مقاله توربین ها رشته مکانیک

توربین‌ها  از لحاظ مکانیک ؛شکل و عملکرد انواع مختلفی داشته و در گستره وسیعی با یکدیگر تفاوت دارند. یکی از انواع زیاد، نوع توربین ضربه‌ای است (مانند توربین پلتون). در این نوع توربین جریان پائین و مقدار زیاد است. توربین های واکنشی براساس افت فشار بین اجزاء ثابت و اجزاء دوار عمل می‌کنند. بقیه انواع توربین‌ها را شامل می‌شوند. این توربینها شامل دو نوع هستند. یکی توربین های جریان شعاعی (مانند توربین فرانسیس) که در آنها مقدار جریان و اختلاف ارتفاع پائین بوده و دیگری توربین‌های با جریان محوری یا پره‌ای (مانند توربین کاپلان ) که در آنها مقدار اختلاف ارتفاع پائین مقدار جریان زیاد (مانند رودخانه) می‌باشد.

خلاءزائی:

خلاءزائی یکی از پدیده های فیزیکی پیچیده بوده که در اثر عبور جریان آب در توربین بوجود می‌آید. این پدیده وقتی دیده می‌شود که فشار موضعی سیال به پائین تر از فشار بخار آب در همان درجه حرارت برسد. در این حالت آب به جوش می‌آید. وقتی که بخار حاصل از جوش به نقاط دیگر مسیر سیال عبور می‌کند، فشار بالا رفته و یک فروپاشی شدید در این مسیر بوجود می‌آید. در این حالت یک سایش زیاد اتفاق افتاده و فلزات مربوط به اجزاء پمپ و پره‌ها از بین می‌روند. بنابراین موادی که می‌توانند در برابر اثرات خلاءزائی مقاوم باشند از جنس فولاد ضد زنگ بکار برده می‌شوند. خلاءزائی اغلب سروصدای زیاد و ارتعاش شدید در سیستم ایجاد کرده، خروجی و راندمان را نیز کاهش می‌دهد. برای جلوگیری از سایش شدید، تعیین محدوده عملکرد توربین الزامی است. همچنین اهمیت دارد که مراقب باشیم که فشار آب همیشه به مقدار کافی بالاتر از فشار اشباع باشد.

طراحی ژنراتور حاشیه‌ای:

در این نوع سیستم، توربین و روتور ژنراتور در یک واحد قرار دارند. پره های چرخشی در پیرامون مرکز توربین قرا داشته و به قطب‌های ژنراتور الکتریکی متصل شده و با چرخش توربین این قطب‌ها در اطراف استاتور ژنراتور می‌چرخند. یاتاقانها در حبابهایی در هر قسمت از چرخاننده قرار گرفته‌اند.طراحی این سیستم بوسیله Escher wyss انجام شده و Strafto نامیده می‌شود. راندمان این توربین در مقایسه با انواع دیگر توربین‌های لوله‌ای حائز اهمیت است.خصوصیات این نوع توربین عبارت است از:قابلیت دسترسی به ژنراتور بسیار بوده و بعلت قطر زیاد، اینرسی بالایی داشته و سیستم پایدار است. در طراحی  این توربین، بالانس و کنترل اجزای مکانیکی ، به علت قطر بزرگ آنها مسئله بسیار مهمی است.آب بندی رینگ‌هایی که در قسمت چرخشی پوسته توربین قرار دارند، در شرایطی که در حالت ایستایی آب از آن می‌گذرد، در وارد نشدن آب به ژنراتور الکتریکی بسیار اهمیت دارد. طراحی آب بندها برای اجزایی که در حرکت اتفاقی مانند شرایط هیدرولیکی و ارتعاش قرار می‌گیرند وظیفه‌ای اساسی است. در سیستم‌هایی که از پره‌های ثابت استفاده می‌شود، قیمت در مقایسه با سیستم های دیگر بطور چشمگیری افزایش می‌یابد. راندمان توربین‌هایی که از پره‌های ثابت استفاده می‌کنند ماکزیمم بوده و ممکن است که خروجی کلی از چندین واحد کوچک تأمین شده و با طراحی پره‌های متغیر راندمان ثابتی بدست آید. استفاده از این روشها برای کاستن از هزینه‌های نالی بوده و بدین ترتیب توربین مورد نظر قاب رقابت با انواع دیگر توربین‌ ها خواهد بود.

توربین
توربین

سرعت رانش:

در طراحی اقتصادی توربین و ژنراتور، سرعت رانش تا حد ممکن باید بعنوان فاکتور مهمی برای انتخاب مدنظر قرار گیرد. در یک حادثه قطع بارالکتریکی، شتاب سیستم چرخش توربین – ژنراتور به شدت بالا بوده  و در این حالت، ماکزیمم پایداری ، سرعت فرار نامیده می‌شود. هنگامیکه ضربه موج Water hamner اتفاق می‌افتد، در بیشتر مواقع مانعی برابر آب ورودی ایجاد شده و در زمان کافی برای رسیدن موتور به سرعت فرار مانع می‌شود. بنابراین، این سرعت برای ژنراتور، که از اجزائی با بیشترین آسیب است قابل قبول می‌باشد.نسبت سرعت فرار به سرعت معمولی در انواع توربین ها متفاوت بودهتوربین های کاپلان ۲ تا ۲/۲ (پره های هدایت‌کننده به پره های دوار متصل شده باشد) و ۴/۲ تا ۳ (پره‌های هدایت کننده به پره‌های دوار بستگی ندارد بنابراین سرعت رانش معمولی توربین را می‌توان تعیین کرد. اغلب سرعت فرار نهایی توربین توسط آزمایشات مدل تعیین می‌شودو در زیر چند نمونه ارائه می‌شود:

  • توربین های پمپ برگشت پذیر از ۳۵/۱ تا ۴۵/۱
  • توربین‌های فرانسیس ۷/۱ تا ۲

توربین لوله‌ای :

دو عیب اساسی توربین‌های حبابی عبارتند از:به علت اینکه فضای آن محدود بوده و قابلیت دسترسی در حباب مشکل است، نگهداری ژنراتور با موانعی همراه است.به علت اینکه اینرسی اجزای چرخشی توربین پائین است.(قطر کوچک ژنراتور و پره‌های چرخشی در سرعت‌های مخصوص بالا مشکل ایجاد می‌کند) در حالتی که سیستم به شبکه متصل باشد، هماهنگی سرعت و تغییرات فرکانس مشکل است.به دلایل یاد شده توربین لوله‌ای اختلاف اساسی  با توربین حبابی داشته و از نظر انتقال خروجی به ژنراتور، مسیر آب و حرکت آن بوسیله شافت بزرگ فرق دارند. چرخ دنده‌های مناسب، برای تولید سرعت لازم برای ژنراتور و اندازه مناسب توربین مورد استفاده قرار گرفته‌اند. دسترسی به ژنراتور و جعبه دنده در این سیستم راحت‌تر از توربین حبابی است. این توربین در اشکال مختلفی ساخته شده و یکی از حالت‌ها در شکل ۸-۴ نشان داده شده است. در نوع توربین شافت‌های بلند قابل استفاده بوده و با این وجود، قرارگیری اجزاء چرخشی مانند یاتاقانها مشکل است.

توربین کاپلان:

خصوصیت اساسی توربین کاپلان ، جریان آب بطرف چرخاننده‌ها در جهت محور می‌باشد. ورودی محفظه مارپیچی و پره‌های هدایت کننده و عملکرد آنها در این نوع توربین کاملاً شبیه توربین فرانسیس است. آب بعد از ترک پره های هدایت کننده قبل از برخورد با چرخاننده در جهت محور می‌چرخد.پره‌های چرخشی در این نوع توربین شبیه پره‌های کشتی بوده (برای نمونه چهار تا شش عدد) و با تنظیم آنها بهینه‌ترین زاویه برای برخورد پره‌ها با جریان آب انتخاب می‌شود. با داشتن چنین توانایی، در دامنه‌های بالای سرعت و توان خروجی بیشتر، عملکرد توربین فرانسیس بیشتر است. ماکزیمم راندمان آن حدود ۹۴ درصد در انواع بزرگ است.مناسب ترین راه برای تنظیم پره‌ها استفاده از اهرمهای بین مراکز می‌باشد. حرکت بازوهائی که به هریک از این محورها متصل است باعث چرخش پره‌ها می‌شود. سروموتور که بازوها را به داخل سوراخها یا بطرف بیرون از ماشین حرکت می‌دهد. بوسیله یک سیستم هیدرولیکی به بازوها متصل بوده(شکل ۴-۶) و با حرکت میله‌ای در داخل سوراخ شافت کنترل می‌شود. بهترین ارتباط میان پره‌های چرخشی و پره‌های هدایت‌کننده بوسیله سیستم کامل کنترل می‌شود.اغلب اوقات این توربین در حالتی که شافت آ عمودی است نصب می‌شود.

این ساختار دارای مزیت‌های زیر است:

  1. طرح سیستم یاتاقانها و روغنکاری ماشین ساده است.
  2. ژنراتور الکتریکی نصب شده قابل دسترسی بوده و به راحتی قابل تعمیر می‌باشد.
  3. فنداسیون توربین و اجزاء محکم مربوط به آن مثل حلقه ورودی، در جرم سنگینی از سیمان قرار داده می‌شوند.
  4. اجزاء می‌توانند بر روی پوشش فوقانی توربین نصب شده و برای تعمیر به راحتی در دسترس قرار گیرند.

در قسمتهای پایینی پره‌های چرخشی، قسمت خروجی توربین در زیر آب در صورت بروز خلاء به راحتی آنرا رفع نموده و در مقایسه با سیستم‌هایی که بطور کامل در زیر آب قرار دارند این کار مخارج پایین‌تری خواهد داشت.

مباحثی دیگر از مقاله توربین ها رشته مکانیک:

  • انواع توربین ها
  • توربین پلتون
  • توربین فرانسیس
  • پره‌های هدایت‌کننده ثابت، پره‌های چرخشی متغیر
  • پره‌های هدایت کننده متغیر، پره‌های چرخشی ثابت
  • پره‌های هدایت‌کننده و پره‌های چرخشی متغیر
  • توربین حبابی
مطلب بالا چکیده‌ای از تحقیق و پژوهش اصلی میباشد جهت تهیه نسخه کامل آن از باکس زیر اقدام به خرید و دانلود نمایید
لینک خرید پژوهش مقاله توربین ها رشته مکانیک:
تحویل فوری و خودکار فایل با لینک مستقیم بعد از پرداخت
تعداد صفحه: 24
قالب: فایل word

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *