در قالب word و در 114 صفحه، قابل ویرایش.
خنک کاری توربین به عنوان یک فن آوری کلیدی برای پیشرفت موتورهای توربینی گازی
عملکرد یک موتور توربینی گازی شدیداً تحت تأثیر دمای ورودی توربینی است و افزایش عملکرد می تواند با ماکزیمم دمای ورودی مجاز توربین حاصل شود . از نقطه توقف ( معیار ) عملکرد، احتراق استوکیومتر یک با دمای ورود توربینی حوالی 2000 درجه سانتی گراد ( 3650 درجه فارنهایت ) ، یک ترمودینامیک ایده آل خواهد بود، چون کاری صرف تراکم هوای مورد نیاز محصولات رقیق تراکم نمی شود . بنا بر این رویه کنونی صنعت ، دمای ورودی توربینی را به دمای سوخت استوکیومنز یک نزدیکتر می سازد ، به ویژه برای موتورهای نظامی با این وجود دمای مجاز قطعه فلزی برای اغلب آلیاژهای پیشرفته و فرآیند های صنعتی نمی تواند فراتر از محدوده 980-930 درجه سانتی گراد (1800-1700 درجه فارنهایت ) برود .
برای عملکرد مناسب در دماهای گازی بالاتر از این محدوده دمایی ، به سیستم خنک کاری با بازده بالا لازم است .
آوانس در خنک کاری روش مهمی برای رسیدن به دماهای بالاتر در ورودی توربینی و در حقیقت سوق دادن به عملکردی بهبود یافته و بهتر کردن توربین است . انتقال گرما بدین نحو عامل طراحی بسیار مهمی برای تمامی بخشهای یک توربین گازی مدرن به ویژه احتراق کننده ( مشعل ) و بخشهای توربینی می باشد . در شرح طراحی خنک کاری بخش داغ یادآوری این نکته لازم است که طراح توربین به طور مداوم تحت فشار مالی و حد دوام دیگر ملزومات مختلف مربوط به چیدمان داخلی اجزا می باشد . همه اینها به شدت مجموعه ای از طراحی سیستم خنک کاری را تحت تأثیر قرار می دهند .
چالش های خنک کاری برای افزایش مداوم دمای گاز و نسبت فشار کمپرسور .
ارتقاء در موتورهای مدرن توربین گازی با بازده و توان ویژه بالا به مدد افزایش درجه حرارت کارکرد و در مجموع نسبت فشار کمپرسور سنجیده می شود . اغلب موتورهای باسیکل ساده معمول با نسبت های فشار بالاتر و تطبیق یافته با درجات گازی بالاتر می توانند به توان بالاتری برای همان اندازه و وزن و کلاً به راندمان بهتری از سوخت موتور برسند .
موتورها دارای کواپراتور( بهبود دهنده )منفعتی ترمودینامیکی از نسبت فشار بالای کمپرسور نمی برند.
آلیاژهای پیشرفته برای ایرفویل های توربین می توانند به صورت ایمن در داماهای فلزی زیر 980 درجه سانتی گراد ( 1800 درجه فارنهایت ) کار کنند و آلیاژهای مربوط به دیسک ها در دمای 700 درجه سانتی گراد ( 1300 درجه فارنهایت ) کار می کنند .
اما توربین های گازی مدرن در دماهای ورودی کار می کنند که کاملاً بالای این حدود باشند . همچنین تفاوت زیادی در دمای کارکرد توربین های پیشرفته هوایی و توربین های صنعتی می باشد ، که نتیجه تفاوت های بنیادی در عمر مورد نیاز ، وزن و کیفیت سوخت / هوا می باشد .
برای موتورهای هوایی پیشرفته دماهای ورودی نوسانی ( TRIT ) نزدیک به 1650 درجه سانتی گراد ( 3000 درجه فارنهایت ) و نسبتهای فشار کمپرسور حدود 40:1 یک واقعیت می باشند .
یک توان ویژه بالا که در ابتدا برای این نوع موتور قابل رویت می باشد معمولاً در یک راندمان بالا بدست می آید .
چنین وضعیتهای سخت عملکردی به طور ذاتی بازدیدهای متناوب و سنجش موتور را به طور مداوم نیاز دارند . برای موتورهای صنعتی مهم ترین نیاز ، طولانی بودن دوره حد دوام ، بدون بازدیدهای متناوب و تعمیرات کلی سیستم ها می باشد .
از اجزای اصلی توربینی صنعتی معمولاً انتظار می رود که حداقل 30000 ساعت بین تعمیرات کلی سیستم ها را با پنانسیلی که آن را قابل تعمیر در نظر بگیرد و عمر موتور را به 100000 ساعت افزایش دهد ، کار کنند .
این تشبیهی است به قطعه توربینی هوایی که فقط چند هزار ساعت عمر می کند . این عامل از آنجایی که نیاز معمول فشار تخلیه کمپرسور ، پایین بودن فشار ذخیره سوخت لوله گاز می باشد ، منجر به یک دمای متوسط ورودی توربینی با نوسان بالا می باشد .
محدوده TRIT برای یک توربین گازی صنعتی مدرن در دامنه 1370-1260 درجه سانتی گراد ( 2500-2300 در جه فارنهایت ) بنیان شده است .
شکل (1) سر گذشت افزایش مداوم TRIT و نسبتهای فشار کمپرسور را توضیح می دهد . این روند افزایش دما در عملکرد درجه حرارت های گازی نتیجه می شود و به طور چشمگیری از محدودیت های موتور نیاز دارد . خصوصاً اینکه افزایش محیط زیست را در معرض درجه حرارت بالا قرار می دهد . در ارتباط با هوای خنک ناشی از تخلیه کمپرسور و در برخی موارد بخش های میانی کمپرسور ، روش قدیمی برای خنک کاری اجزای توربینی می باشد .