کمپرسور محوری (توربین گاز قسمت ۴)

در قسمت قبل با فن اشنا شدیم. گفتیم که در واقع فن کمپرسوری تک مرحله ای است که بزرگ شده و وظیفه ان افزایش ممنتوم جرم مشخصی از هوا است و افزایش فشار در ان اهمییت چندانی ندارد. ولی کمپرسور داستان متفاوتی دارد. در کمپرسور هدف افزایش فشار سیال است. میدانید که کمپرسور انرژی خود را از توربین میگیرد. در واقع حدود ۵۵تا ۶۵ درصد انرژی توربین جذب کمپرسور میشود. حالا اگر بپرسیم اصلا چه نیازی به فشرده کردن هوا داریم؟چه نیازی است که انرژی جت خروجی را توسط توربین بگیریم و با ان هوای ورودی را فشرده کنیم تا وارد محفظه احتراق شود و بعد دوباره توربین را به حرکت دراورد؟ این ها سوالاتی خواهند بود که در بخش کمپرسور به آنها پاسخ خواهیم داد.

توربین گازها به دو دسته کلی تقسیم می شوند، ۱) توربین گاز صنعتی ۲) توربین گاز هوایی، توربین گاز صنعتی در صنایع نفت و گاز و برق کاربرد دارد و توربین گاز هوایی در موتورهای هواپیما و موشک. اما این دو نوع با هم تفاوتهایی دارند. با توجه به موضوع این نوشته باید گفت که در یک توربین گاز صنعتی کمپرسور بخش دوم آن محسوب می شود و برای یک توربین گاز هوایی بخش سوم. به طور کلی کمپرسور ها به دو دسته اصلی محوری (axial)  و شعاعی (centerifugal) تقسیم می شوند که  ما در اینجا قصد داریم به طور تخصصی به مبحث کمپرسور محوری در یک موتور توربین گاز هوایی از نوع توربوفن بپردازیم، اگرچه خیلی از ویژگی های آن همانند توربین گاز صنعتی خواهد بود.

 فلسفه وجودی کمپرسور

برای فهمیدن دلیل وجود کمپرسور باید نگاه کلی به عملکرد موتور توربوفن کرد. توربوفن به وسیله فرایند احتراق سوخت، انرژی سیال را افزایش داده و جریان سیال با مومنتوم یافتن از نازل موتور خارج شده و از این مسیر نیروی جلوبرنده برای هواپیما تامین می شود. نکته در همین احتراق سیال است. برای اینکه احتراق به بهترین نحو صورت بگیرد، باید فشار در واکنش احتراق در حد بالایی باشد. این حد بالا گاهی تا ۴۰ برابر فشار اتمسفر می رسد (که فشار بسیار بالایی است).

به صورت کلی کمپرسور با فشرده کردن هوا باعث می شود که :

۱.عمل سوختن بهتر صورت بگیرد.

۲.بتوان مقدار بیشتری سوخت را در واحد زمان با هوای فشرده ترکیب کرد تا توان بیشتری تولید شود.

۳.عملکرد توربین بهتر شود

خب حالا که فهمیدیم که در توربوفن نیاز داریم که هوا را فشرده کنیم. باید دید که چه طور باید این کار ار انجام داد.

نحوه کار کمپرسور محوری

کمپرسورهای محوری شامل چند یا چندین طبقه (Stage) هستند. هر طبقه شامل دو ردیف پره است. پره های چرخان (Rotor) و پره های ثابت (Stator) جریان سیال با عبور از هر مرحله، افزایش فشار می یابد. دلیل این افزایش فشار نیز شکل دیفیوزری پره ها می باشد یعنی پره ها به شکل واگرا قرار گرفته اند و گذرگاه جریان بین دو پره متوالی افزایش می یابد (برعکس پره های توربین). در تصویر زیر ردیف های استاتور و روتور را می بینید:

 

پره های روتور روی دیسکهای دواری که به شفت مرکزی متصل هستند، می چرخند و پره های استاتور به دیواره کمپرسور (Casing) متصل و ثابت هستند. همانطور که در تصویر زیر می بینید روتورها و استاتورها جداگانه نشان داده شده است:

در كمپرسورهاي جريان محوري، هوا موازي با محور چرخنده كمپرسور، وارد آن شده و هم جهت با آن، ادامه مسير داده و از آن خارج مي شود. كمپرسورهاي محوري ضمن داشتن ضريب تراكم بالا مي توانند حجم بسيار زياد هوا را فشرده كرده و از اين نظر، جهت تهيه هوا در توربين هاي گاز بزرگ، بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرند.

در هر طبقه کمپرسور همیشه اول روتور قرار دارد و پس از آن استاتور و  هواي ورودي ابتدا با پره هاي روتور برخورد می کند. پره هاي روتور ضمن به جلو راندن هوا، باعث افزايش سرعت و فشار نسبی آن نيز مي گردند  هواي خروجي از پره هاي روتور وارد پره هاي ثابت یعنی استاتورها مي گردد. پره هاي ثابت داراي شكل واگرا (دیفیوزر) بوده و علاوه بر تصحيح مسير حركت هوا در جهت محور كمپرسور، سرعت سیال را به فشار تبدیل می کند. تعداد اين مراحل با توجه به مقدار هوا و فشار نهايي مورد نياز توربين، تعيين مي شود، عموماً بيشتر كمپرسورهاي امروزي، داراي ۸ تا ۱۶ مرحله مي باشند.

 

3 دیدگاه درباره “کمپرسور محوری (توربین گاز قسمت ۴)

پاسخ دهید

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