توربین گازی Gas Turbine
توربین گازی Gas Turbine یک موتور احتراق داخلی چرخشی از خانواده توربو ماشین‌ها می‌باشد.اساسا این دستگاه با احتراق هوای فشرده با سوخت و عبور گازهای منبسط حاصل شده از یک سری دیسک۔های چرخنده توربین موجب بروز قدرت چرخشی یک شافت و ایجاد نیروی عکس العمل رانشی و یا ترکیبی از هر دو می‌شود.در یک توربین گازی، گازهای محترق شده فشرده داغ با حرکت در بین پرههای توربین منبسط شده که نتیجه آن تولید قدرت محوری خروجی و نیروی رانش یا ترکیبی از هر دو خواهد بود.
ازگاز به عنوان انرژی درتوربین گازی GASTARBIN استفاده می شود و انرژی که ازگازحاصل می شود خیلی ارزان تر از انرژی حاصل از بخار آب در توربین های بخاری می باشد.همچنین از گازوییل می توان دریک توربین گازی استفاده نمود وقتی دسترسی به گاز وجود نداشته باشد. ازمهمترین مزیت ها و امتیازات توربین های گازی می توان این دوعاملی که ذکرشد بیان کرد.
بدلیل نیروی حاصل از انبساط گاز که باعث به چرخش در آمدن این توربین ها می شود، اصطلاحا به آنها Turbo Expander می‌گویندبرای استفاده از انرژی گاز و گازوئیل های موجود ، باید آنها را در مجاورت هوا سوزانده شود. به همین خاطر توربین گازی می‌بایست دارای اتاق احتراق (Combustion Chamber) و فشارنده هوا (Compressor) باشد.یک توربین گازی بطور کلی از سه قسمت اصلی توربین ،اتاق احتراق وکمپرسور تشکیل شده است.
همچنین تجهیزات ورودی هوا اولین قسمت و اگزوز نیز آخرین قسمت یک توربین گازی را شامل می شوند.روش کار یک توربین گازی gastarbinبدین صورت است که در مرحله اول مقدار زیادی از هوا بعد از تصفیه توسط فیلترها با فشار اتمسفر ودمای محیط از طریق دهانه ورودی engine air inletمکیده می شود به داخل کمپرسور می رود.وقتی کمپرسور می چرخد هوای درون آن با افزایش فشار وکاهش حجم مواجه می شود. در نهایت هوا با فشار و دمای بالا از کمپرسور خارج می‌شود.در مرحله دوم از طریق کانال جریان هوا ،هوای فشرده شده وارد اتاق احتراق می شود.
در این بخش با فشار ثابت با تزریق سوخت عمل احتراق صورت گرفته وشعله تشکیل می شود. در عمل احتراق، گازها دچار انبساط حجمی شده و در نهایت گازهای منبسط شده فشرده داغ با فشار و دمای بالا اطاق احتراق را ترک می‌کنند.در مرحله سوم سیال عامل وارد بخش توربین می‌گردد و پرده های توربین با غلبه برنیروی مقاوم و انجام کار به حرکت در می آورد و موجب ایجاد قدرت چرخشی شافت و ایجاد نیروی عکس العمل رانشی و یا ترکیبی از هر دو می‌شودسیال درحین عبور از پره ها با کاهش فشاور در قسمت توربین مواجه می شودو تا به رسیدن فشار محیط منبسط می گردد.
درنهایت با شرایط فشار اتمسفر و دما ی بالا سیال از توربین خارج شده و توسط اگزوز وارد محیط آزاد می شود .کمپرسور مورد استفاده در توربین گازی بیشتر از نوع گریز از مرکز و یا جریان محوری می‌باشد که از چند ردیف پرههای ثابت و پرههای گردان تشکیل شده است.پره ها طوری قرار گرفته اند که جهت فشرده نمودن هوا از یک مرحله به مرحله بعد که از ورودی تا خروجی کوچیکتر می شوند.در قسمت توربین، برای غلبه بر نیروی اصطکاک وچرخاندن توربین وسایر تجهیزاتی که بر محور توربین سوارند باید نیرویشان تامین شود.
برای انجام این کارها نیاز به انرژی زیاد ی می باشد حجم هوائی که وارد اتاق احتراق می گردد ،هوای بیشتری نسبت به سوزاندن گاز و یا گازوئیل می باشد.هوای مازادی که وارد می شود زمانی که احتراق بوجود می آید گرم شده وافزایش حجم می یابد وفشارش بالا می رود .لذا برای اینکه شعله موجود در اتاق احتراق خاموش نشود ساختمان اتاق احتراق به نحوی ساخته شده است که هوای خارج شده شعله را خاموش نکند.برعکس کمپرسور درتوربین وضع قرارگرفتن پره های ثابت و گردند و به ترتیب از ورودی
تا خروجی بزرگتر می شوندبه جهت افت فشار و افزایش سرعت طول پرهای توربین افزایش پیدا می کنن و به این معناست که انرژی فشار به انرژ ی جنبشی تبدیل می شود.قسمت کمپرسور و قسمت توربین می‌توانند از تعداد متوالی طبقه (Stage)، (هر طبقه دیسکی است که پره‌ها بر روی آن نصب می‌شود)، تشکیل شده باشند.در شکل زیر یک توربین گازی با کمپرسور سه طبقه و توربین دو طبقه نشان داده شده است.
در موارد زیر می توان به کاربرد های توربین گاز GASTURBINEاشاره نمود:
استفاده در نیروگاه سیکل ترکیبی
Gas Turbineدر صنایع هوایی (هواپیماهای مسافربری، باربری، نظامی، و جنگنده‌های فوق صوت)
استفاده در قطار.
در کشتی‌ها
در مناطق کم آب و خشک
Gas Turbine جهت پمپاژ نفت و گاز طبیعی در خطوط انتقال از طریق راندن کمپرسورهای گریز از مرکز
توربین گاز جهت کاربردهای فرآیندی به منظور تولید گاز فشرده برای فرآیندهای فیزیکی – شیمیایی
جهت تولید برق برای پالایشگاه‌ها، کارخانجات، بیمارستان‌ها و غیره
از مزایای استفاده از توربین گازی می توانیم از موارد زیر نام بردشود:
راحتی در نقل و انتقال ،بخاطر جمع وجور بودن
پایین بودن هزینه نصب،درکوتاه ترین زمان نصب می شود ،نصب ساده
راه اندازی سریع،بهربرداری آسان
بازدهی سریع در عرض چند دقیقه بعد از استارت کردن
سادگی ساختمان و کم بودن قسمت‌های کمکی
امکان تعویض سوخت
کارایی بسیار بالای دستگاه احتراق که سیب کمترین میزان انتشار مونوکسیدکربن ،بهترین کیفیت خروجی گاز از اگزوز، اکسیدهیدروژن و هیدروکربن‌های نسوخته در مقایسه با موتور‌های دیگر می‌شود
ازمعایب توربین گازی GASTURBRBINEمی توان از موارد زیر نام برد:
درمقابل نمک و کالورین وسولفور موجود در هوا ویا سوخت متریال توربین خیلی حساس می باشدمواد فوق الذکر حتی در غلظت‌های کم بعلت بالا بودن درجه حرارت باعث خوردگی پره می‌شوندپایین بودن کارایی سیکل توربین به دلیل آنکه مقدار زیادی از کار تولید شده (حدوداً ۳/۲) صرف به حرکت در آوردن کمپرسور می‌شود
قیمت بسیار بالا دردورآرام راندمان کمتری دارد
درمقابل تغییرات درمصرف برق پاسخ کمتری می دهد.
طبقه بندی توربین‌های گازی
از نظر جایگاه بکارگیری توربین های گازی در دودسته کلی زیر طراحی و ساخته می شوند:
صنعتی (Industrial Gas Turbine)
هوایی (Aircraft Gas Turbine)
طول عمر توربین‌های گازی صنعتی که بطور گسترده در نیروگاه‌های گازی بکار گرفته می‌شوند بدون تعمیرات اساسی حدود ۱۲۰۰۰ ساعت می‌باشد،در صورتی که برای نوع هوایی حدود ۱۲۰۰- ۶۰۰ ساعت است. در توربین گازی هوایی،کم بودن اندازه و وزن در مقایسه با نوع صنعتی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.همچنین لازم به ذکر است که از انرژی جنبشی گاز خروجی از اگزوز در نوع هوایی استفاده مفید می‌شود، در حالی که این انرژی در نوع صنعتی به هدر می‌رود.
