توربین گاز چگونه کار می کند؟

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

توربین گاز موتوری است که در آن در فرآیند کار مداوم، اندام اصلی دستگاه (روتور) انرژی داخلی گاز (در سایر موارد بخار یا آب) را به کار مکانیکی تبدیل می کند. در این حالت، جت ماده کار بر روی تیغه هایی که در اطراف محیط روتور ثابت شده اند، عمل می کند و آنها را به حرکت در می آورد. در جهت جریان گاز، توربین ها به دو دسته محوری (حرکت گاز به موازات محور توربین) یا شعاعی (حرکت عمود بر همان محور) تقسیم می شوند. مکانیسم های تک مرحله ای و چند مرحله ای وجود دارد.

یک توربین گازی می تواند به دو صورت روی پره ها عمل کند. اولاً، هنگامی که گاز با سرعت بالا به محل کار عرضه می شود، یک فرآیند فعال است. در این حالت، جریان گاز تمایل به حرکت در یک خط مستقیم دارد و قسمت تیغه خمیده ای که در مسیر آن قرار دارد، آن را منحرف می کند و خود را می چرخاند. ثانیاً، این یک فرآیند از نوع واکنشی است، زمانی که نرخ عرضه گاز کم است، اما از فشارهای بالا استفاده می شود. تقریباً هیچ موتور جت به شکل خالص وجود ندارد، زیرا در توربین های آنها نیروی گریز از مرکز وجود دارد که همراه با نیروی واکنش بر روی پره ها تأثیر می گذارد.

امروزه از توربین گاز کجا استفاده می شود؟ اصل عملکرد دستگاه اجازه می دهد تا از آن برای درایوهای ژنراتورهای جریان الکتریکی، کمپرسورها و غیره استفاده شود. توربین های این نوع به طور گسترده در حمل و نقل (تاسیسات توربین گاز کشتی) استفاده می شود. در مقایسه با آنالوگ های بخار، وزن و ابعاد نسبتا کمی دارند، نیازی به چیدمان اتاق دیگ بخار، واحد متراکم ندارند.

توربین گاز پس از راه‌اندازی نسبتاً سریع آماده بهره‌برداری است، در حدود ۱۰ دقیقه قدرت کامل را تولید می‌کند، نگهداری آن آسان است، برای خنک‌سازی به آب کمی نیاز دارد. برخلاف موتورهای احتراق داخلی، اثرات اینرسی از مکانیسم میل لنگ ندارد. یک نیروگاه توربین گاز یک و نیم برابر کوتاهتر از موتورهای دیزلی و بیش از دو برابر سبکتر است. دستگاه ها قابلیت کار با سوخت کم کیفیت را دارند. ویژگی های فوق این امکان را فراهم می کند که موتورهایی با این نوع علاقه خاص برای هاورکرافت و هیدروفویل در نظر گرفته شود.

توربین گاز به عنوان جزء اصلی موتور دارای تعدادی اشکالات قابل توجه است. در این میان، صدای زیاد، کمتر از موتورهای دیزل، راندمان، کارکرد کوتاه مدت در دماهای بالا (در صورتی که محیط گازی مورد استفاده به طور میانگین دمایی در حدود 1100 تا 750 ساعت داشته باشد) ذکر شده است.

کارایی یک توربین گاز به سیستمی که در آن استفاده می شود بستگی دارد. به عنوان مثال، دستگاه هامورد استفاده در صنعت برق با دمای اولیه گازهای بالای 1300 درجه سانتیگراد، با نسبت تراکم هوا در کمپرسور نه بیشتر از 23 و نه کمتر از 17، دارای ضریب حدود 38.5 درصد در عملیات خودران می باشند. چنین توربین هایی بسیار گسترده نیستند و عمدتاً برای پوشش پیک بار در سیستم های الکتریکی استفاده می شوند. امروزه حدود 15 توربین گازی با ظرفیت 30 مگاوات در تعدادی از نیروگاه های حرارتی روسیه کار می کنند. در کارخانه های چند مرحله ای، بازده بسیار بالاتری (حدود 0.93) به دلیل راندمان بالای عناصر ساختاری به دست می آید.