توربین‌ گازی چیست؟ – ادبیات و مبانی نظری

توربین‌ گازی

توربین‌ گازی

توربین‌ گازی

2-1مقدمه

۲-۲ اصول عملکرد توربین‌ گازی

۲-۲-۲بررسی سیکل ترمودینامیکی

3-2 ‌‌‌مدل‌سازی توربین‌ گازی

مقدمه

۲-۳-۲بررسی معادلات ترمودینامیکی حاکم بر توربین‌ گازی

2-4 كنترل،مانيتورينك وحفاظت توربين گاز

2-4-1 مقدمه

۲-۴-۲ وظايف كنترلي

2-4-3 وظايف نظارتي

2-4-4 وظايف حفاظتي

2-5 خودكار و هوشمند سازي

منبع

توربین‌ گازی

مقدمه

توربین‌ها‌‌ وسایلی هستند؛ که با استفاده از انرژی جنبشی سیال، انرژی مکانیکی تولید‌‌‌می‌‌کنند،سیال پر انرژی مورد استفاده عموما آبی،بادی،بخاری و یا گازهای داغ حاصل از احتراق می‌‌باشند که متناسب‌با نوع سیال بکار‌گرفته‌شده، توربین‌ها‌‌ی آب،باد،بخار و یا گازی طراحی‌می‌‌شوند. بخار و گازهای حاصل از احتراق،دو سیال پر انرژی هستند. که به کمک آنها کار میکانیکی در توربین‌ها‌‌ی بخار و گاز حاصل‌می‌شود. تولید بخار در بویلرها و گازهای حاصل از احتراق در محفظه احتراق توربین‌گاز صورت‌می‌‌گیرد ‌ .

ساختار عمومی‌‌توربین‌گازیV94.2

توربین‌ گازی V94.2یکتوربو ماشین تک محوره بوده و یک پوسته منفرد دارد. و مناسب برای اتصال به ژنراتور یا سایر کاربردهای مکانیکی است (شکل2-1). کاربرد و استقرار این توربین‌گاز در سیکل‌ها‌‌ی ساده (گاز به اتمسفر)و یا سیکل‌ها‌‌ی ترکیبی(گاز به بازیابی بخار)به‌منظور افزایش تولید برق با یک توربین بخار و ژنراتور مربوطه انجام می‌گیرد.توربین و کمپروسور بر روی یک محور (روتور)مستقر شده‌اند و شامل یک پوسته واحد می‌‌باشد و کل مجموعه بر روی دو یاتاقان در بیرون از منطقه دارای فشار، قرار‌دارد.

پوسته مشترک بیرونی، بصورت استوانه‌ای ساخته‌شده‌است و مناسب برای نگهداری فشار داخلی می‌‌باشد. که در ابتدای کمپروسور به دیگر قسمت پوسته بیرونی متصل‌می‌‌گردد. در این قسمت پره ثابت کمپروسور در ردیف اول قرار داشته و در ابتدای یاتاقان تراست و ژورنال قرار‌دارد.پوسته مشترک خارجی، در قسمت خروجی توربین، در محل یاتاقان انتهایی قرار‌گرفته و ثابت‌می‌گردد.

توربین‌ گازی وسیله‌ای برای تولید انرژی است که با در نظر‌گرفتن اندازه و وزن آن، قابلیت تولید مقدار زیادی انرژی را داراست‌. تکنولوژی توربین‌گاز در سی سال گدشته پیشرفت زیادی کرده‌است تا جایی که بازده آن با افزایش پانزده درصدی، به حدود چهل و پنج درصد رسیده‌است.

جهت مشاهده و دانلود توربین بادی – تبدیل انرژی باد به انرژی الکتریکی کلیک کنید .

توربین‌ گازی

مجموعه وظایف کلی که می‌توان در یک توربین‌ گازی طبقه‌بندی نمود از سه بخش تشکیل می‌شود که عبارتنداز:

وظايف كنترلي

وظايف نظارتي

وظايف حفاظتي

وظايف كنترلي: وظايف كنترلي عبارتند از مجموعه اهداف و اعمال آنالوگ و ديجيتال بر روي فرآيند به‌نحوي كه متغيرهاي سيستم در سطح مطلوب باقي بمانند.

وظايف نظارتي: وظايف نظارتي اين امكان را به اپراتور مي‌دهد تا بطور دستي وظايف كنترلي و حفاظتي را دنبال كرده و بطور مداوم اعمال درحال اجرا، را بطور خودکار دنبال‌نمايد، علاوه‌بر‌اين اپراتور مي‌تواند. اطلاعات مرتبط با وضعيت فرآيند و تجهيزات را در اختيار داشته‌باشد.

وظايف حفاظتي: جلوگيري از شكل‌گيري وضعيت‌ها‌‌ي خطرناك براي تجهيزات و كل نيروگاه و نگهداري سيستم در موقعيت مناسب و ايمن از وظايف بخش حفاظتيGTCMPS94مي‌باشد.كليه وظايفكنترلي،حفاظتي ونظارتي سيستم‌ها و تجهيزات استفاده‌شده در مجموعه توربين ژنراتور V94.2حين ‌‌‌بهره‌برداري و در هر يك از مدهاي ‌‌‌بهره‌برداري بعهده سيستمGTCMPS94 مي‌باشد. تمامي تجهيزات سخت افزاري سيستم فوق در تابلوهاي اتاق كنترل واحد نصب گرديده‌اند.GTCMPS94 در بخش پردازش، مدارهاي‌واسط، ارتباطات و منابع تغذيه دارايقابلیت افزونگي است‌. که برای كنترل تمام اتوماتيك مجموعه توربين‌گاز و ژنراتور و انجام وظايف اصلي، که در ادامه‌ اشاره‌می‌شود؛طراحي‌شده‌است:

راه‌اندازي، بهره برداري وخاموشی خودكار

كنترل راه‌انداز

كنترلسوخت

اتصال واحد به شبكه یا سنکرونیزاسیون

نظارت و مانیتورینگ

حفاظت توربوژنراتور

كنترلراه‌انداز

هر مدار منطقي راه‌انداز شامل توابع اختصاصي براي عمل‌كننده‌ها‌‌ي خاص و توابع عادي براي عمل‌كننده‌ها‌‌ي معمولي مي‌باشند.واحد راه‌انداز مي‌تواند اعمال زير را انجام‌دهد:

صدور فرامين دستي و فرامين خودكار به همراه مجوزهای آنها از “OIU”، كه توسط برنامه‌ها‌‌ي اختصاصي با در نظرگرفتن اولويت‌ها‌‌توليد‌می‌شود.

مديريت مدارهاي واسط، با فرمان طبقه قدرت( MCC، PCو رله‌ها‌‌ي قدرت).

مديريت سيگنال‌دهي در شرايط نامناسب و شرايط بهره‌برداري.

مديريت تبادل داده با”OIU”

جهت مشاهده و دانلود انواع توربین ها کلیک کنید

كنترل كننده سوخت

برخی از وظایف كنترل كننده سوخت مشتمل بر قسمت‌ها‌‌ي زير مي‌باشد:

راه‌اندازي

حلقه كنترل سرعت

حلقه كنترل بار

حلقه كنترل دماي خروجي توربين

راه‌اندازی:

در طي راه‌اندازیبه‌منظور افزايش سرعت توربين ژنراتور از سرعتي كه جرقه زده‌مي‌شود تا دورناميوظيفه كنترل موقـعيت شير‌سوخت به عــهده قسـمت راه‌اندازي كنترل كننده سوخت مي‌باشد.به‌منظور محدود كردن تنش‌ها‌‌ي وارده به توربين، شتاب‌گيري واحد كه تحت تاثير كنترل كننده راه‌اندازیمي‌باشد،توسط يك فانكشن محدود كننده جابجايي شير‌سوخت نظارت مي‌گردد.زماني كه واحد به دور نامي 3000دور بر دقیقهمي‌رسد و در اثناي سنكرون شدن جهت تطبيق سرعت واحد با فركانس شبكه، كنترل واحد به عهده كنترل كننده سرعت مي‌باشد.

علاوه بر موارد ذكر‌شده حلقه كنترل سرعت، كنترل سرعت توربین‌ گازی را در شرايط ‌‌‌بهره‌برداري در حالت بارگیری  و قطع بار به عهده‌‌دارد.سرعت توربين توسطشش سنسور سرعت از نوع سنسورهای القایی در دور شفت میانی بین ژنراتور و ‌‌کمپروسور جهت ‌‌‌اندازه‌گیری سرعت بکار‌گرفته‌شده‌اندو خروجی سنسورها به شش ترانسمیتر سرعت وصل است. که سه ترانسمیتر سرعت به‌منظور کنترل سرعت و سه تای بعدی به‌منظور حفاظت توربین از افزایش دور و سرعت با منطق دو از سه (در صورت بروزاضافه دور در حداقل از دو سنسور)بکار‌گرفته‌شده‌است  .

دماي ورودی وخروجي توربين

برای محاسبه دمای صحیح، گاز خروجی توربین‌ گازی ، که عملا روشی برای ‌‌‌اندازه‌گیری مستقیم آن وجود‌ندارد و تنها با مدل‌سازی می‌‌توان دمای داخل توربین را محاسبه نمود و مقدار دمای صحیح گاز خروجی توربین، برای کنترل دما و حفاظت توربین حائز اهمیت می‌‌باشد.توسط ترموکوپل‌ها‌‌یی که قبلا به نوع و تعداد آنها اشاره‌شد انجام وظیفه می‌‌نمایند. دمای ورودی کمپروسور نیز توسط چهار سنسور دمایی از نوع Pt100‌‌‌اندازه‌گیری‌می‌شود. دمای هوای ورودی ‌‌کمپروسور در تعیین دبی جرمی‌‌کمپروسور استفاده‌می‌‌شود [7].

پدیده ضربان[1] کمپروسور

این پدیدهتوسطافزایشدرارتعاشاتشفتبههمراهناپایداريونوساندرفشارخروجی‌‌کمپروسور آشکار‌می‌شود‌[۵]. افت فشار بین کانال ورودی هوا و ورودی ‌‌کمپروسور توسط سه سوئیچ (با منطق 2 از 3)اختلاف فشار ‌‌‌اندازه‌گیری‌‌‌می‌‌شوند.هر‌گونه ناپایداری ناشی از تغییرات به سرعت آشکار می‌‌گردد.و وقتی که اختلاف فشار کمتر از حد کالیبره‌شده سوئیچ‌‌ها‌‌ باشد؛ با منطق 2 از 3 فرمان تریپ صادر‌می‌شود. این پروسه حفاظتیبا افزایش دور توربین از حدود 2520 دور بر دقیقه فعال‌می‌شود ‌[۲].

سرعت توربین بالا یا اضافه دور

سيستم حفاظتي سرعت بالا مدل “Woodward protech203” يك سيستم ديجيتالي حفاظت توربين در برابر اضافه دور بوده و حسگرهاي آنpick up‌ها‌‌ي القایی بوده كه ازpickup‌ها‌‌ي متصل به كنترل كننده سوخت[2]، متمايز‌مي‌باشد. همچنين حسگرها متصل به سيستم حفاظت[3]، مجزا مي‌باشد. با توجه به اينكه سيستم تريپ فوق كاملا از سيستم GTCMPS94مجزا مي‌باشد لذا داراي ضريب امنيت بالايي مي‌باشد.سيگنال تريپ توليد‌شده توسط سيستم حفاظتي سرعت بالا مستقيما و بدون هيچگونه واسطی با ساير سيگنال‌ها به مدار عمل كننده؛ شير توقف اضطراري، متصل مي‌گردد.سيگنال‌هاي تريپ فوق سبب قطع شدن تغذيه الكتريكي رله‌ها‌‌ي شير قطع اضطراري مي‌شود.مدار به نحوي طراحي‌شده‌است. كه يك خرابي سبب تريپ توربين نگردد. مدار فوق به‌منظور تشخيص سيگنال‌هاي خرابي تجهيزات مجزا توسط PCU02 بطور دوره اي تست مي‌شود.

[1]^–Surge

[2]^{– PCU01}

[3]^{– PCU02}

نمونه ای از منابع توربین‌ گازی

• [1] هوشمند‌ رحمت‌الله،تولید برق در نیروگاه‌ها‌‌، ویرایش دوم، اهواز،انتشارات دانشگاه شهید چمران،سال نشر1389.
• [2] منصور‌زاده هادی،نیروگاه جنوب اصفهان اولین نیروگاه خصوصی ایران با روشBOT،ویرایش اول، تهران،شرکت نیروگاه جنوب اصفهان، سال نشر 1386.
• [3] کراری مهدی،شناسایی سیستم‌ها، ویرایش دوم،تهران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر سال نشر1388.
• [4]تجلی سید‌محمد،محمدی‌احسان، منتظری‌ مرتضی،مدل‌سازی و شبیه سازی توربین‌گازی دو محوره با در نظرگیری اثرات خنک کاری پره‌ها‌‌ی توربین، دانشگاه علم و صنعت ایران.
• [5] رسائی‌نیاعباس، مشیريبهزاد، توسعهسیستمتشخیصخطادرتوربینهاي‌گازيساختداخلوضرورت‌ها،‌‌ دانشجويدکتريکنترلواحدعلوموتحقیقاتدانشگاهآزاد،مدیرگروهکنترلوابزاردقیقشرکتموننکوایران پردیسدانشکده‌هايفنیدانشگاهتهران،26 و 27 اردیبهشتماه 1388
• [6] اسفندياریحسين،تشخيص‌خطا در نيروگاه‌هاي‌گازيV94-2، پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی برق-کنترل، دانشکده فنی، دانشگاه آزاداسلامی گناباد،1390.
• [7] شرکت مهندسی سی توربین‌گاز مپنا، جزوه آموزشی‌توربین‌گازی.
• [8] Dash, Sourabh Maurya, Mano Ram, Venkatasubramanian,Venkat:“A Novel Interval-Halving Framework ForAutomated Identification of Process “West Lafayette, January 2004, PP14
• [9] Dash,Sourabh, Rengaswamy, Raghunathan: “Fuzzy-logic based Trend classification for fault diagnosis of chemical”, West Lafayette & Potsdam USA, 10 September 2002, PP16.
• [10] Mauryaa, Mano Ram, Rengaswamyb, Raghunathan, Venkatasubramaniana, Venkat: “Fault diagnosis using dynamic Trend analysis: A reviewand recent evelopments”, , West Lafayette& Clarkson University Potsdam, USA, 28 June 2006, PP14.

توربین‌ گازی

جهت مشاهده نمونه های دیگر از فصل دوم پایان نامه ارشد مهندسی برق کلیک کنید.

https://scholarcommons.sc.edu/elct_etd