17570

17570

طراحي مفهومي توربين گاز صنعتي مشتق‌شده از توربوفن‌هاي دو و سه محوره

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

فروردين 1395

دكتر محمد اخلاقي

مكانيك

چكيده: توربين‌هاي گاز صنعتي به منظور توليد توان در نيروگاه‌ها وتقويت فشار در ايستگاه‌هاي پمپاژ خطوط انتقال نفت و گاز كاربردهاي وسيعي دارند. ساخت توربين‌هاي گاز صنعتي هزينه‌ي بالايي را به دنبال دارد. از اين رو در سال‌هاي اخير ساخت توربين‌هاي گاز صنعتي مشتق‌شده از موتورهاي صنايع هوايي مورد توجه قرار گرفته است. جهت نيل به فراهم آوردن اين موضوع، بخش تامين توان كمپرسور توربين گاز موتور هوايي جدا شده و با اعمال تغييراتي در موتور، آن را به موتور صنعتي تبديل مي‌كنند. يكي از مزاياي اين كار اين است كه بخش تامين توان كمپرسور توربين گاز موتور هوايي داراي بازده‌ي بالاتري است و موجب مي‌شود كه بازده‌ي سيكل توربين گاز صنعتي نيز بالاتر شود. در كار حاضر، يك موتور هوايي با پيكربندي دو محوره و يك موتور هوايي با پيكربندي سه محوره مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. به اين منظور، موتورهاي هوايي GE90 و Trent 800 مورد استفاده قرار گرفته و از آن‌ها براي طراحي توربين گاز صنعتي استفاده شده است. اين موتورها به ترتيب متعلق به شركت جنرال‌الكتريك آمريكا و شركت رولزرويس انگلستان مي‌باشند، كه هر دو موتور به عنوان عامل پيشرانش هواپيماي Boeing 777 استفاده شده‌اند. موتور هوايي GE90 داراي پيكربندي دو محوره و موتور Trent 800 داراي پيكربندي سه محوره مي‌باشند. به منظور مدل‌سازي موتورهاي هوايي و صنعتي از نرم‌افزار GasTurb استفاده شده است. روش‌هاي متفاوتي را مي‌توان براي تبديل موتور هوايي به صنعتي مورد استفاده قرار داد. كاربرد اين روش‌ها به عوامل مختلفي نظير پيكربندي موتور هوايي، نوع كاربرد موتور مشتق‌شده، امكانات و ... بستگي دارد. در اين مطالعه، براي تبديل موتور هوايي GE90، چهار روش و براي تبديل موتور هوايي Trent 800، دو روش مختلف بررسي شده و نتايج آن‌ها ارائه گرديده است. از مهم‌ترين تغييرات ايجاد شده، حذف فن مي‌باشد. حال مي‌توان براي بهبود عملكرد موتور مشتق‌شده، يك يا دو طبقه كمپرسور را جايگزين فن حذف شده نمود. براي توليد توان نيز مي‌توان از توربين فشار ضعيف موتور هوايي استفاده نمود و يا از چند طبقه توربين توان بهره برد. طراحي‌هاي مختلف اين موتورهاي صنعتي مشتق‌شده مورد بحث قرار گرفته و عملكرد آن‌ها با هم مقايسه شده است. با توجه به تغييرات اعمال شده و روش‌هاي به كار برده شده در اين پايان‌نامه، بيشترين توان محوري قابل حصول از موتور صنعتي مشتق‌شده از موتور هوايي GE90، 17/51 مگاوات و بيشترين توان محوري قابل حصول از موتور صنعتي مشتق‌شده از موتور هوايي Trent 800، 58/60 مگاوات محاسبه شده است.

1396/04/13

5/5/2019 12:00:00 AM

Abstract: Industrial gas turbines widely use in order to power generation in power plants and pressure boosting in oil and gas umping lines. The industrial gas turbines are very expensive to produce and manufacture. So, in recent years, Aeroderivative gas turbines are taken into consideration. For this propose, the gas generator part of the aero engine has been separated from the core and with some changes it has been converted to industrial gas turbine.one of the advantages of this work is that the aero engine gas generator is more efficient and this benefit leads to increasing the gas turbine cycle efficiency. In this work, a two spool aero engine and a three spool one have been studied. For this propose, GE90 and Trent800 aero engines are used to design industrial gas turbines. GE90 is a two spool aero engine and Trent 800 Is a three spool one. In order to modeling the aero and industrial engines the GasTurb software has been used. Different methods can be used to convert the aero engine to industrial. The application of these methods depends on various factors such as aero engine application, aeroderivative engine application, facilities and etc. In this study to convert the GE90 aero engine four methods have been tried and for Trent800 there are 2 methods. One of the most important changes is removing the fan. Now for improving the aeroderivative engine one or two compressor stages can be replaced it. For the power generation the low pressure turbine of aero engine or multi stages of a free power turbine can be used. Various design of aeroderivative engines have been discussed and their performance have been compared to each other. Due to applied changes and the used methods, the most available shaft power from the aero engines is 51.17 MW for the GE90 and it is 60.68 MW for Trent 800.