مقدمه:

توربین های گازی دارای شرایط کاری سخت می باشند و قطعاتی نظیر پره های توربین باید در درجه حرارت های بالا استحکام مناسبی داشته باشند.همچنین به دلیل اتمسفرشدیدا اکسیدکننده و خورنده توربین ها، قطعات مختلف توربین بویژه پره ها باید مقاومت بالایی در برابر خوردگی داغ و اکسیداسیون داشته باشند. تاکنون آلیاژهای پایه نیکل و پایه کبالت بهترین آلیاژها برای ساخت قطعات توربین بوده اند اما حتی با بهینه کردن ترکیب شیمیایی سوپر آلیاژها امکان دستیابی به کلیه خواص مطلوب فوق وجود ندارد لذا برای مقاوم سازی این آلیاژها در برابر خوردگی داغ، اکسیداسیون و سایش، پوشش هایی در سطح آنها صورت می گیرد . یک نوع از پوشش های کار آمد برای این منظور پوشش های سد حرارتی (Thermal Barrier Coatings) هستند که به اختصار پوشش های TBC  نامیده می شوند.

اغلب پوشش های TBC بر پایه زیرکونیا ( Zro2 ) می باشند که با افزودن ترکیباتی مثل ایتر یا (Y2o3 ) پایدار می گردند. Zro2  دارای هدایت حرارتی کم و ضریب انبساط حرارتی بالا می باشد و افزودن Y2o3 به آن موجب ایجاد مقاومت بیشتر در برابر شرایط سیکل حرارتی می گردد. با بکارگیری این پوشش ها و با استفاده از خاصیت هدایت حرارتی کم آنها راندمان توربین های گازی افزایش می یابد زیرا با حضور این پوششها دمای فلز پایه تا ۱۷۰˚C کاهش پیدا میکند ودرنتیجه امکان افزایش دمای کاری توربین فراهم میشود.

در حال حاضر تحقیقات برای توسعه اینگونه پوشش ها و همچنین بکارگیری نوع دیگری از پوشش های فلزی که بعنوان لایه bond coat  بین فلز پایه و پوشش سرامیکی قرار می گیرند، درحال گسترش می باشد. لایه bond coat معمولا یک پوشش فلزی است که چسبندگی پوشش سرامیکی را به فلز پایه افزایش می دهد. درحال حاضر برروی سوپر آلیاژها ابتدا یک لایه از پوشش فلزی bond coat به ضخامت ۸۰-۱۵۰μm داده شده است و بر روی آن پوشش سد حرارتی با ضخامتی در حدود ۳۰۰μm تا  ۲ mmبکار گرفته می شود. برنامه (Industrrial Power Generation) IPG یک همکاری مشترک از سازندگان توربین گاز، دانشگاهها، شرکتهای گاز طبیعی، تولید کنندگان انرژی الکتریکی، آزمایشگاههای ملی و استفاده کنندگان صنعتی می باشد. همکاری فوق که شامل طیف وسیعی از مشارکت کنندگان مختلف است منابع و امکانات فنی- اقتصادی- تحقیقاتی مناسبی را برای ایجاد یک تحول اساسی در فن آوری توربین گاز فراهم می آورد.

تاريخچه توربين گاز

از حدود ۷۰ سال قبل توربين هاي گازي جهت توليد برق موراستفاده قرار مي گرفته اند،اما در بيست سال اخير توليد اين نوع توربين ها بيست برابر افزايش يافته است.

اولين طرح توربين گازي مشابه توربين هاي گازي امروزي در سال ۱۷۹۱ به وسيله «جان پاير» پايه گذاري شد كه پس از مطالعات زيادي بالاخره در اوايل قرن بيستم اولين توربين گازي كه از يك توربين چند طبقه عكس العملي و يك كمپرسور محوري چندطبقه تشكيل شده بود، توليد گرديد.

اولين دستگاه توربين گازي در سال ۱۹۳۳ در يك كارخانه فولادريزي در كشور آلمان مورد بهره برداري قرار گرفت و آخرين توربين گازي با قدرت ۲/۲۱۲ مگاوات در فرانسه نصب و مورد بهره برداري مي گردد.

در صنعت برق ايران اولين توربين گازي در سال ۱۳۴۳ در نيروگاه شهر فيروزه (طرشت) مورد استفاده قرار گرفته است كه شامل دو دستگاه بوده و هر كدام ۵/۱۲ مگاوات قدرت داشته است. در حال حاضر كوچكترين توربين گازي موجود در ايران توربين گاز سيار «كاتلزبرگ» با قدرت اسمي يك مگاوات و بزرگترين آن توربين گازي ۴۹-۷ شركت زيمنس با قدرت ۱۵۰ مگاوات مي باشد.

 نقش توربين گاز در صنعت برق

توربين هاي گاز جدا از توليد برق به خاطر خصوصيات ويژه اي كه دارند مي توانند در موارد ديگري مثل موتورهاي جت در هواپيماها براي تأمين نيروي محركه هواپيما و نيروي جلوبرندگي به كار رود يا مثلاً جهت به گردش درآوردن يك پمپ قوي به كار رود.

اما چون بحث ما پيرامون توربين هاي گازي است كه در صنعت برق وجود دارد. لذا مطالب خود را بر اساس همين موضوع پيگيري مي كنيم.

با توجه به آمار و ارقام مشخص مي شود كه ميزان مصرف برق در ساعات مختلف شبانه روز متفاوت است مثلاً در بعضي از ساعات شبانه روز (فاصله ساعت ۱۰:۰۰ تا ۱۲:۰۰ صبح و از تاريك شدن هوا به مدت تقريباً دو ساعت در شب) مصرف برق خيلي زياد است و به ميزان حداكثر خود مي رسد (پيك بار) و در بعضي ساعات مثل ساعات بين نيمه شب تا بامداد مصرف برق خيلي پايين است و در بقيه اوقات يك مقدار متعادل را دارد.

چکیده ماشین کاري پره هاي توربين

ساخت پره‌هاي توربين به دليل بارهاي مكانيكي و ديناميكي زيادي كه بر آنها وارد مي‌شود از اهميت زيادي برخوردار است. نواحي مختلف پره شامل شرود و مناطق آب بندي،‌ ايرفويل، شاتك و سوراخهاي خنك كاري و ريشه مي‌شود. كه هر منطقه بسته به جنس پره و نوع استفاده پره (صنايع هوايي يا ساير صنايع،‌ كمپرسور يا توربين) به روشهاي مختلف ساخته مي شود. در حالت كلي براي ساخت پره توربين يا كمپرسور ابتدا ماده خام را به يكي از روشهاي آهنگري يا ريخته‌گري دقيق به شكل اوليه موردنظر در مي‌آورند. سپس براي اينكه قسمتهاي مختلف پره را به اندازه نهايي برسانند از روشهاي مختلف ماشين‌كاري استفاده مي‌كنند. دقيق‌ترين قسمت پره به لحاظ ابعادي، قسمت ريشه آن مي‌باشد كه معمولاً از روش سنگ‌زني خزشي براي ماشين‌كاري آن استفاده مي‌شود. به طور كلي ساخت پره‌هاي متحرك موتورهاي توربين گازي با توجه به شكل پيچيده و شرايط كاري حاد از تكنولوژي بالايي برخوردار است. در اين ميان ريشه پره با توجه به نيروهايي كه به آن وارد مي‌شود نسبت به بقيه قسمتهاي پره داراي كيفيت سطح و دقت ابعادي بالايي مي‌باشد. تاكنون كيفيت سطح نامناسب مانع از بكارگيري روش تخليه الكتريكي (وايركات) براي ماشين‌كاري ريشه پره مي‌شد. اما اخيراً با توجه به پيشرفتهاي به وجود آمده در مولد ماشينهاي وايركات،‌ استفاده از اين روش براي ماشین کاري ريشه پره مورد توجه قرار گرفته است. معمولاً براي ساخت ريشه پره توربين،از روش سنگ‌زني خزشي و قسمت كمپرسور از روش خانكشي استفاده مي‌شود اما اخيراً در خارج از كشور ساخت ريشه پره با روش تخليه الكتريكي مورد توجه قرار گرفته است. يكي از عواملي كه تاكنون مانع از استفاده اين روش براي ماشين‌كاري ريشه پره مي‌شد، كيفيت سطح نامناسب با توجه به حرارتي بودن اين روش است. اما اخيراً با توجه به پيشرفتهايي كه در مولد اين ماشينها بوجود آمده است استفاده از آن را براي ماشين‌كاري ريشه پره امكان‌پذير ساخته است. براي ماشين‌كاري ريشه پره كمپرسور كه از جنس فولاد زنگ نزن است معمولاً از روش خان‌كشي استفاده مي‌شود از مزاياي اين روش يك سرعت بالا، دقت فرمها و سطوح توليد شده به وسيله خان‌كشي در حد مطلوب و عمر ابزار طولاني و قابليت و سهولت در ايجاد پروفيلهاي نامنظم بدون نياز به اپراتور ماهر مي‌باشد.

فهرست

مقدمه. ۱

تاريخچه توربين گاز. ۲

نقش توربين گاز در صنعت برق. ۳

چکیده ماشین کاري پره هاي توربين. ۴

تکنولوژیی های استفاده شده ۶

نقد و بررسي روش انتقال تكنولوژي ساخت پره هاي توربين به كشور. ۷

نحوة انتقال تكنولوژي.. ۹

زمينههاي انتقال تكنولوژي.. ۱۳

آشنایی با پره های توربین. ۱۵

توربین گازی.. ۱۶

پره های توربین گازی.. ۱۷

پره های ثابت.. ۱۸

پره های متحرک… ۱۹

مواد ساخت پره های توربین. ۱۹

مراحل تدوین دانش فنی وساخت پره ۲۱

مهندسی معکوس.. ۳۱

وضعیت كنونی كشور در رابطه با تولید توربین گازی.. ۳۵

ارزيابي روشها (Evaluating the option) 39

نتايج ارزيابي شبيه‌سازي.. ۴۲

كنترل فركانس و ارتعاش.. ۴۶

برنامه عمليات تكميل شده (The Complete Treatment Plan) 47

بازيافت حرارت از دود خروجي توربين گاز. ۴۸

گرم كردن هواي خروجي كمپرسور. ۴۹

خنك كاري مياني.. ۵۲

خنك كاري تبخيري ۵۴

پاشش مستقيم آب به هواي ورودي.. ۵۴

خنك كاري هواي ورودي با ذخيره سازي سرما ۵۵

خنك كاري هواي ورودي با استفاده از چيلر. ۵۶

توليد بخار به وسيله بويلر بازياب.. ۵۶

گرمايش مجدد گازها در توربين. ۵۷

نتيجه گيري.. ۵۸

اجزاي توربينهاي گازي.. ۶۵

سيكل توربينهاي گازي.. ۶۵

توربينهاي گازي صنعتي.. ۶۶

توربينهاي گازي هوايي يا موتورهاي جت.. ۶۶

انواع موتور هاي جت.. ۶۸

توربوفن. ۶۹

رم جت.. ۷۰

پالس جت.. ۷۰

احتراق. ۷۱

انفجار. ۷۱

فشردگي.. ۷۲

سيکل کارکرد پالس جت بدون دريچه. ۷۲

پرشر جت.. ۷۲

توربو جت.. ۷۳

توربو پراپ.. ۷۴