دانلود مقاله انتخاب یک سیستم خنک سازی توربین گازی

اين فصل عمدتاً روي موضوعات انتقال جرم و حرارت تمركز مي يابد چون آنها براي خنك سازي اجزا ي دستگاه توربين بكار مي روند و انتظار مي رود كه خواننده با اصول مربوطه در اين رشته ها آشنايي داشته باشد. تعدادي از كتابهاي فوق العاده (1-7) در بررسي اين اصول توصيه مي شوند… پیشنهاد می کنیم ادامه این مطلب مفید و ارزشمند را در مقاله انتخاب یک سیستم خنک سازی توربین گازی دنبال نمایید. این فایل شامل 225 صفحه و در قالب word ارائه شده است.

مشخصات فایل انتخاب یک سیستم خنک سازی توربین گازی

عنوان: انتخاب یک سیستم خنک سازی توربین گازی
فرمت فایل : word (قابل ویرایش)
تعداد صفحات : 225
حجم فایل : 33,07 مگابایت

بخشی از  مقاله انتخاب یک سیستم خنک سازی توربین گازی را در ادامه مشاهده خواهید نمود.

خنك سازي توربين بعنوان يك تكنولوژي كليدي براي بهینه سازی موتورهاي توربين گازي

عملكرد يك موتور توربين گازي تا حد زيادي تحت تاثير دماي ورودي توربين مي باشد و افزايش عملكرد قابل توجهی را مي توان با حداكثر دماي ورودي مجاز توربين بدست آورد. از نقطه نظر عملكردي، احتراق با دماي ورودي توربين در حدود مي تواند يك ايده ال به شمار آيد چون هيچ كاري براي كمپرس كردن هواي مورد نياز براي رقيق كردن محصولات احتراقي به هدر نمي رود. بنابراين روند صنعتي جاري, دماي ورودي توربين را به دماي استوکیومتری سوخت  بخصوص براي موتورهاي نظامي, نزديكتر مي كند. با اين وجود دمای مجاز اجزای فلزی نمي تواند از تخطی كند. براي كاركردن در دماهاي بالاي اين حد, يك سيستم موثر خنك سازي اجزا مورد نياز است. پيشرفت در خنك سازي, يكي از ابزار اصلي براي رسيدن به دماهاي ورودي توربين بالاتر مي‌باشد و اين امر به اصلاح عملكرد و بهبود عمر توربين منتهي مي شود. انتقال حرارت يك عامل مهم طراحي براي همه بخش هاي يك توربين گاز پيشرفته بخصوص در بخش هاي توربين و محفظه احتراق مي باشد. در بحث وضعيت خنك سازي مصنوعي بخش داغ، بايد به خاطر داشته باشيد كه طراح توربين مرتباً تحت فشارهاي شديد برنامه زمانبدي توسعه, قابليت پرداخت, دوام و انواع ديگر محدوديت هاي درون نظامي مي باشد و همه اينها قوياً انتخاب يك طرح خنك سازي را تحت تاثير قرار ميدهند.

چالش هاي خنك سازي براي دماهاي پيوسته در حال افزايش گاز و نسبت فشار كمپرسور

پيشرفت در موتورهاي توربين گاز داراي توان ويژه بالا و بازده بالاي پيشرفته نوعاً با افزايش در دماي عملكرد و نسبت فشار كل كمپرسور ارزيابي مي شود. رايجترين موتورهاي تك چرخه اي با نسبت‌هاي فشار بالاتر و دماهاي گاز بالاتر به شكل متناسب مي تواند توان بيشتري را با همان اندازه و وزن و بازده سوخت موتور كلي بهتر بدست آورد. موتورهاي داراي بهبود دهنده ها از لحاظ ترموديناميكي از نسبت هاي فشار بالاي كمپرسور, بهره نمي برند. آلياژهاي پيشرفته براي ایرفویل های توربين مي تواند به شكلي ايمن در دماهاي فلز كمتر از    عمل كرده و آلياژها براي صفحات و ساختارهاي ساكن به  محدود مي شوند. ولي توربين هاي گازي مدرن در دماهاي ورودي توربين عمل مي كنند كه بالاي اين محدوده هاست. همچنين يك تفاوت قابل توجه در دماي عملكردي بين توربين هاي هواپيماي پيشرفته و توربين هاي صنعتي وجود دارد. اين نتيجه تفاوتهاي اصلي در عمر, وزن, كيفيت سوخت به هوا و محدوديت هاي مربوط به بیرون دهی هامي باشد.

براي موتورهاي هوازي پيشرفته, دماهاي ورودي روتور توربين نزديك به  و نسبت هاي فشار كمپرسور در حدود 40:1 تبديل به يك واقعيت شده است. توان ويژه بالا كه براي اين نوع از موتورها, هدف عمده مي باشد, در راستای بازده ی بالا بدست مي‌آيد. چنين شرايط اجرايي بطور ذاتي نيازمند نظارت هاي مرتب از موتور و نظارت براي سلامت پيوسته آن مي باشد.

براي موتورهاي صنعتي, الزامات شامل دوام دراز مدت بدون نظارتهاي مرتب و تعميرات كلي مي باشد. نوعاً اجزای صنعتي اصلي حداقل 30000 ساعت بين تعميرات دوام مي آورند و داراي توان بالقوه براي تعمير هستند كه ميتوان عمر موتور را تا 100000 ساعت توسعه داد. اين با عمر اجزای توربين هواپيما كه تنها چند هزار ساعت است مقايسه مي شود.

اين فاكتور و نيز فشار تخليه كمپرسور كه بايد كمتر از فشار منبع سوخت خط لوله گاز موجود باشد, به يك مادي ورودي پره توربين تقريباً بالا منتهي مي شود. حد TRIT براي يك توربين گاز صنعتي پيشرفته در دامنه 1260 تا ^oc 1370 توسعه مي يابد.

  شکل 1 تاريخچه اخير افزايش پيوسته TRIT و نسبت هاي فشار كمپرسور را به تصوير مي كشد. اين روند دمايي در حال افزايش باعث مي‌شود و دما هاي عملكردي گاز تا حد قابل توجهي از حدهاي قابل قبول فراتر برود اين مستلزم كاربرد خنك سازي در اجزای بخش داغ موتور بخصوص در اجزایی مي باشد كه در معرض محيط داراي دماي بالاتر هستند. هواي نسبتاً سرد از تخليه كمپرسور و در برخي موارد, از مراحل كمپرسور مياني, منبع متعارف براي خنك كردن اجزای توربين مي باشد. بعد از انجام وظيفه خنك سازي, اين هوا به جريان اصلي تخليه مي شود. هواي خنك سازي تخليه شده در هر مرحله خاص خنك سازي عملاً هيچ كاري را در اين مرحله تا قبل از شدت يافتن, تا سرعت  جريان اصلي, انجام نمي دهد. اين به افت هاي قابل توجه در كار موتور منتهي مي شود. بطور خلاصه, نقاط ضعف سيستم خنك سازي با هواي آزاد شامل تاثير خنك سازي نسبتاً كم مي باشد و افت قابل توجه انجام كار براي كمپرس هواي خنك سازي و افت هاي مخلوط كردن بازده آيروديناميك توربين را کاهش میدهد. مزيت اصلي سيستم خنك سازي هواي باز آن را به رايج ترين نمونه براي توربين هاي گازي به خاطر سادگي آن در مقايسه با يك سيستم خنك سازي بسته تبديل كرده است.

با توجه به نسبت هاي فشار هواي كمپرس شده براي موتورهاي هوايي كه از 30:1 تجاوز كرده و به 40:1 مي رسد, دماي هواي تخليه كمپرسور به   مي‌رسد. اين يك مشكل مهم را در استفاده از اين هوا براي خنك كردن ديسك هاي توربين استاتورها و مجاورت مراحل آخر روتور كمپرسور با در نظر گرفتن اين مطلب كه قابليت دماي ماده براي اين اجزا به   محدود شده است, ايجاد مي نمايد. كاربرد يك هواي كم دماتر از يك سري مراحل كمپرسور مياني مي تواند مفيد باشد و اين در صورتي است كه اين هوا داراي فشار كافي بیشتر از فشار بيروني اجزای خنك شده باشد. در برخي موارد, دماي هواي تخليه را مي توان در يك مبدل حرارت بيروني مثلاً با استفاده از يك مدار خنک ساز در موتورهاي هوا يا آب در توربين هاي صنعتي داراي چرخه مركب, كاهش داد.

يك سيستم خنك سازي بسته كه در آن خنك ساز مرتباً در يك حلقه بسته مي چرخد بازده بيشتري را بدست مي دهد ولي اين جايگزين پيچيده تري براي سيستم باز مي باشد. سيستم هاي  حلقه بسته كه در آنها از خنك سازهاي فلزي مايع استفاده مي شود براي كاربردهاي فضايي شناخته شده اند. سيستم های خنك سازي بخار بسته كه چندين دهه قبل آزمايش شده اند, عموميت خود را براي توربين هاي گازي صنعتي با كار سنگين بخصوص در طرح هاي توليد نيروي چرخه مركب بدست آورده اند.

پيشرفت در تكنولوژي خنك سازي به همراه پيشرفت هايي در مواد داراي دماي بالا براي رسيدن به دماهاي ورودي بالاتر توربين يك ابزار مهم مي باشند. سيستم هاي خنك سازي بايد براي تضمين اين مطلب طراحي شوند كه دماهاي حداكثر اجزا و گراديان هاي دمايي تجربه شده در طول عملكرد موتور سازگار با حداكثر تنش القا شده توسط عمر عملكردي اجزا مي‌باشد.

طراحي سيستم خنك سازي و فرايند توسعه به تجربه طراحي نوآورانه كه با روشهاي تحليلي اثبات شده و داراي تسهيلات تجربي و نيز مواد پيشرفته و تكنيك هاي توليد مي باشد نياز دارد. كه اين اعتماد لازم براي پيش بيني تاثير دماي اجزای توربين روي عمر و عملكرد موتور را توسعه مي دهد.

يك چالش طراحي اصلي در كسب بازده بالا, به حداقل رساندن سرعت جريان هواي خنك سازي توربين با بهترين پتانسيل خنك سازي آن براي اجزای خواسته شده مي‌‌باشد.

يك فاكتور مضاعف كه بايد در نظر گرفته شود بخصوص در محيط هاي صنعتي, كيفيت هوا/ سوخت مي باشد. كه اغلب باعث فرسايش پوشش هايي است كه اجزای بخش داغ را حفاظت مي كند. عملكرد در چنين محيطي به مسيرهاي خنك سازي بزرگتر براي اجتناب از بسته شدن يا بلوكه  شدن آنها نياز دارد.

اجزای توربين گاز اصلي كه نوعاً به خنك سازي نياز دارند شامل:

-پره هاي نازل مرحله 1 و مرحله 2

-تیغه هاي مرحله 1

-ساختار حفاظتي نازل ها و بخش هاي تیز (ديافراگم ها وبدنه نازل)

-مونتاژهای دیسک / روتور توربین

-لینر هاي محفظه احتراق

علاوه بر كاهش دماي اجزا, نقش مهم ديگري براي سيستم خنك سازي, كنترل مستقیم یا غیر مستقیم وضعيت نسبي روتور و استاتور و حفظ شفافيت تیغه  توربين مي باشد.

تكنيك هاي خنك سازي استفاده شده متداول

رايجترين تكنيك هاي خنك سازي، بنا به دلايل فوق الذكر، مبتني بر كاربرد هواي تخليه شده از كمپرسور يا مراحل مياني مي باشد شكل 2 بخش داغ نوعی توربين با عوامل اصلي توربين و سيستم خنك سازي محفظه احتراق را به تصوير مي كشد. جريان نزولي هواي خنك سازي توربين در محفظه احتراق باعث نارسايي عملكرد توربين مي شود چون كار كمتري از هواي خنك سازي كمپرس شده استخراج مي شود. در همين زمان هواي كاهش يافته ،خنك سازي لینر محفظه احتراق و كنترل تخلیه را مشكل تر مي سازد. اين يك چالش اصلي براي طراحي سيستم خنك سازي است. يك سيستم را انتخاب كنيد كه به حداقل مقدار هواي خنك سازي براي رسيدن به دماي مورد هدف اجزای توربين نياز داشته باشد و كمترين تاثير منفي روي دوام موتور، عملكرد, وزن, تخلیه، هزينه و پيچيدگي توليد را بوجود مي آورد. خارج از اين ويژگي هاي موتور, كاهش وزن يك معيار اصلي طراحي براي موتورهاي هوايي بوده و دوام دراز مدت و كاهش تخلیه اغلب عوامل مورد هدف مهم براي موتورهاي صنعتي هستند.

پره هاي نازل اين مرحله در بالاترين دماهاي چرخه ي گاز عمل كرده و تيغه ها تركيبي از دماهاي بالا و بارهاي گريز از مركز را تجربه مي كنند. به همين ترتيب, خنك سازي، پر چالش ترين وظيفه را در طرح سيستم خنك سازي توربين انجام مي دهد.

بارهاي حرارتي متداول براي تيغه ها (شرايط مرزي حرارتي در سطوح بيروني) را مي توان به يك شكل ساده شده بعنوان يك تركيبي از ضرايب انتقال حرارت محلي و دماهاي نسبي گاز ورودي روتور  توربين (TRIT) ارائه داد.

فهرست مطالب مقاله انتخاب یک سیستم خنک سازی توربین گازی, در ادامه قابل مشاهده می باشد.

• مقدمه1
• خنك سازي توربين بعنوان يك تكنولوژي كليدي براي بهینه سازی  موتورهاي توربين گازي7
• چالش هاي خنك سازي براي دماهاي پيوسته درحال افزايش گاز ونسبت فشاركمپرسور8
• تكنيك هاي خنك سازي استفاده شده متداول14
• تاثير خنك سازي18
• مشكلات خنك سازي22
• تركيب پوشش هاي حصار حرارتي و خنك سازي30
• فرايند بهبود خنك سازي ايرفويل32
• تعريف پارامترهاي شباهت انتقال جرم و حرارت اصلي35
• كنش متقابل انتقال جرم – حرارت در لايه مرزي ايرفویل36
• نقش تشابه در رقابت تجربي حرارت ايرفويل توربين و انتقال جرم42
• موضوعات انتقال حرارت گذرا و پايدار در بخش داغ موتور44
• دماي فلز و تاثير آن روي عمر اجزاي توربين46
• موضوعات مربوط به تغييرمكان هاي دمایی گذرای روتوربه استاتوروكنترل فاصله نوك آزاد48
• خنك سازي نازل توربين56
• تقابل با محفظه احتراق58
• انتقال حرارت پره65
•      -خميدگي69
•      -تاثيرات ناهمواری74
•      -اغتشاش76
• خنک سازی فیلم پره76
•      -نسبت دمش86
•      -انحناي سطح87
•      -گراديان فشار88
•      -آشفتگي جريان اصلي89
•      -شيارهاي خنك سازي فيلم91
•      -تجمع فيلم92
•      -تاثير تزريق هواي خنك سازي فيلم روي انتقال حرارت سطح94
• موضوعات خنك سازي ديواره نهایی95
• خنك سازي تيغه توربين100
• تاثیرات سه بعدی ودورانی روی انتقال حرارت تیغه102
•      -نیروهای دورانی102
•      -تاثيرات سه بعدي105
• پروفایل دماي گاز شعاعی106
•  تاثيرات ناپيوستگي107
• تكنيك هاي خنك سازي دروني تيغه109
•      -گذرگاههاي دروني هموار111
•      – تيرك ها/فین ها (نوارهاي زاويه دار يا طولي113
•      -پین فین ها121
•      -تاثير جت 128
•      -جريان گردابي138
•      -خنك سازي فيلم141
• موضوعات خنك سازي سكو و راس 144
• خنك سازي ساختارهاي روتور و استاتور148
•      -منبع خنك سازي و سيستم هاي هواي ثانويه 148
• بافر كردن مجموعه ديسك و روشهاي خنك سازي ديسك153
• خنك سازي ساختارحفاظتی نازل و جایگاه توربين158
• خنك سازي  محفظه احتراق161
•      -تاثير تحول طراحي  محفظه احتراق روي تكنيك هاي خنك سازي161
• خنك سازي تعريق167
• خنك سازي نشتي169
• همرفتي بخش پشتي افزوده173
• پوشش دهي حصار حرارتي177
• انتقال حرارت تجربي پيشرفته و معتبر سازي خنك سازي179
• ارزیابی انتقال حرارت بيروني و تكنيك هاي معتبر سازي خنك سازي180
•      -رنگ حساس به فشار182
•      -ارزيابي غير مستقيم آشفتگی185
• ارزيابي هاي انتقال حرارت و جريان داخلي188
• شبيه سازي انتقال حرارت مزدوج و معتبر سازي در يك آبشار داغ194
•      -معتبر سازي تاثير خنك سازي تيغه در آبشار داغ194
• شرايط مرزي تجربي ديسك توربين200
• تائيد خنك سازي در يك آزمون موتور204
•      -ابزار بندي متعارف204
•      -پيرومتر درج شده درگاه بروسكوب205
•      -رنگ هاي حرارتي دما بالا206
• بررسي هاي چند نظامي در انتخاب سيستم خنك سازي توربين

در صورت تمایل شما می توانید مقاله انتخاب یک سیستم خنک سازی توربین گازی را به قیمت 17900 تومان از سایت فراپروژه دانلود نمایید. اگر در هر کدام از مراحل خرید یا دانلود با سوال یا ابهامی مواجه شدید می توانید از طریق آدرس contact-us@faraproje.ir و یا ارسال پیامک به شماره: 09382333070 با ما در تماس باشید. با اطمینان از وب سایت فراپروژه خرید کنید، زیرا پشتیبانی سایت همیشه همراه شماست.