دوره آموزشی ارزیابی و بهبود عملکرد توربین های بخار

توربین های بخار مدرن در سال 1884 توسط شخصی به نام پاسونز (Sir Charles Parsons) گسترش یافت. توربین های بخار یکی از مهمترین اجزای نیروگاه های حرارتی هستند.توربین بخار وسیله ایست که انرژی حرارتی ذخیره شده در بخار را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. می توان گفت بیشتر نیروگاه های تولید برق دنیا از روش تولید برق از توربین بخار در نیروگاه حرارتی استفاده می کنند.توربین های بخار توسط یک بویلر تغذیه می شوند. این بویلر واترتیوب بخار را با فشار بالا تولید کرده و به داخل توربین ارسال می کند و این توربین انرژی آن را به انرژی مکانیکی و سپس به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. توربین‌های بخار در صنایع و نیروگاه های تولید کننده حرارت و هسته ای کاربرد دارند و چیزی در حدود هشتاد درصد از برق کره زمین را تولید میکنند. معمولا توربین های بخار را به دو دسته ضربه  ای و عکس العملی تقسیم می کنند.

اولین توربین بخارثبت شده در تاریخ، توربین بخاری است که توسط هرواسکندرانی در حدود قرن اول میلادی ساخته شد. این توربین از یک کره تو خالی تشکیل می شد که قادر بود حول یک محور افقی، در فاصله بین دو لوله ثابت که کره را به یک دیگ بخار مربوط می کردند، بچرخد. بخار تولید شده در دیگ وارد کره می شد و به طور مماسی از طریق دو عدد شیپوره در هوای جو تخلیه می شد. شیپوره ها در صفحه ی عمود بر محور دوران و در دو جهت مخالف هم قرار داشتند.

کاربرد توربین بخار در نیروگاه حرارتی

توربین های بخار یکی از مهمترین اجزای نیروگاه های حرارتی هستند که مطابق شکل بالا در سیکل این نوع از نیروگاه قرار می گیرند. در این سیکل علاوه بر توربین بخار، کمپرسور و بویلر ،کندانسور و اواپراتور نیز وجود دارد. راندمان این نوع از توربین بسته به نوع طراحی و تعداد مرحله (Stage) آن متغیر است . از آنجایی که راندمان کلی سیستم نیروگاه حرارتی نزدیک به 40 درصد است ، باید راندمان توربین را تا حد امکان در سطح بالایی نگه داشت. که برای این کار توربین بخار را به صورت ترکیبی از ضربه ای و عکس العملی می سازند.  در سیکل های ترکیبی نیز ممکن است از دو توربین بخار فشار بالا و پایین استفاده شود. درجه حرارت ورود بخار به این توربین ها نیز بسته به فشار کاری بویلر ممکن است تا بالاتر از 400 درجه سانتی گراد برسد (البته درمقایسه با توربین های گازی با درجه تا 1800 درجه ناچیز است).

توربین بخار ضربه ای

توربین های ضربه ای: توربین های ضربه ای یا طبقات ضربه ای که ساختمان ساده ای دارند، عبارت از توربین های تک چرخانه ای یا چند چرخانه ای که پره های ضربه ای به آنها متصل می شوند. پره های ضربه ای را می توان از شکلشان تشخیص داد. این پره ها معمولا متقارن اند و اندازه ی زوایای ورودی و خروجی در آنها در حدود 20 درجه است. به خاطر اینکه معمولا در طبقات ورودی توربین بخار که فشار بالایی دارند از آنها استفاده می شود و چون در این طبقات حجم ویژه بخار کم است و مساحت سطح مقطع عبور جریان کوچکتری در مقایسه با طبقات فشار پایین مورد نیاز است، پره های ضربه ای کوتاه اند و مساحت سطح مقطع عبور جریان در آنها ثابت است. توربین پلتون نمونه ای از این توربین می باشد.

توربین ضربه ای تک طبقه: توربین ضربه ای تک طبقه که آن را با نام مخترعش توربین دولاوال نیز می نامند، شامل یک عدد چرخانه است که پره های ضربه ای به آن متصل می شوند. بخار از طریق یک یا چند عدد شیپوره همگرا-واگرا تغذیه می شود، این شیپوره ها تمام پیرامون چرخانه را در بر نمی گیرند و از این رو در هر لحظه تنها بخشی از پره ها با بخار مواجه می شوند. همچنین با بستن یک یا چند شیپوره می توان توربین را کنترل کرد.

توربین های ضربه ای مرکب سرعتی: این توربین ها برای اولین بار توسط کورتبس پیشنهاد شد تا مسائلی که هنگام استفاده از بخار با فشار و دمای بالا در توربین ضربه ای تک طبقه به وجود می آمدند، حل شوند. توربین کورتیس مانند توربین تک طبقه است که از یک مرحله شیپوره تشکیل می شود و به دنبال آن به جای یک ردیف پره متحرک، دو ردیف پره قرار می گیرند. این دو ردیف به وسیله ی یک ردیف پره ثابت که به پوسته توربین متصل هستند، از هم جدا می شوند. وظیفه پره های ثابت تنها هدایت بخار خروجی از ردیف اول پره های متحرک به ردیف دوم این پره ها است.

توربین ضربه ای مرکب فشاری: برای بر طرف کردن مساله سرعت بالای پره در یک توربین ضربه ای تک طبقه، می توان کل افت آنتالپی را به آسانی و تقریبا به تساوی بین شیپوره های چندین طبقه ی ضربه ای که به طور متوالی قرار می گیرند، تقسیم کرد. چنین توربینی را به نام مخترعش توربین راتو می نامند. از این رو سرعت بخار ورودی به هر طبقه اساسا با هم مساوی و مقدار آن متناسب با تغییرات آنتالپی می با شد.

توربین های عکس العملی : طرز کار توربین های عکس العملی در اصل به وسیله پارسونز اختراع شد. این توربین از سه طبقه که هر کدام شامل یک ردیف پره ثابت و یک ردیف پره متحرک است، تشکیل می شود. پره های ثابت طوری طراحی می شوند که مجرای بین آنها به صورت یک شیپوره در می آید. پره های متحرک توربین عکس العملی از این جهت به آسانی از پره های متحرک توربین ضربه ای متمایزند که متقارن نیستند و چون مثل شیپوره عمل می کنند، شکلی همانند پره های ثابت دارند هرچند که انحنای آنها در جهت مخالف است. از جمله این توربین ها می توان به توربین های کاپلان و فرانسیس اشاره کرد.

دسترسی به جزوه دوره آموزشی

مرجع: وب سایت شرکت پاکwww.EnergyNetwork.ir_steamturbineمن