راندمان 30 درصد
مدل GESM7001 با قدرت 70 الی 80 مگاوات با راندمان 30 درصد
مدل GESM9001 با قدرت 90 الی 125 مگاوات با راندمان 31 درصد
شرکتهایی که تحت لیسانس وستینگهاوس آمریکا فعالیت می کنند عبارتند از:
(MHI) MITSUBISHI (ژاپن)، ACEC (بلژیک)، FIAT (ایتالیا)، WESTINGHOUSE(کانادا) مدلهایی که شرکت وستینگهاوس طراحی و ساخته است عبارتند از:
مدل W191 با قدرت 17 مگاوات با راندمان 27 درصد TG16 معادل این مدل و ایتالیایی است.