موتور و توربین بخار چیست؟

مشکلات خاص کاربرد موتورهای و توربین بخار تقریبا استفاده از آنها را متوقف کرده است. ورود روغن روان کار به داخل دیگ بخار بویلر صنعتی بخار با استفاده از آب بندهای مناسب در این موتورها قطع شده اما نیاز به اپراتورهای نگهداری و تعمیر ماهر، هزینه اولیه و هزینه نگهداری بالا همچنان پابرجاست. تبدیل مستقیم بخار به توان بسیار بهینه است اما اکثر مالکان به آنها اهمیت نمیدهند. توربین های بخار هم تقریبا کنار گذاشته شده اند

چون تولید برق بسیار پایدار شده و تقاضا برای توربین بخار به جز در نیروگاه های متوسط به بزرگ چندان طرفدار ندارد. هیچ بخشی در داشتن توربین برای تثبیت کارکرد مداوم در صورت قطع برق وجود ندارد پس به دو محرک نیاز ندارید.  واحدهای بویلر زیادی است که فن و دمنده دیگ بخار و پمپ دیگ بخار  آنها دو محرک دارد. موتور در یک طرف و توربین در طرف دیگر آن. توربین های اضطراری که بخار خروجی را به دیراتور میدهند تقریبا تنها کاربرد موجود هستند.

راه اندازی توربین بخار به چه صورت است؟

توربین های بخار انرژی حرارتی بخار را به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند. عبور بخار از نازل ها از فشار بالاتر به فشار پایین به شکلی که فشار استاتیک بخار را به فشار دینامیک تبدیل کند چندان سخت نیست. وقتی بخار با سرعت زیاد حرکت می کند انرژی مکانیکی در بخار نهفته است و توربین بخار باید آن را استخراج کند؛ این کار به دو صورت ضربه ای با عکس العملی انجام می گیرد.

توربین ضربه ای مثل فرفره عمل می کند وقتی در آن می دمید هوا به سطح آن برخورد کرده و با دادن فشار دینامیکی به پره های آن، باعث چرخیدن محور می شود. عملکرد توربین بخار عکس العملی شبیه به شیلنگی را دارد که آب را باز کرده و سر آن را به زمین انداخته اید. شیلنگ جست و خیز کرده و آن را به همه جا می پاشد. شیلنگ به پاشش آب از نازل عکس العمل نشان میدهد. تمام توربین ها حداقل یک طبقه ضربه ای دارند چون بخار در ابتدا وارد تعدادی نازل ساکن واقع در پوسته توربین میشود.

طبقات مختلف درست مثل پمپ ها با افت فشار در طبقات راندمان بهتر می شود، تعداد طبقات توربین های نیروگاهی، بیست یا بیشتر در انواع فشار قوی و ده یا بیشتر در انواع فشار ضعیف است. با افت فشار، بخار در طبقات، به تدریج منبسط می شود. و حجم بخار به شدت افزایش می یابد. به همین دلیل سازنده مجبور است طبقات بعدی توربین را خیلی بزرگتر در نظر بگیرد.

اجزای توربین بخار

توربین بخار حداقل دو زیرکش دارند. زیرکش بخار فشار قوی معمولا برای گرم کردن آب تغذیه بین دیراتور و اکونومایزر یا بویلر صنعتی  استفاده میشود. بخار این زیرکش حتی می تواند توربين اضطراری را بچرخاند. بخار فشار متوسط را می توان در دیراتور یا جاهای دیگر استفاده نمود. زیرکش بخار فشار ضعیف را میتوان در واحد برای گرمایش ساختمان و بازگرمایش کندانسیت پس از خروج از کندانسور استفاده نمود. توربین ها و موتورهای بخار، انرژی بخار را بدون کندانسه کردن آن استخراج می کنند.

این خیلی مهم است چون قطرات آب می توانند به شدت به آن آسیب بزنند. توربینی که با بخار اشباع کار میکند فقط گرمای سوپرهیت را جذب می کند. محتوای انرژی بخار پس از گذر از طبقه اول برابر مقدار آن در ورودی توربین است. تا زمانی که توربین انرژی زیادی از بخار نگیرد همچنان سوپرهیت باقی می ماند. عمل سوپرهیت در بویلر صنعتی بخار برای تولید توان بیشتر صورت می گیرد. این کار موجب ارتقای راندمان دیگ بخار نیز خواهد شد. جهت اطلاع بیشتر در مورد توربین بخار steam-turbines کلیک کنید.

عملکرد توربین بخار در بویلر صنعتی

در نیروگاه ها بخار پس از خروج از توربین فشار قوی قبل از ورود به توربین فشار متوسط مجددا در بویلر صنعتی گرم میشود (ری هیت). علت این کار جلوگیری از کندانسه شدن بخار در توربین است. این کار در بویلر صنعتی توسط لوله های ری هیتر انجام می گیرد و مستلزم ملاحظات خاص در هنگام راه اندازی دیگ بخار  است. آرایش توربین بخار که احتمالا با توسعه تولید توزیعی رایج تر خواهد شد توربین فشار قوی است و برق تولید می کند. تمام بخار تولیدی واحد از آن عبور کرده و در واحد مصرف می شود. فشار بخار برای این مرحله معمولا 600 – 900psig و سوپرهیت شده است. پس از خروج از توربین، فشار و دمای آن به اندازه ای رسیده است که در واحد پاسخگوی نیاز شما خواهد بود.

جهت اطلاع از سوپرهیتر در بویلر صنعتی و چگونگی سوپرهیت کردن دیگ بخار  کلیک کنید.

اجزا و عملکرد توربین های چگالشی

تمام توربین نیروگاهی توربین های چگالشی هستند یعنی حداقل مقداری بخار به کندانسور منتقل می شود. آب حاصل از آن با گذر از مبدل های حرارتی به مخزن تغذیه می رود. برای این که بتوان بخار را کندانس کرد باید تمام محتوای گرمای نهفته آن دفع شود، که این کار توسط برج خنک کن یا آب رودخانه و دریا انجام می گیرد. البته کندانسورهای هوا – خنک هم وجود دارند. به منظور تولید توان حداکثر، کندانسور باید تحت خلاء کار کند از این رو گازهای چگال ناپذیر وهوا از داخل آن دفع می گردد.

معمولا این کار توسط اژكتور جت بخار انجام می گیرد ولی پمپ های خلاء محرک موتوری هم برای این کار استفاده میشوند. اژکتور جت بخار معمولا دو یا چند مرحله ای است که تا جای ممکن خلاء ایجاد می کند. بخار استفاده شده در اژكتور بعد از کار کندانسه می شود. خلاء قابل ایجاد به دمای آب خنک کن بستگی دارد ولی معمولا 27in جیوه است. در این فشار، بخار در 92°F کندانسه می شود.

هر توربین چگالشی مستلزم پیش بینی های خاصی برای آب بندی شفت طبقات خلاء است تا هوا به داخل توربین بخار مکیده نشود. این کار معمولا توسط رگولاتور خاصی که بخار را از زیرکش فشار قوی برای حفظ فشار روی آب بندها تامین می کند انجام میشود. رگولاتور بخار اضافی راه از سیل های فشارقوی به کندانسور انتقال می دهد. حفظ خلاء با تامین آب خنک یا هوای کافی و تخلیه کردن گازها، برای تولید توان مطلوب الزامی است.

واحد بویلری هم که به تولید مشترک تبدیل شده ممکن است توربین چگالشی داشته باشد؛ هرچند که بخار خروجی آن در واحد مصرف شود. طرح های متنوعی مثل زیرکش کردن بخار و جدا کردن طبقات با لوله و شیرهای کنترل برای حفظ فشار تغذیه بخار به واحد استفاده می شود.

نکات مهم در مورد توربین بخار

از نکات بسیار مهمی که باید در مورد توربین بخار بدانید روان کاری و حداکثر بودن گشتاور در حالت ساکن است که با افزایش سرعت کاهش می یابد. روغن در توربین های بخار نیروگاهی، تحت فشار وارد یاتاقان ها میشود. روغن یا مستقیما از مخزن که در ارتفاع مناسبی قرار دارد وارد یاتاقان شده و یا توسط پمپ منتقل می شود. شاید در نیروگاه سرریز روغن و سرازیر شدن آن را روی لوله ها دیده باشید که این همان سرریز هد مخزن است. اگر چنین چیزی نمی بینید یعنی فشار روانکاری وجود ندارد و فرصت ناچیزی برای خاموش کردن دارید.

از ناحیه گشتاور هم نباید توربین دچار آسیب شود. باز گذاشتن شیر بخار بویلر صنعتی در ورودی توربین گشتاور شدیدی به طبقه اول و صفحه نگه دارنده پره ها وارد می کند یا ممکن است محور خم شود. شتاب گرفتن سریع توربین از حالت سکون هم بسیار مشکل ساز خواهد شد. فقط کافی است شیر بخار توربین را کمی بشکنید، توربین با مقدار خیلی کمی بخار حرکت خواهد کرد. توربین های آبی شامل دسته ای از چرخ دنده های سنگین، یک ملخ 50 تنی و محورهای بلند نگهدارنده آن است ولی با کمترین تحریک شروع به چرخیدن می کرد.

وقتی توربین تحت بار کار می کند همچنان نیروی زیادی به پره های آن وارد می شود. اگر ژنراتور تریپ کند، توربین در معرض افزایش بیش از حد س رعت قرار خواهد گرفت چون چیزی برای متوقف کردن آن وجود ندارد. به همین خاطر همه آنها دارای تریپ سرعت بالا و حتا ترمزهای هیدرولیکی اند. هرگز آن را غیرفعال نکنید چون در صورت بروز مشکل پره های آن را روی هوا خواهید دید.