انواع توربین

انواع توربین


توربین‌های بخار با ظرفیت‌های مختلف ساخته می‌شدند. از توربین‌های باظرفیت یک اسب بخار (75/0 کیلووات) که برای پمپ‌ها و کمپرسورها و غیره تا توربین‌های دو میلیون اسب بخار (000/500/1 کیلووات) که برای تولید برق مورد استفاده قرار می‌گیرند. توربین‌های بخار از نظر عملکرد طبقه‌بندی می‌شوند.
توربین‌های ایمپالس (Impulse)

یک توربین ایمپالس چند نازل ثابت دارد که بخار را به ژیگلورهای با سرعت بالا هدایت می‌کنند. این ژیگلورها حاوی انرژی جنبشی قابل توجه هستند که از طریق تیغه‌های رتور که شبیه بیلچه‌ می‌باشند این انرژی را به شفت انتقال می‌دهند، در توربین‌های ایمپالس انبساط بخار فقط در نازل‌ها اتفاق می‌افتد.
انواع توربین‌های ایمپالس به قرار زیر هستند:
توربین بانکی - Banki Turbine
توربین کرارد - Girard Turbine
توربین پلتون - pelton Turbine
توربین تورگو - Turgo Turbine
توربین‌های ری اکشن (Reaction)
در توربین ری‌اکشن تیغه‌های رتور به حالتی قرار می‌گیرند که باعث همگرائی نازل‌ها می‌شوند. در این نوع توربین از نیروی ری‌اکشن (عکس‌العمل) استفاده می‌شود.
انواع توربین‌های ری‌اکشن به قرار زیر هستند:
توربین فورنیرون - Fourneyron Turbine
توربین فرانسیس - Francis Turbine
توربین تامسون - Thompson Turbine
توربین کاپلان - Kaplan Turbine
توربین پروپیلر - Propeller Turbine
انواع توربین‌های بخار شامل: توربین های متراکم کننده،‌ غیر متراکم کننده، با حرارت مجدد، کششی و القائی است. توربین‌های غیر متراکم اغلب برای کاربردهای بخار فرآیند استفاده می‌شوند. فشار تخلیه گاز به وسیله شیر تنظیم کننده متناسب با نیاز فشار بخار کنترل می‌شود. این توربین‌ها معمولاً در پالایشگاهها واحدهای حرارتی، کارخانه‌های کاغذسازی و دستگاههای آب شیرین کن و در مکان‌هائی که مقادیر زیادی بخار کم فشار بایستی در دسترس وجود داشته باشد یافت می‌شود.
- توربین‌های متراکم کننده اغلب در نیروگاهها مخصوصاً نیروگاههای هسته‌ای وجود دارند. این توربین‌ها بخار را در حالت بسیار متراکم تخلیه می‌کنند. این نوع توربین‌ها آب در حال تراکم در آخرین توربین به مواد گران‌تر احتیاج دارد، در غیر اینصورت خوردگی تیغه‌های توربین‌ها مسائل بزرگی به وجود می‌آورد. این مواد بهرحال به دلائل مختلف در نیروگاههای هسته‌ای بسیار معمول است.
- توربین‌های با حرارت مجدد نیز تقریباً به طور انحصار در نیروگاهها مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این نوع توربین جریان بخار از بخش فشار زیاد در داخل توربین خارج می‌شود و برای افزایش حرارت آن به بویلر (دیگ بخار) برمی‌گردد. این بخار سپس به بخش فشار متوسط توربین برمی‌گردد و در آنجا منبسط می‌شود.
- توربیـن‌هـای اکسترکتینگ (Extracting Turbines) در بسیـــاری از مــوارد مخصوصــاً در بخش‌های تولیدی مانند صنعت کاغذسازی که به بخار با فشار و حرارت معین نیاز دارند بسیار معمول است. در این نوع توربین، بخار از یک نقطه توربین با درجه حرارت و فشار مطلوب دریافت می‌شود و یا به سیستم گرم‌کننده آب تغذیه بویلر ارسال می‌شود. افزایش گرمای سیستم گرم کننده آب تغذیه بویلر باعث بهبود راندمان توربین خواهد شد.
- توربین‌های کروزینگ (Cruising Turbines)
این توربین‌ها در دهه‌های 1950 و 1960 در نیروی دریائی آمریکا استفاده شد. توربین‌های کروزینگ برای سرعت‌های کم و متوسط طراحی شد.
- توربین‌های معکوس (Reversing Turbines) دارای یک یا چند سری تیغه هستند که در جهت عکس محور اصلی قرار می‌گیرند. ترتیب دریچه‌ها به صورتی است که باعث می‌شود خط اصلی بخار به طرف تیغه‌های جلو بسته می‌شود و به طرف تیغه‌های معکوس باز می‌گردد. تیغه‌های معکوس روی همان شفت تیغه‌های جلوئی نصب شده‌اند. توربین‌های بخار معکوس زمانی در صنعت دریائی مورد استفاده قرار می‌گرفت.

توربین های گازی


از زمان تولد توربینهای گازی امروزی در مقایسه با سایر تجهیزات تولید قدرت , زمان زیادی نمی گذرد . با این وجود امروزه این تجهیزات به عنوان سامانه های مهمی در امر تولید قدرت مکانیکی مطرح می باشند . از تولید انرژی برق گرفته تا پرواز هواپیماهای مافوق صوت همگی مرهون استفاده از این وسیله سودمند می باشند . ظهور توربینهای گازی باعث پیشرفت زیادی در رشته های مهندسی مکانیک , متالورژی و سایر علوم مربوطه گشته است . 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 170˚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 80-150μm داده شده است و بر روی آن پوشش سد حرارتی با ضخامتی در حدود 300μm تا 2 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. یکی از قدمهای اولیه این برنامه تولید پوشش سد حرارتی TBC برای توربینهای گاز بوده است.
به همین خاطر امروزه به تکنولوژی توربینهای گازی تکنولوژی مادر گفته می شود و کشوری که بتواند توربینهای گازی را طراحی کند و بسازد هر چیز دیگری را هم می تواند تولید کند.

اجزای توربینهای گازی


به طور کلی کلیه توربینهای گازی از سه قسمت تشکیل می شوند:
.1.کمپرسور 2.محفظه احتراق 3.توربین
که بنا به کاربرد قسمتهای دیگری نیز برای افزایش راندمان و کارایی به آنها اضافه می شود . به عنوان مثال در برخی از موتورهای هواپیماها قبل از کمپرسور از دیفیوزر و بعد از توربین از نازل استفاده می شود . که دراین رابطه بعدها مفصلاً بحث خواهد گردید .