7091

طراحي مفهومي توربين گاز صنعتي مشتق شده از يك موتور توربوفن با نيروي رانش (130-60) كيلونيوتن

كارشناسي

مهندسي مكانيك

1399

دكتر محمد اخلاقي

1399/10/29

مهندسي مكانيك

Conceptual Design of Aeroderivative Turbine from a Turbofan with Thrust (60-130) kN

توربين گاز موتورهاي مشتق شده از توربين هاي هوايي هستند. اين نوع توربين گاز با تغييراتي كه روي توربين هاي گاز هوايي صورت مي گيرد، قابل استفاده براي كاربرد هاي صنعتي هستند. با توجه به اينكه توربين هاي گاز هوايي قابليت توليد توان بالاتري در واحد وزن و واحد حجم دارند، ملاحظات طراحي و ساخت ايجاب مي نمايد كه از توربين هاي گاز صنعتي مشتق شده در صنايع مختلف به ويژه صنعت نفت و گاز بهره گيري شود. توربين هاي گازمشتق شده در نيروگاه هاي توليد الكتريسيته، صنايع نفت و گاز و دريايي كاربرد قابل ملاحظه دارند. توربين هاي آزاد بدليل اينرسي و وزن كمتر در ساختار توربين هاي مشتق شده همچون صنايع دريايي استفاده مي شود. طي چند دهه گذشته ، تحقيقات و پژوهش هاي زيادي در زمينه توليد توربين گاز مشتق شده از توربين گاز هوايي و نيز بهبود عملكرد اين نوع توربين گاز به منظور توليد و افزايش توان محوري خروجي صورت گرفته است. هدف از انجام اين پروژه ، طراحي مفهومي توربين گاز صنعتي مشتق شده از يك توربوفن مي باشد. براي رسيدن به چنين هدفي موارد زير انجام شده است : با توجه به تعيين محدوده ي نيروي رانش موتور ، مطالعات اوليه و جمع آوري اطلاعات براي انتخاب موتور هوايي صورت گرفت. سپس از ميان انواع موتورهاي هوايي با نيروي رانش در محدوه ي (130-60) كيلونيوتن و نسبت كنار گذر (2-1) ، موتور هوايي مناسب انتخاب شود. در نهايت توربوفن (JT8D-219) محصول شركت پرات و ويتني ، كه موتوري دو اسپول و داراي نيروي رانش (5/96) كيلونيوتن مي باشد، انتخاب شد. در راستاي تبديل توربوفن مورد نظر به نمونه مشتق شده يك ساختار مورد مطالعه دقيق واقع شد. در ساختار نهايي فن حذف شده و به جاي آن دو طبقه كمپرسور فشار ضعيف جاي گزين شد. با توجه به بوستر شش طبقه قبلي، كمپرسور فشار پايين داراي هشت طبقه گرديد. هشت طبقه كمپرسور فشار پايين با دو طبقه توربين فشار پايين با سرعت (rpm) 6600 كار مي كند. هفت طبقه كمپرسور فشار قوي با يك طبقه توربين فشار بالا با سرعت (rpm) 11520و چهار طبقه توربين توان آزاد با سرعت (rpm) 3000كار مي كند. سپس در اين حالت مقدار توان و بازده حرارتي توربين گاز صنعتي مشتق شده از موتور هوايي آن محاسبه شده اند. شايان ذكر است طراحي و مدلسازي موتور هاي صنعتي و هوايي از نرم افزار (Gas Turb10) بهره گيري شده است. در ساختار مورد مطالعه مقدار توان محوري توليدي (8/24) مگاوات و بازدهي حرارتي آن (252/35) درصد بدست آمده است. مي توان آن را براي توليد الكتريسيته و همچنين تامين حرارت مورد نياز بويلر به منظور تامين بخار توربين بخار براي كاربرد در يك سيكل تركيبي به كار گرفت. هواي ورودي با شرايط دماي (15/288) كلوين و فشار (32/101) كيلو پاسكال وارد مي شود. سپس از ديفيوزر عبور كرده و با همان مشخصات وارد كمپرسور فشار پايين مي شود. با شرايط دماي (77/464) كلوين و فشار (138/471) كيلو پاسكال خارج مي شود. سپس هوا با فشار (024/424) كيلوپاسكال وارد كمپرسور فشار بالا شده و تا فشار (103/1802) كيلوپاسكال متراكم مي شود. و با دماي (93/702) كلوين از آن خارج مي شود. سپس وارد محفظه احتراق مي شود. گاز متراكم محترق شده و دماي آن به (1450) كلوين افزايش مي يابد. اندكي منبسط شده و با فشار (616/1693) كيلوپاسكال از آن خارج مي شود. سپس وارد توربين فشار بالا شده و تا فشار (272/837) كيلوپاسكال منبسط شده و با دماي (32/1249) كلوين از آن خارج شده و با فشار (617/788) كيلوپاسكال وارد توربين فشار پايين مي شود. در اين قسمت نيز تا فشار (381/422) كيلوپاسكال منبسط مي شود و با دماي (41/1102) كلوين خارج مي شود. دما در نازل خروجي به (71/802) كلوين كاهش ميابد و تا فشار (36/103) كيلوپاسكال منبسط مي شود.

توربين گاز صنعتي مشتق شده ، توربوفن ، طراحي مفهومي، مدلسازي