آشنايي با محفظه احتراق توربين گاز (۱)

محفظه احتراق توربين گاز بين کمپرسور و توربين قرار دارد و مجموعاً به عنوان يک موتور جهت سوزاندن سوخت و افزايش دماي هواي ورودي شناخته مي­شود. احتراق تقريباً در يک فشار ثابت انجام مي­شود. تمام محفظه احتراق توربين­هاي گاز با يک تابع و پايه مشخص کار مي­کنند. آن­ها دماي گازهاي با فشار بالا را افزايش مي­دهند. محفظه احتراق توربين­هاي گازي درصد کمي (تقريبا۱۰%) از هواي ورودي را جهت احتراق استفاده مي­کند و بيشتر هواي ورودي جهت خنک­کاري و اختلاط مورد استفاده قرار مي­گيرد. محفظه­ هاي احتراق جديد جهت خنک­ کاري از گردش بخار استفاده مي­کنند.

سرعت هوايي که کمپرسور را ترک مي­کند حدود ۶۰۰-۴۰۰ فوت بر ثانيه (تقريبا ۱۸۳-۱۲۲ متر بر ثانيه) مي­شود در حالي که سرعت داخل محفظه احتراق بايد به زير ۵۰ فوت بر ثانيه (۱۵.۲ متر بر ثانيه) برسد. بنابراين هواي پر سرعت خروجي از کمپرسور را از ديفيوزر عبور مي­دهد تا سرعت آن کاهش يابد.

حتي با اين سرعت پايين هواي داخل محفظه احتراق ، بايد مراقب جدايش و حرکت جريان شعله به پايين دست بود. محفظه احتراق يک سيستم گرمايش با اشتعال مستقيم است که سوخت تقريبا در حالت استوکيومتري مي­سوزد (تقريبا با ۱/۳ يا کمتر از ۱/۳ هواي تامين شده توسط کمپرسور) سپس محصولات احتراق با هواي باقي­مانده مخلوط مي شود تا به يک دماي مناسب جهت استفاده توربين­ها برسد. شکل زیر روند پيشرفت محفظه احتراق (از ابتدايي­ترين تا نوع توسعه يافته آن) را نشان مي­دهد.


روند پيشرفت محفظه احتراق از ابتدايي تا توسعه ­يافته

(شماره a) ساده­ ترين شكل محفظه­ ي احتراق را نشان مي­دهد. اين سيستم يك محفظه­ ي مستقيم است كه كمپرسور را به توربين متصل مي­كند. متأسفانه اين طرح غير عملي است زيرا افت فشار در اثر احتراق متناسب با مجذور سرعت جريان هوا است و سرعت جريان هواي خروجي از كمپرسور در حدود ۱۵۰ متر برثانيه است. با چنين سرعتي افت فشار بسيار زيادي در محفظه ديده خواهد شد.

به همين منظور از يك ديفيوزر براي كاهش سرعت جريان ورودي استفاده مي شود (شمارهb) حتي با وجود ديفيوزر و كاهش سرعت جريان هوا، هنوز هم سرعت جريان در محفظه در حدي است كه از سرعت پيشروي شعله بيشتر است. براي آنكه شعله بتواند جريان هوا را احاطه كند از مكانيزم برگشت جريان (Flow reversal) استفاده مي­شود.

هدف از نصب بافل(Baffle)، (شمارهc)  ايجاد ناحيه هايی است كه بخشي از جريان پايين دست را كه گرم است به بالا دست هدايت كند و باعث اشتعال بهتر مخلوط تازه­ ي سوخت و هوا شود و به اين ترتيب شعله پايدار تشكيل مي­شود.

در طول دهه ­هاي اخير، محفظه­ هاي احتراق توربين گاز به تدريج و پيوسته از نظر تکنولوژي پيشرفت کرده اند. در طول نيم قرن گذشته، فشار محفظه احتراق از ۵ اتمسفر به ۵۰ اتمسفر، دماي هواي ورودي به محفظه از ۴۵۰ کلوين به ۹۰۰ کلوين و دماي خروجي از ان از ۱۱۰۰ کلوين به ۱۸۵۰ کلوين رسيده است. امروزه محفظه­ هاي احتراق راندماني بسيار نزديک به ۱۰۰% دارند و عمر آن ها از چند صد ساعت به ده ­ها هزار ساعت افزايش يافته است. از طرفي کاهش آلاينده­ هاي خروجي از موتور يه مسئله­ اي حياتي تبديل شده است، در حالي­ که در گذشته چندان اهميت نداشت. در شکلزیر  مولفه­ هاي يک محفظه احتراق توربين گاز نشان داده شده­ است.

شکل مولفه هاي يک محفظه احتراق توربين گاز

هم­چنين شکل زیر چگونگي جريان هوا و سوخت را به طور تقريبي بيان مي کند.

چگونگي جريان هوا و سوخت

 

6 دیدگاه درباره “آشنايي با محفظه احتراق توربين گاز (۱)

پاسخ دهید

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