خلاصه گزارش

اين گزارش در خصوص بهره برداري از نيروگاه گازي نوع B.B.C تيپ 9 تحت ليسانس كمپاني براوان باوري ساخت مشترك كشورهاي (آلمان – ايتاليا -سوئيس) باقدرت اسمي هر واحد 25 مگاوات كه در حال حاضر در سه سايت دورود – اروميه و زاهدان هر كدام به تعداد دو واحد كه زاهدان يك واحد نصب شده اند ، تهيه و تنظيم گرديده است .

كه شامل شرح اجزا اصلي و كمكي توربين گاز، سيستمهاي فرعي – سيستمهاي حفاظت و كنترل توربين گاز – تجهيزات سخت افزاري – طريقه بهره برداري صحيح – مزايا و معايب توربين گاز و نقش آن در صنعت برق كشور و ساير موارد مي باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مقدمه

1) تعريف نيروگاه : نيروگاه مجموعه اي از دستگاهها و وسايلي است كه بر حسب نوع آن انرژي حرارتي – شيميايي – هسته اي – پتانسيل را در توربين به انرژي مكانيكي تبديل نموده و انرژي مكانيكي حاصل شده در توربين با گردش ژنراتور به انرژي الكتريكي تبديل مي گردد .

2) نام گذاري نيروگاهها : نيروگاه ها بر حسب سيال عاملي كه توربين را به چرخش در مي آورد نام گذاري مي شوند مثلاً در نيروگاه آبي سيال عامل آب – در نيروگاه بخار سيال عامل بخار و در نيروگاه گازي سيال عامل گاز داغ حاصل از احتراق است .

3) انواع نيروگاه :

1- نيروگاه حرارتي:

1- سوخت فسيل:

1) نيروگاه گازي

2) نيروگاه بخاري

3) نيروگاه ديزلي

2- سوخت اتمي : نيروگاه اتمي

3- منابع نوين انرژي :

1) نيروگاه برج خورشيدي

2) نيروگاه ماهواره خورشيدي

3) نيروگاه زمين گرمايي

4) نيروگاه سلول برق خورشيدي

5) ژنراتور MHD

2) نيروگاه آبي :

1- توليد برق از سدها

2- توليد برق از جزو مد

3- توليد برق از امواج

عمده توليد برق در جهان توسط نيروگاههاي حرارتي و آبي انجام مي پذيرد و علاوه بر انواع ياد شده در مواردي هم از نيروي باد بعنوان توليد برق (نيروگاه بادي ) استفاده ميشود .

نوع ديگري از نيروگاه وجود دارد كه به آن تلمبه ذخيره اي مي گويند كه يك نوع نيروگاه آبي كوچك است كه در صورت نياز شبكه براي توليد برق و در صورت عدم نياز شبكه و بالا بودن ولتاژ بعنوان مصرف كننده برق مورد استفاده قرار مي گيرد لازم به ذكر است كه اين نوع نيروگاهها استفاده بسيار جزئي در شبكه برق سراسري دارند .همچنين از انواع رشد نيروگاه مي تواند نيروگاه سيكل تركيبي را نام برد كه از حرارت خروجي نيروگاه گازي جهت بخار كردن آب در نيروگاه بخار استفاده مي گردد.

4) خلاصه اي در مورد نيروگاه بخار :

سيال عامل دراين نيروگاه بخار آب مي باشد آب ازطريق لوله هاي بسيار زيادي از درون بويلر عبور داده مي شود اين لوله هاي حاوي آب در بويلر توسط چندين مشعل در مجاورت حرارت قرار داده شده وآب درون آنها به بخارخشك اشباع تبديل مي گردد. بخار سوپرهيت حاصل شده بر روي پره هاي توربين فرستاده شده و عمل چرخش توربين را انجام مي دهد . براي اينكه سيال درون يك سيكل بسته حركت نموده و دوباره به مصرف برسد بايد به مايع تبديل شود . چون پمپ ها نمي توانند بخار را مكش نمايند .بخار پس از عمل روي توربين به كندانسور فرستاده مي شود و در كندانسور عمل تقطير انجام شده و بخار به مايع تبديل مي گردد . سپس مايع از چهار هيتر عبور داده شده تا درجه حرارت آن بالا برود و عمل تبديل مايع به بخار در بويلر آسانتر انجام شود . پس از عبور مايع از هيترها ، به اصطلاح «سوپر هيت » شده و در درون بويلر مجدداً به بخار تبديل مي گردد .

در نيروگاههاي بخار با توجه به شرايط آب و هوايي محلي كه در آن نيروگاه نصب ميگردد از دو نوع برج خنك كننده استفاده مي شود . در مناطقي كه آب كم است از برج «خشك» و در مناطقي كه مشكل كم آبي وجود ندارد از برج «تر» استفاده مي شود . چون عمل تقطير توسط كندانسور انجام مي گردد . آب كندانسور بايد خنك شود كه اين عمل در برج خنك كن امكان پذير است .آب درون كندانسور پس از گرفتن حرارت بخار و انجام عمل تقطير جهت خنك شدن به برج خنك كننده فرستاده شده و پس از خنك شدن دوباره به كندانسور برگردانيده مي شود و اين عمل در يك سيكل بسته انجام مي گردد لازم به يادآوري است كه در برج خشك آب كندانسور توسط هوا و در برج «تر» آب كندانسور توسط آب خنك مي شود .

مزايا و معايب نيروگاه بخار :

مزايا :

هزينه جاري نيروگاه بخار نسبت به نيروگاه گازي بسيار كم است . راندمان نيروگاه بخار از نيروگاه گازي بسيار بيشتر است .براي تأمين بار پايه شبكه استفاده مي شود.

معايب :

هزينه نصب و احداث نيروگاه بخار زياد است . احداث و نصب نيروگاه بخار زمان زيادي را سپري مي نمايد .

5) نيروگاه آبي :

سيال عامل در اين نيروگاه آب است . آب در پشت سد جمع شده و با اختلاف پتانسيل به پره هاي توربين برخورد مي نمايد و توربين را به چرخش در مي آورد دور توربين در اين نيروگاه نسبت به نيروگاه و بخار كمتر است كه براي جبران دور و ايجاد فركانس 50HZ از ژنراتور هاي چند جفت قطبي استفاده مي شود .

در نيروگاه آبي از سه نوع توربين استفاده مي شود .

الف –توربين كاپلان

ب- توربين پلتن

ج- توربين فرانسيس

الف ) توربين كاپلان براي ارتفاع زياد و فشار آب كم

ب) توربين پلتن براي ارتفاع متوسط و فشار متوسط

ج) توربين فرانسيس براي ارتفاع كم و فشار آب زياد استفاده مي گردد .

ارزانترين راه توليد برق و به صرفه ترين آن توليد برق از طريق نيروگاه آبي مي باشد . احداث سد مستلزم صرف زمان و هزينه هاي زياد مي باشد .علاوه بر آن به علت كمبود منابع آب در همه مناطق هم امكان احداث سد و راه اندازي توربين آبي ميسر نمي باشد . ولي پس از احداث و راه اندازي توربينها ، هزينه جاري آن نسبت به ساير نيروگاهها بسيار كم است .از اين جهت مقرون به صرفه مي باشند .

مزايا :

هزينه جاري كم كم و زياد كردن سريع بار ، استفاده هم زمان براي توليد برق و مصارف كشاورزي ، مهار آبها جهت جلوگيري از سيلاب علاوه بر موارد ياد شده مزيت ديگر احداث سد كه شايد بهترين مزيت آن هم باشد نه تنها زيانهاي زيست محيطي ندارد بلكه براي محيط زيست مفيد هم مي باشد .

 

6) نيروگاه ديزلي :

ديزل يك موتور چهار زمانه احتراق داخخلي است كه با انجاام عملي متداوم تنفس –تراكم ،انفجار و تخليه و رسيدن به دور نامي ،روتور ژنراتور را به چرخش در مي آورد .اين نوع نيروگاهها قديمي هستند و در بسياري از كشورها از رده توليد برق خارج
شده اند . نصب اين نيروگاهها ارزان ، زمان راه اندازي آنها كم است راندمان نيروگاه ديزلي از نيروگاه گازي بيشتر و از ساير نيروگاهها كمتر است . توليد برق در اين نيروگاه اندك است . امكان نصب آنها روي سازه ها و وسايل سيار وجود دارد . با توجه به اينكه اين گزارش در خصوص نيروگاه گازي مي باشد با صرف نظر از جزئيات ساير نيروگاهها به بحث و بررسي نيروگاه گازي بخصوص نوع B.B.C مي پردازيم .

 

 

 

 

 

فصل اول

1- تاريخچه و نقش واحدهاي گازي در صنعت برق

بعد از جنگ جهاني دوم مطالعات زيادي بر روي توربين گاز صورت گرفت .يكي نقش توربين گاز در صنعت هواپيمايي و ديگري نقش آن در شبكه هاي برق . با آنكه اصول در هر دو جا يكي است ولي تفاوتهاي بسياري در استفاده از توربين گاز در موتورهاي جت با توربين هاي زميني وجود دارد . در موتورهاي هواپيما مسائل وزن ، تحمل قطعات بكار رفته ، قابليت مانور و غيره داراي اهميت است . ولي در توربين هاي زميني مسائل طول عمر ، راندمان بيشتر و اصولاً مسائل اقتصادي را مي توان در نظر گرفت .

در صورتي كه براي موتور هواپيما اولويت اول مسائل فني و طراحي است و بعد مسائل اقتصادي مطرح است .

بدون شك بزرگترين استفاده از توربين گاز در زمينه توليد نيروي محركه هواپيما جت بوده است .

مهمترين نقطه عطف در اين توسعه اولين موتور آزمايشي «واتيل» در سال 1937 بود . بعد از آن تاريخ توربين هاي گازي به علت زيادتر بودن نسبت قدرت به وزنشان (kg/kw) بطور كامل جايگزين موتورهاي رفت و برگشتي شدند .

در اولين روزهاي طراحي توربين گاز دو سيستم قابل استفاده مطرح بود . يكي احتراق در فشار ثابت و ديگرري احتراق در حجم ثابت . از نظر تئوري راندمان حرارتي احتراق در سيكل حجم ثابت بزرگتر از سيكل فشار ثابت است اما مشكلات مكانيكي نيز خيلي زيادتر خواهند شد . با اضافه كردن حرارت در حجم ثابت شيرها بايد بطور كامل اتاق احتراق را از كمپرسور جدا كنند.

به اين ترتيب احتراق متناوباً انجام مي شود ، كه با كار يكنواخت توربين منافات دارد . در ضمن طراحي مكانيكي توربيني كه تحت اين شرايط اقتصادي كار كند مشكل است .گرچه كوششهاي موفقيت آميزي در آلمان طي سالهاي 1908 تا 1930 براي ساخت توربين هايي از اين نوع انجام شد ، ليكن توسعه سيستم با حجم ثابت ادامه نيافت و با توجه به اينكه در توربين هاي گازي با فشار ثابت احتراق يك فرآيند مداوم است كه در آن نيازي به شير قطع كننده نيست بسيار زود مورد قبول واقع شد ، كه سيكل ها با فشار ثابت امكانات بيشتري براي توسعه دارند .

توربين گازي در اواخر دهه 50 قرن بيستم به عنوان توليد برق در شبكه ها مورد استفاده قرار گرفت . در سال 1956 در حدود 5/1 % برق توليد شده در جهان توسط توربين گاز صورت گرفت . در صورتيكه در سال 1976 اين مقدار به عنوان 5% رسيد كه طي بيست سال افزايش قابل ملاحظه اي را نشان مي دهد . در حال حاضر حدود 25% توليد برق كشورمان توسط واحدهاي گازي انجام مي پذيرد. امروزه براي بار پايه از نيرو گاههاي آبي و بخار و براي بار متوسط از نيروگاههاي كوچكتر واحياناً قديمي تر و براي پيك بار از نيرو گاههاي گازي استفاده مي شود .و اين نوع طرز استفاده بهترين حالت اقتصادي را دارا مي باشد.

1) فلسفه نام گذاري توربين گاز :

از آنجا كه سيال عامل در اين توربين ها گاز داغ حاصل از احتراق مي باشد به آنها توربين گازي گفته مي شود . همانطور كه در توربين هاي بخار سيال عامل بخار و و در توربين هاي آبي سيال عامل آب مي باشد .

2) سيكل توربين گاز :

سيكل ترموديناميكي توربين گاز بر مبناي سيكل برايتون استوار است كه در آن هوا بصورت ايزنتروپيك توسط كمپروسور متراكم مي شود و سپس احتراق در فشار ثابت صورت مي گيرد . آنگاه انبساط ايزونتروپيك (برگشت پذير و بدون انتقال حرارت ) در توربين انجام مي شود و با دادن حرارت به محيط در فشار ثابت سيكل تكميل مي شود .

3 ) انواع سيكلهاي توربين گاز

سيكل توربين گاز به دو صورت باز و بسته مي باشد . در نوع بسته هواي تميز و يا گازي كه خاصيت خورندگي نداشته باشد وارد سيكل كرده و فشار آن را توسط كمپرسور بالا مي برند و سپس بدون اينكه با سوخت مخلوط شود ، در داخل يك مبدل درجه حرارت آن را بالا مي برند و سپس آن را وارد توربين كرده و توسط توربين كار مي گيرند بعد از خروج از توربين ان را سرد كرده و عمل را تكرار مي كنيم در صورتي كه در سيكل باز محصولات احتراق مستقيماً وارد توربين شده و از اگزوز خارج مي شوند و توسط كمپرسور مجدداً هواي تازه مكيده مي شود .

4-) سيكلهاي پيش رفته توربين گاز

سيكل باز با مبدل حرارتي

1- راندمان بيشتر

2- راندمان پايين تر

از نوع 2 در مواردي استفاده مي شود كه سوخت كثيف با قيمت ارزان در دسترس باشد .

5 ) مزايا و معايب توربين گاز

الف ) مزايا :

1- سرعت در نصب و بهره برداري : به دليل كچك بودن ، حمل نقل آن آسان است .و كارهاي نصب آن هم ساده و هم كم مي باشد و به دليل سادگي و كم بودن قسمتهاي كمكي و فرعي آن بهره برداري از آن آسان وسريع صورت مي گيرد .

2- راه اندازي و بارگيري سريع : طي حدود 10 دقيقه مي توان راه اندازي شده و به شكل قدرت دهد و تغيير بار اخذ شده از آن سريع صورت مي گيرد.

3- هزينه نصب پايين :

a) به ازاي قدرتي كه مي دهد داراي وزن كمي است.

b) اجزاء كمكي كمي دارد و احتياج به سرويس هاي زيادي ندارد .

c) فونداسيون كوچكي دارد و عموماً براي آماده كردن زمين احتياج به كارهاي گران قيمت ندارد .

d) براي نصب فضاي كمي را اشغال مي نمايد .

e) امكان نصب بر روي سازهها و پايه هاي سبك وجود دارد ، در نتيجه هزينه پايه ها يا اسكلت بنديها و نصب آن كم مي باشد .

4- امكان استفاده از سوخت هاي مختلف و تعويض سوخت در زير بار : در توربين هاي گاز مي توان از سوخت هاي مختلف گاز – گازوئيل – نفت سفيد و مازوت استفاده نمود و هيچگونه محدوديتي ندارد . همچنين مي توان از دو سوخت با هم نيز استفاده نمود .

5- عدم نياز به آب خنك كن : بدن آب خنك كن مي تواند كار كند و قسمت هاي مختلف آن توسط هوا هم مي تواند خنك شود و احتياج لازم و قطعي به آب ندارد بنابراين مي توان در نقاطي آن را نصب نمود كه منابع آب وجود ندارد .

6- كنترل از راه دور : از راه دور مي توان توربين را استارت كرد ، با شبكه پارالل نمود و ميزان بار را كم و زياد نمود بدون اينكه نياز به اپراتور محلي باشد .

7- استارت در خاموشي (Black start) : زماني كه شبكه بدون برق باشد تغذيه داخلي از طريق باطري خانه تامين مي شود و از اين طريق مي توان واحد را استارت نمود (فقط واحدهايي كه با ديزل استارت مي شوند).

8- تامين بارپيك : با توجه به هزينه هاي نصب پائيني كه دارد و با توجه به راه اندازي سريع آن مي تواند در موق پيك ، بار مورد نياز را تامين كند .

9- استفاده به صورت موتور سنكرون (كندانسور شدن) : ژنراتور توربين گازي مي تواند در مواقع لزوم به صورت موتور سنكرون عمل كند . بدون آنكه دور آن تغيير كند . از اين طريق مي توان جهت استارت توربين گاز استفاده نمود . همچنين در مواقعي كه لازم است برق اضافي شبكه به مصرف برسد مورد استفاده قرار مي گيرد .

10- استفاده از حرارت خروجي توربين گاز جهت بخار كردن آب در بويلر نيروگاه بخار و طراحي نيروگاه سيكل تركيبي .

كندانسور كردن :

جدا كردن توربين از ژنراتور و جداكردن ژنراتور به صورت موتور سنكرون را كندانسور مي گويند . كندانسور كردن ژنراتور مستلزم آن است كه ژنراتور به دور سنكرون (300.r.p.m) رسانده شود .

دليل آن اين است كه در هر دوري بجز دور 3000 انجام عمل كندانسور كردن موجب صدمه ديدن ژنراتور مي شود . مصرف مگا وات موجود در شبكه در ساعات مختلف شبانه روز متفاوت است . به گونه اي كه در ساعاتي از شبانه روز مگاوات موجود در شبكه بيش از از حد لزوم مي باشد . وجود اين مگاوات اضافي در شبكه باعث صدمه ديدگي خطوط شبكه در اثر عوامل گوناگوني از قبيل گرم شدن خطوط انتقال ، بالا رفتن ولتاژ در شبكه و به طور كلي موجب بروز اختلال در ضريب قدرت (cos o) مي شود . اشكال ديگري كه در صورت وجود مگا وات اضافي در شبكه بوجود مي آيد احتمال پيدايش اختلاف در فركانس و ولتاژ شبكه است . براي جلوگيري از اين اختلافان به طور كلي مي توان مگا وات توليدي توسط توربين هاي مختلف در نيروگاه ها را به حداقل كاهش داد .

ولي در بعضي مواقع حتي با وجود كاهش مگا واتي تا مرز ممكن ، همچنان مگا وات اضافي در شبكه وجود دارد و در اين مرحله است كه نقش توربين هاي گازي مطرح ميشود كه مي توان با تبديل ژنراتور اين واحدها به موتور نه تنهاي باري به شبكه نداد بلكه مقداري از بار شبكه را نيز مصرف كرد .

ب) معايب توربين هاي گازي :

1- بازده ماكزيمم توربين هاي گازي كمتر از موتورهاي احتراقي داخلي و حتي توربين بخار است چون گازهاي داغ و خروجي از اگزوز هنوز داراي مقدار زيادي انرژي مي باشند ، كه به هدر مي روند .

2- كاهش بازده در شرايط نيمه بار (Part load) : ماكزيمم بازده در ماكزيمم بار اتفاق مي افتد .

3- چون محصولات احتراق مستقيماً و دردماي بالا وارد توربين مي شوند ، لذا نسبت به مواد خورنده در سوخت و هوا حساس مي باشند و به همين دليل بايد بر تعداد بازرسيهاي مسير داغ افزوده وحجم تعميرات در قطعات مسير داغ بالا است .

4- بالا بودن خرج جاري : با توجه به مصرف بالاي سوخت و حجم تعميرات واحدهاي گازي خرج جاري آنها زياد است .

5- تاثير زياد دماي محيط و فشار هوا : افزايش دماي محيط و ارتفاع محل نصب از سطح دريا (كاهش فشار محيط )راندمان واحدهاي گازي را كاهش مي دهد . چون در هر دو حالت حجم مخصوص هوا كاهش مي يابد و كمپرسور براي دبي معين از هوا كار بيشتري را بايد انجام دهد .

6- شتاب گرفتن آن كند است در نتيجه در وسايل نقليه زميني از آن استفاده نمي شود .

توربين هاي گازي مورد استفاده در ايران :

توربين هاي گازي كه در نيروگاههاي ايران مورد استفاده قرار گرفته اند اكثراً از چهار نوع جنرال الكتريك ، وستنگهاوس ، براون باوري و زيمنس مي باشند كه در جدول زير مشخصات هر كدام به طور خلاصه آورده شده است .

جدول 1-1 – مشخصات توربين هاي بكار رفته در ايران

نوع	تعداد مراحل كمپرس	تعداد مراحل توربين	تعداد اتاقهاي احتراق	سرعت R.P.M	توان توليدي ناخالص	توان توليدي خالص	ولتاژKV
جنرال الكتريكي	17	2	10	5100	25	18	5/10
وستنگهاوس	18	3	8	4894	35	29	00/11
براون باوري	17	4	1	4700	25	20	5/11
زيمنس	16	4	2	3000	60	48	5/10

 

جنرال الكتريك : هيناچي – آليتوم –AEG

وستگهاوس : A.C.E.C

اصول كار يك توربين گازي :

اصول كار يك توربين گازي :

اصول كار يك توربين گازي از نظرمراحل مانند يك موتور چهار زمانه احتراق داخلي است بدين ترتيب كه الف : تنفس : هواي آزاد توسط كمپرسور مكيده مي شود .

ب : تراكم : در كمپرسور هو مرتكم مي شود .

ج – احتراق : توسط سوخت پاش در اتاق سوخت پاشيده شده و احتراق مي شود و توسط توربين كار صورت مي گيرد .

تخليه : دود از دودكش يا اگزوز خارج مي شود .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل دوم

اجزاء اصلي توربين گاز

 

1- كمپرسور 2- توربين 3- اتاق احتراق

كمپرسور : كمپرسور بكار رفته در اين واحد گازي از نوع جريان محوري مي باشد كه از هفده طبقه تشكيل شده است (يك رديف پره ثابت و يك رديف پره مترك را يك طبقه مي گويند ).

در ورودي كمپرسور يك رديف پره هادي وجود دارد كه در بعضي از كمپرسور ها زاويه آن قابل تغيير است ولي در اين كمپرسور زاويه آن ثابت و روي 45 درجه تنظيم گرديده است . به اين پره هاي هادي اصطلاحاً گايدوند (gid vand) مي گويند .

در انتهاي كمپرسور يك رديف پره ثابت جهت هر چه بيشتر تبديل كردن سرعت به فشار استاتيك وجود دارد .

روتور كمپرسور به تعداد رديف پره هاي متحرك از ديسك تشكيل شده است . كه پره هاي متحرك روي آن سوارند . ديسكها توسط يك سري پيچهاي سراسري به هم متصل هستند پره هاي ثابت كمپرسور هر رديف در يك رينگ جا مي گيرند . و اين رينگ در داخل پوسته جا مي رود (دو نيم دايره در پوسته بالا و پائين).

در انتهاي كمپرسور سطح عبور هوا به صورت ديفيوزر مي باشد كه سرعت را كم و تبديل به فشار مي نمايد و سپس هوا وارد محفظه احتراق مي گردد .

كمپرسور داراي شير مكش مي باشد . پره هادي ورودي و شيرهاي مكش براي كنترل و پاپداري كمپرسور در زمان راه اندازي و از كار افتادن واحد نقش به سزائي دارند .

عامل مهم ارتعاشات است كه بايد آن را كنترل و از آن اجتناب نمود .

توربين :

وظيفه توربين در واحدهاي گازي انبساط محصولات احتراق و توليد كار مكانيكي مي باشد .

نوع توربين بكار رفته در اكثر واحدهاي گازي جريان محوري است . كه معمولاً از چند طبقه تشكيل مي شود . توربين از چند رديف پره هاي ثابت و متحرك ساخته شده است كه يك رديف پره ثابت و متحرك را يك مرحله مي گويند .

روتور توربين :

روتور توربين از تعدادي ديسك (به تعداد طبقات توربين) تشكيل شده است كه توسط يك سري پيچ به يكديگر متصل مي شوند . يك طرف ديسك اول به لوله گشتاوري و طرف ديگر آن به ديسك دوم پيچ مي شود . ديسك آخري داراي محوري است كه ياتاقان ژورنال شماره 2 آن را در بر مي گيرد و سپس محور توسط يك فلانچ به كوپلينگ انعطافي متصل مي شود . پره هاي متحرك بر روي ديسك سوار مي شوند . پره هاي توربين توسط هوائي كه از كمپرسور گرفته مي شود خنك مي شوند .

در توربين گازي نوع .B.C تعداد طبقات 4 و تا درجه حرارت ورودي به توربين در ماكزيمم بار بيش از 800 درجه سانتيرگاد مي باشد . بنابراين رديف اول پره هاي ثابت تحت تاثير بالاترين درجه حرارت قرار مي گيرند . لذا هواي خنك كننده از درون پره عبور كرده و سپس وارد جريان گاز داغ مي شود .

استاتور توربين :

استاتور توربين پره هاي ثابت را در بر مي گيرد . هر چند پره ثابت (4 تا) بر روي يك قطعه قرار دارند كه وقتي اينها پهلوي يكديگر قرار مي گيرند ، تشكيل رينگ پره ثابت را مي دهند هر كدام از اين قطعات به صورت كشوئي در داخل پوسته توربين جا ميروند.

همچنين در پوسته غلاف ها نيز جا مي روند كه براي آب بندي سر پره متحرك با پوسته ميباشد. كه فاصله سر پره تا غلاف از نظر ميزان تلفات توربين و عملكرد آن مهم است.

با توجه به منحني زير هر چند فشار( ) بيشتر باشد ميزان دبي جرمي كه توربين
مي تواند از خود عبور دهد بيشتر است . تمام منحني هاي دور ثابت به خط (Choking) محدود مي شوند در اينجا ماكزيمم دبي جرمي از توربين عبور مي كند و بيشتر از آن امكان ندارد .

در توربين بر خلاف كمپرسور امكان خفه كردن وجود ندارد چون به ناحيه خفه كردن وقتي وارد مي شويم كه دبي زياد شده باشد . همچنين با توجه به اينكه انبساط وجود دارد نه انقباش ، بنابراين پديده جدائي رخ نمي دهد . به دليل عدم جدائي تعداد مراحل توربين معمولاً كم است .

سيستم احتراق :

وظيفه اتاق احتراق در توربين هاي گازي سوزاندن سوخت و توليد گاز پر فشار جهت انبساط در توربين مي باشد . احتراق در توربين هاي گازي يك فرايند پيوسته است . بنابراين تداوم درجه حرارتهاي بالا ، تداوم جريان زياد ، و آزاد شدن انرژي حرارتي بالا ، طراحي و توسعه محفظه احتراق توربين گازي را مشكل مي شازد . اكثرا طرحهاي محفظه احتراقي تجربي هستند و حاصل سالها كار تحقيقاتي مي باشند .

انوع محفظه هاي احتراق :

محفظه هاي احتراق در توربين هاي گازي به طرق مختلفي ساخته مي شوند . كه بر حسب نوع جريان سوخت و هوا و نيز تعداد محفظه هاي احتراق به انواع مختلف تقسيم ميشوند.

الف ) لوله اي يا قوطي شكل :

مستحكم بوده و از نظر تاب برداشتن مقاوم مي باشند .

ب ) حلقوي Annular :

حجم و وزن كمتر دارند و براي هواپيما مناسب هستند . استحكام آنها كم بوده و قابليت تاب برداشتن دارند و افت فشار كاهش مي يابد .

ج –قوطي –حلقوي Tube-annular :

مشخصه هاي هر دو نوع محفظه هاي لوله اي و حلقوي را تواما دارا مي باشد .

د -استوانه اي :

داراي حجم و وزن زياد بوده – مستحكم و مقاوم مي باشد و به حالت عمودي و تكي روي توربين قرار مي گيرد .

اجزاء سيستم احتراق

الف ) محفظه يا محفظه هاي احتراق Baskets

ب ) نازل هاي سوخت

ج ) جرقه زن

د ) لوله هاي انتقال شعله

ه ) قطعات انتقال دهنده گاز داغ

و ) نشانده هاي شعله

نكته : در واحدهاي گازي نوع B.B.C به علت اينكه يك اتاق احتراق از نوع استوانه اي بكار رفته است در نتيجه داراي يك نازل سوخت و يك قطعه انتقال دهنده گاز داغ به نام اينترنال كيسينك بوده در ان لوله هاي انتقال شعله بكار نرفته است .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل سوم

اجزاء فرعي توربين گاز

 

 

 

الف ) ديزل يا استارتينگ موتور

1- سيستم راه اندازي توربين ب ) كلاچ راه انداز يا تركوكنورتر

ج ) راچت

د ) جعبه دنده كمكي يا فرعي

2- كوپلينگ انعطافي

3- ياتاقانها

4- SS.S كلاچ

5- جعبه دنده بار يا كاهنده

سيستم راه اندازي توربين

الف – ديزل يا استارتينگ موتور :

ديزل نقش استارت توربو كمپرسور رادر خاموشي ايفا مي كند . يعني اينكه ديزل توسط يك موتور DC از باتري خانه نيروگاه انرژي خود را تامين مي كند و استارت مي شود و با گرداندن محور توربو كمپرسور واحد را آماده احتراق و سپس توليد انرژي مي كند .

در بعضي از واحدهاي گازي بجاي ديزل از يك الكترود موتور بنام استارتينگ موتور استفاده شده است چون اين الكترود موتور با برق AC كار مي كند . در نتيجه نمي توان از آن به عنوان استارت در خاموشي يا blak start استفاده نمود . و هميشه براي استارت كردن واحد مي بايست برق شبكه موجود باشد .

ب – كلاچ راه انداز يا توركوكنورتر :

توركوكنورتر وسيلهاي است مكانيكي ، هيدروليكي كه ورودي آن سرعت زياد و معمولاً ثابت و خروجي آن تركيبي از سرعت و گشتاور است . توان در آن تغييرنكرده و ثابت است فقط مقداري افتهاي اصطكاكي داخلي روغن و مقداري هم در ياتاقانهايش وجود دارد . كه سبب تلفات انرژي شده و توان خروجي آن از توان ورودي كمتر است .

روغن توسط يك پمپ به نام پمپ توركوكنورتر در داخل اين دستگاه فشار دار شده و با گردش شافت ديزل يا استارتينگ موتور كه سر آن داراي پره مي باشد روغن را به گردش در مي اورد گردش روغن به پره هاي سر محور اصلي كه با ساير تجهيزات واحد كوپل مي باشد ، منتقل شده و محور توربو كمپرسور شروع به گردش مي نمايد . در دور 600 احتراق هم انجام شده و از اين پس گاز داغ حاصل از احتراق و ديزل به كمك همديگر محور توربو كمپرسور را مي چرخانند اين عمل تا دور 2000 ادامه دارد . بعد از دور 2000 توربين خود كفا شده و با درين روغن درون توركوكنورتر ارتباط ديزل يا استارتينگ موتور با محور اصلي قطع مي گردد . و استارتينگ موتور بعد از يك پريور كار براي خنك شدن از مدار خارج مي شود . مزاياي اين دستگاه (توركوكنورتر) اين است كه علاوه بر انتقال گشتاور از ديزل به محور اصلي ، حركت را يكنواخت منتقل نموده و از انتقال هر گونه ضربه به محور اصلي جلوگيري مي نمايد.

يادآور مي شود كه در اينجا دو ژنراتور مد نظر قرار گرفته است نه دور توربين .

ج – راچت :

راچت وسيله مكانيكي هيدروليكي است كه محور توربين گاز در هر دقيقه 45 درجه
مي چرخاند .وظايف راچت عبارتند از :

1- فائق آمدن بر اصطكاك استاتينگ ، نيروي ترمزي : چون استارتينگ موتور در ابتداي راه اندازي به تنهايي و به علت نياز به گشتاور زياد قادر به ايفا نقش راهاندازي نبوده به اين دليل وسيله اي براي به حركت در آوردن محور تا زميانيكه راه اندازي بتواند خود اين كار را انجام دهد ضروري است .

2- گرداندن محور براي جلوگيري از خمش در زمان سرد شدن : در زمان كه توربين خاموش مي شود به علت گرم شدنمحور و نيز وحود تنش هاي مختلف حرارتي كه يك قسمت از محور بيشتر از قسمت هاي ديگر گرم شده است احتمال خم شدن محور و بروز ارتعاشات بعدي در توربين گاز محتمل است . از اين رو بعد ازهراستپ اگر مجددا واحد استارت نشود به مدت 36 ساعت راچت وظيفه چرخاندن محور را به عهده دارد و بعد از مدت مذكور از مدار خارج مي شود .

3- هنگام تعميرات يا زماني كه بخواهيم راچت را بدون زمان بندي وارد مدار كنيم : در تعميرات براي جا گذاري و برداشتن پره ها احتياج به گرداندن محور مي باشد . در اين موقع از راچت براي گرداندن محور استفاده مي گردد .

د- جعبه دنده كمكي :

براي اينكه با استفاده از يك محور گردنده چندين محور را به گردش در آوريم از اين جعبه دنده استفاده مي شود . ورودي جعبه دنده در زمان راه اندازي از طريق ديزل و در زمان كار عادي توربين ورودي مربوط به توربو ژنراتور است .

خروجي اين جعبه دنده عبارتند از : محور پمپ آب- محور پمپ گازوئيل- محور فن رادياتور- خنك كن- محور پمپ روغن هيدروليك و محور پمپ روغن كاري ياتاقان ها مي باشد .

در واحد هاي گازي نوع B.B.C از جعبه دنده كمكي فقط براي به كار انداختن محور پمپ روغن هيدروليك و روغن روغنكاري استفاده مي گردد .

روغن كاري اين جعبه دنده در سيستم روغن كاري ياتاقان ها قرار دارد .

كوپلينگ انعطافي :

در طول محور توربوژنراتور دو عدد كوپلينگ انعطافي قرار گرفته است . يك عدد بين جعبه دنده كمكي و محور كمپرسور و توربين و يك عدد بين جعبه دنده بار و محور توربين و كمپرسور .

وظايفي كه اين كوپلينگ ها به عهده دارند عبارتند از :

انتقال گشتاور از يك محور به محور ديگر

به عنوان جبران كننده هم امتداد نبودن محور ها

براي جبران حركت محوري ( در اثر حرارت )

4- علاوه بر موارد فوق اين كوپلينگ به عنوان فيوز محور نيز عمل مي كند يعني در اثر گشتاور هاي بيش از اندازه بريده مي شود. و از اين نظر ضعيف ترين نقطه محور است . در مواقعي كه گشتاور بيشتري به محور اعمال مي شود مثل خفه كردن كمپرسوريا بالا رفتن دور واحداين قسمت پاره مي گردد .

نگهداري كوپلينگ :

در نگهداري كوپلينگ بايد به نكات زير توجه كرد :

1- هم امتدادي در محور سبب افزايش عمق و كاهش ارتعاشات مي گردد

2- كوپلينگ بايد كاملا در روغن غوطه ور شود .

3- پيچ هاي توپي بايد به نحوي توپي را به فلانچ دو محور متصل و محكم كنند كه انتقال گشتاور از طريق اصطكاك سطح فلانچ و توپي صورت گيرد نه از طريق نرمش پيچ ها

4- لقي مناسب بين دندانه ها كه سبب كاهش خوردگي دندان ها مي شود .

كوپلينگ بكاررفته در توربين نوع B.B.C از نوع فنري بوده كه بين استارتينگ موتور و محور توربو كمپرسور قرار گرفته اند . بدين ترتيب كه اين فنر دو محور را به همديگر متصل مي نمايد . و اگر بعللي استارتينگ موتور از مدار خارج نشده و يا دور واحد بالا برود در اثر پاره شدن اين فنر ارتباط دو محور با يكديگر قطع مي گردد .

 

 

 

 

شكل : كوپلينگ

ياتاقانها :

به طور كلي ياتاقانها به دو دسته تقسيم مي شوند . يكي لغزش و ديگري غلطشي . همان طور كه از نام انها پيداست در ياتاقان هاي لغزشي اصطكاك به صورت لغزش بين سطوح برقرار است . ولي در نوع غلطشي اصطكاك بين يك سري از قطعات گرد به نام ساچمه و سطح تماس برقرار است . كه شامل برلينگ ها و رولربرينگها ميباشند.

ياتاقانهاي لغزشي به دو نوع عمده تقسيم مي شوند .

1- ياتاقان ژورنال كه در جهت عمود بر امتداد محور نيرو تحمل مي كند .

2- ياتاقان كف گرد يا تراست (Thrast Bearing) كه در جهت امتداد محور نيرو تحمل مي كند .

تعريف ژورنال : آن قسمت از محور كه در داخل ياتاقان جا مي گيرد ژورنال نام دارد.

ياتاقان به كار رفته در توربين از نوع يقه اي (Collar) بوده كه معمولابراي بارهاي زياد استفاده ميشود و داراي اصطكاك كمتري مي باشد . چون سطح تماس ياتاقان با ديسك محور كمتر است .

اصولا كليه توربينهاي تك محوره داراي دو ياتاقان اصلي مي باشند . يكي در ابتداي ورودي كمپرسور و ديگري در انتهاي محور توربين (اگزوز) قرار دارند .

ياتاقان شماره يك در واقع شامل سه ياتاقان است كه عبارتند از :

1- ياتاقان تراست بي بار

2- ياتاقان تراست با بار

3- ياتاقان ژورنال

ياتاقان شماره دو شامل فقط يك ياتاقان ژورنال مي باشد . كليه اين قسمتها در محفظه اي قرار دارند و محفظه هم به پايه متصل است تا با محور نچرخد .

ياتاقان تراست با بار نيروي بيشتري را تحمل مي كند بنابراين بايد قويتر باشد . به همين دليل دبي روغن تراست با بار از دبي روغن تراست بي بار بيشتر است . براي اينكه در هنگام كار توربين روغن ياتاقان از محفظه بيرون نريزد از هواي فشرده استفاده مي شود .

ياتاقان تراست شيب دار هم به عنوان بي بار و هم به عنوان با بار به كار مي رود ولي تحمل بارهاي كمتري را دارد . لذا از اين نوع در جعبه دنده به عنوان جعبه دنده بار كه بين توربين و ژنراتور قرار گرفته است براي خنثي كردن نيروي محوري استفاده مي شود . ياتاقان تحت درجه حرارت بالا مي سوزد . دلايل سوختگي ياتاقان عبارتند ار :

1- بند امدن روغن در مجراها

2- دبي و فشار كم روغن

3- بار بيشتر از اندازه

4- انطباق محكم ( لقي كم ) بين تراست با بار و تراست بي بار

5- هم امتداد نبودن محور هاي ياتاقان و ديسك محور ( بخصوص در ياتاقان ها با سطح شيب دار كه حساسند ) .

SS.S كلاچ :

اين كلاچ وظيفه درگيري و جدايي توربين از ژنراتور را بر عهده دارد و به طور كلي از سه قسمت تشكيل شده است .

1- ورودي ( توربين )

2- رله لغزنده

3- خروجي ( ژنراتور )

موارد مختلف عمل كردن :

1- در زمان راه اندازي

2- در زمان كندانسور كردن

3- دوباره درگير شدن ورودي و و خروجي در زمان كندانسور

با توجه به اينكه توربين گاز نوعSS.S B.B.C كلاچ بكار نرفته است از ذكر جزئيات ان خودداري مي نمائيم .

جعبه دنده بار يا كاهنده Load or Reduction Gear

اين جعبه دنده بين توربين و ژنراتور قرار دارد كه دور 4700 توربين توسط دو دنده مارپيچ به 300 rpm براي ژنراتور تبديل مي شود .

روغن كاري جعبه دنده توسط سيستم روغن كاري صورت مي گيرد و درجه حرارت روغن ورودي و خروجي ان و همچنين درجه حرارت ياتاقان هاي ان كنترل مي شود .

روي محفظه اي كه جعبه دنده در ان قرارگرفته است دماسنج هايي قرار دارد كه درجه حرارت را نشان مي دهند .

 

 

فصل چهارم

طريقه بهره برداري از يك واحد گازي و روش صحيح آن :

 

چون استفاده از شبكه سراسري برق توسط مصرف كنندگان در تمام ساعات شبانه روز يكسان نيست و از ساعاتي از شبانه روز بخصوص هنگامي كه هوا تازه تاريك مي شود مصرف برق بيشتر از مواقع ديگر است . و از طرفي احداث نيروگاه هاي پايه با عنايت به هزينه بالاي نصب انها برابر ماكزيمم مصرف شبانه روز مقرون به صرفه نيست . احداث و نصب نيروگاه گازي و نگه داشتن ان براي مواقع اضطراري شبكه سراسري برق امري اجتناب ناپذير است .

از اين رو يك واحد گازي معمولا در زمان پيك بار مورد استفاده قرار مي گيرد و استارت و Stop يك واحد گازي حداقل هر شبانه روز يك بار انجام مي پذيرد . و همين امر باعث حساسيت يك اپراتور نيروگاه گازي مي گردد كه هميشه واحد خود را جهت استغاده بهينه آماده نگهداري نموده و به در خواست مركز كنترل برق ايران در ساعت مقرر استارت و با شبكه پارالل نمايد . و در صورت عدم نياز شبكه و اعلام مركز كنترل جهت پايين اوردن هزينه و مصرف سوخت از شبكه خارج نمايد .

با توجه به موارد فوق يك اپراتور نيروگاه گازي معمولا هر 24 ساعت يكبار با استارت و Stop واحد مواجه مي گردد .

 

ماده سازي جهت استارت :

در زماني كه اپراتور قصد استارت واحد را دارد اعمالي را بايد انجام دهد كه به ترتيب به شرح آن مي پردازيم .

قبل از استارت تمام كنتور ها و شمارنده هايي كه در اتاق فرمان و واحد وجود دارند جهت محاسبات بعدي در دفتر لاكشيت ثبت مي شوند . سيستم برق D.C بازديد و ولتاژ و جريان ان ثبت شود .

بعد از اطمينان از عدم نشتي روغن يا گازوئيل يا هر گونه مواد آتش زا در داخل واحد . والو استارت نا موفق زيراتاق احتراق ( در صورت باز بودن ) بسته شود . كپسول هاي گاز جرقه زن باز گرديده و از فشار كافي آنها اطمينان حاصل نمايد .

دستگاه ثبات ( ثبت كننده درجه حرارت ورودي و خروجي توربين ) روشن شود . اگر رله اي از قبل عمل نموده ريست شود . و در صورتي كه ريست نشد علت آن بررسي و رفع عيب گردد . با در نظر گرفتن كليه موارد فوق اماده براي استارت مي باشد .

عمليات استارت :

با توجه به اين كه واحد هاي گازي از دو نوع سوخت گاز و گازوئيل استفاده مي نمايند . سلكتور انتخاب برنامه ( Program Selctor ) روي حالت گاز يا گازوئيل ( سوخت موجود ) قرار گيرد .

اگر قصد استارت اتوماتيك داريم سلكتور بهره برداري يا Opreating Selector روي حالت اتومات قرار داده شود . بعد از انجام مراحل فوق با فشار دادن بوش با توم اتوماتيك به مدت 2 ثانيه واحد در پله يا Stop يك قرار مي گيرد . عمليات استارت تا قرار گرفتن در 3000 هشت پله را مي بايست روي صفحه سكونتيك طي نمايد . كه در هر پله اعمالي انجام گرفته و دستگاهي وارد مدار يا از مدار خارج مي گردد . ضمن اين كه دور هم بايد در هر پله به حد معيني برسد . كه در صورت انجام نگرفتن هر كدام از اين شرايط واحد در همان پله باقي مي ماند و با توجه به اين كه هر پله داراي تلرانس تايم مخصوص مي باشد . بعد از گذشت مدت زمان هر پله به انجام نگرفتنم شرايط ان عمليات استارت متوقف و واحد تريپ مي نمايد .

در نتيجه عبور از يك پله به پله بعدي مستلزم انجام شرايط ان در مدت زمان مخصوص به خود مي باشد .

شرايط پله يك (1):

فشار سوخت قبل از پمپ تامين‌‌‌‌ والو سوخت بسته چنج اور والو باز كليد تحريك باز فشار روغن لوب تامين سرعت كمتر از 380 دور در دقيقه (در زماني كه واحد از قبل دور داشته باشد براي استارت بعدي بايد به كمتر از 380 دور برسد )اگر واحد در حالت راچت استارت شود در اين پله دور واحد صفر است . استارتينگ والو باز والو بهره برداري Stop .

شرايط پله 2 :

استارتينگ موتور وصل پمپ تركوكنورتر وصل دريچه هاي بلد والو باز فشار ورغن حفاظت و امرژنسي تامين .

شرايط پله 3 :

فشار روغن تركوكنورتر كمتر از 5/0بار سرعت 440 دور

شرايط پله 4 :

جرقه زن وصل سرعت 600 دور

شرايط پله 5 :

والو سوخت باز انجام عمل احتراق در اتاق احتراق سرعت 800 دور

شرايط پله 6 :

سرعت 2000 دور (در اين پله با پالاسهاي مداوم استارتينگ والو و فشار كردن روغن كنترل راه عبور سوخت بيشتر باز شده و شدت احتراق بتدريج بيشتر مي گردد و دور واحد را بالا مي برد .)

شرايط پله 7 :

كليد استارتينگ موتور باز سرعت 3000 دور

شرايط پله 8 :

كليد تحريك وصل

لازم به ياداوري است كه در اينجا دور ذكر شده دور ژنراتور است نه دور توربين چون دور توربين از اين مقدار بيشتر است .

اگر واحد به پله هشت رسيد استارت با موفقيت انجام شده در غير اين صورت در هر كدام از پله ها توقف نمايد موجب تريپ واحد مي گردد . كه با توجه به شرايط همان پله اپراتور بايد علت را بررسي و در صورت امكان نسبت به رفع عيب و استارت مجدد اقدام نمايد .

در طول مدت ياد شده (از پله يك تا هشت) بهره بردار مي بايست عمليات واحد را به دقت زير نظر داشته باشد و در صورت ظاهر شدن آلارم هاي احتمالي نسبت به ريست و رفع عيب آن اقدام تا از تريپ واحد جلو گيري نمايد .

بعد از انجام گرفتن احتراق درجه حرارت ورودي و خروجي توربين را روي صفحه ثبات مد نظر داشته و در صورت بالا رفتن بيش از حد درجه حرارت جهت جلوگيري از خسارت به واحد از طريق امرژنسي تريپ واحد را تريپ نمايد . لازم به ذكر است كه براي استارت مجدد بايد درجه حرارت خروجي واحد كمتر از 100 درجه سانتي گراد باشد و تا رسيدن به اين درجه حرارت از استارت مجدد بايد خود داري نمود . بعد از رسيدن واحد به پله هشت و تامين دور 3000 (دور ژنراتور) آماده بهره برداري و پارالل شدن با شبكه مي باشد .