توربین دستگاهی است که از گازهای خروجی انرژی استخراج کرده و آن را به کار مکانیکی تبدیل می کند و قدرت حاصله را صرف گرداندن( موتور، کمپرسور، ملخ، فن) و سایر بخش ها می کند در این مبحث به اختصار در مورد شرایط کاری توربین موتور جت، متریال، و نحوه خنک کاری توربین شرخ داده خواهد شد.
توربین موتور جت در شرایط کاری ویژهایی فعالیت داردکه در این شرایط باید بتواند از Performance خوبی برخوردار باشدعواملی که باعث می شود توربین کارایی مطلوب را نداشته باشد.
مجموع این 3 عامل می تواند باعث صدمه زدن به turbine blade و حتی موتور بشود از این رو باید turbine blade و مجموعه توربین طوری طراحی شود که در برابر این شرایط مقاومت مطلوب را داشته باشد.
با توجه به توصیف شرایط کاری توربین لازم است از متریال هایی استفاده شود که در برابر درجه حرارت زیاد استرس های حاصل از نیروهای گریز از مرکز و لرزش مقاومت لازم را داشته باشد.
جنس این تیغه ها از آلیاژ نیکل بوده در موتورهای مدرن این تیغه ها را با مواد نسوز می پوشانند تا مقاومت آن‌ها در برابر حرارت زیاد شود.
جنس تیغه ها از آلیاژ معروف nimonic می باشد این آلیاژدر گروه سوپر آلیاژ ها و از خانواده نیکل بوده که در مقابل حرارت و creep مقاومت بالا دارد علاوه بر آن باید آلیاژ Tutbine blade ضد زنگ بوده و در مقابل اکسیداسیون و لرزش مقاوم باشد در بعضی از موتور ها در آلیاژتیغه ها از سرامیک استفاده می کنند تا در برابر حرارت مقاومت بیشتری داشته باشد که این نوع آلیاژها را سرامیت می گویند.
این دوقطعه اساسی هم از آلیاژ مقاوم فولاد ساخته شده اند:
هنگامی که موتور روشن است مقداری از حرارت گازها به قسمت های خارجی و قطعات تأثیر می گذارد به منظور جلوگیری از داغ شدن بیش از حد این قطعات باید آن ها را به طریق مناسبی خنک کرد تا به قطعات دراثر حرارت آسیب وارد نشود و توربین از کارایی مطلوب برخوردار باشد.
و لذا باید توربین موتور جت به روش های مختلف که به اختصار معرفی خواهد شد خنک کاری شود خنک کاری توربین می تواند به وسیله هوا (Air) و به روش Liquid Cooling باشد در نگاه اول Liquid Cooling می‌تواند روش موثرتری به نظر آید زیرا دارای ظرفیت گرمایی بالا و خنک کاری بهتری می باشد.
اما دارای مشکلاتی می تواند باشد از جمله Leakage، corrosion و... از این رو به سراغ Air خواهیم رفت مقدار هوای موردنیاز برای این منظور 1 تا 3 درصد از جریان هوای اصلی می باشد که این جریان هوا می تواند Blade Temperature را 200 تا 300 درجه سانتیگراد کاهش دهد.
روش های زیادی برای خنک کاری Blade توربین وجود دارد از جمله آن ها:
transpiration cooling:
این روش ها به دو روش کلی External cooling و Internal cooling تقسیم خواهد شد این روش ها در عمل با هم تفاوت هایی دارند اما در همه آن ها عنصر اصلی هوا (Air) می باشدکه در اغلب آن ها از هوای کمپرسور پر فشار استفاده می شود.
خنک کاری قسمت های خارجی موتور External cooling:
به قسمت خارجی اطلاق می شود مانند پوسته توربین - کمپرسور و متعلقات برای خنک کاری این قسمت ها از هوای اتمسفر استفاده می شود بدین طریق که هوای اتمسفر از طریق سوراخ های که روی Cowing موتور تعبیه شده جریان یافته و پس از جذب گرما به اتمشفر وارد می شود این روش اولا سبب خنک کاری ثانیا باعث فرستاده شدن بخارات به بخارات به خارج و کاهش خطر آتش سوزی می شود.
خنک کاری قسمت های داخلی موتور Internal cooling:
به قسمت های داخلی اطلاق می شود اعم از Nozzle guide vane- Turbine blade- Turbine Disc و غیره... روش خنک کاری تیغه های ثابت توربین معمولا بدین شکل است که مقداری از هوای خروجی از کمپرسور به مجاری داخلی تیغه ها هدایت شده این هوا به طور ممتد درون تیغه ها جریان دارد هوا از مجاری بالا و پایین وارد تیغه ها شده و از قسمت لبه فرار آن ها خارج می شود با این روش تیغه ها به طور نسبی خنک شده و اثر حرارت را بر آلیاژ کاهش می دهد.
تیغ های دوار توربین هم مانند تیغه های ثابت به همان شکل خنک شده بدین گونه که هوای کمپرسور از ریشه وارد تیغه ها وارد مجاری داخلی شده و از نوک آن ها خارج می شود و با گازها مخلوط شده و وارد سیستم اگزوز می شود قابل توجه است که هوا به طور پیوسته درون مجاری داخلی تیغه ها جریان دارد.
دار اغلب موتور های جت دسیک ها توسط هوای کمپرسور خنک می شود بدین گونه که که هوا در دو طرف دیسک از مرکز به طرف محیط آن جریان یافته و سپس با گازها مخلوط شده و وارد سیستم اگزوز می شود.
روش های دیگری که در بعضی از موتور ها برای خنک کاری استفاده می شود که عمدتا شبیه موارد توضیح داده شده هستند را به اختصار توضیح خواهیم داد.
Convection Cooling:
در این روش هوای کمپرسور از قمست ریشه وارد مجاری تیغه شده و پس از جذب گرما از قسمت نوک وارد جریان هوای اصلی شده در این روش روزنه های داخلی می تواند به دو شکل دایره ای و بیضی شکل باشد برای این روش مساحت سطح داخلی بزرگ مطلوب است.
Film cooling:
یکی از روش های اصلی می باشد بدین گونه که به وسیله پمپ کردن هوای خنک به داخل سوراخ های کوچکی در Blade این هوا لایه نازکی از هوای خنک را اطراف Blade ایجاد می کند که از هوای داغ محافظت کند این سوراخ ها می تواند در نقاط مختلفی باشد ولی بیشتر در اطراف لبه حمله هستند.
Cooling effusion:
سطح تیغه در این روش از مواد porous material که به معنتی داشتن تعداد نا محدودی سوراخ کوچک روی سطح Blade است ساخته شده هوای خنک وارد این منافظ شده و تشکیل یه لایه از هوای سرد را می دهد که باعث خنک شدن Blade به طور یکنواخت می شود.
Pin fin cooling:
در منطقه کم ضخامت Trilling edge استفاده می شود به منظور افزایش انتقال حرارت از Blade و افزایش Cooling efficiency
transpiration cooling:
این روش شبیه روش Film cooling است که لایه ای از هوای خنک دور Blade تشکیل می دهد اما تفاوت آن در این است که هوا تزریق میشد داخل سوراخ های پوسته متخلل این نوع cooling موثر تر است در دما های بالا به طوری که کل سطح تیغه به طور یکنواخت با هوای خنک پوشش داده می شود.
Active clearance control sys:
این سیستم در بیشتر هواپیماهای جدید برای خنک کردن Turbine case استفاده می شود به طوریکه با استفاده از هوای خنک فن کیس توربین خنک شده و باعث کاهش clearance بین نوک تیغه های توربین و کیس می شود و باعث افزایش efficiency توربین می شود.
هوای خنک تزریق شده در پوسته توربین باعث Contract (منقبض شدن) کیس می شود چون در حالت عادی که موتور در حال Operation است کیس توربین Expend ( منبسط) می شود که این منقبض شدن و باعث کاهش clearance بین نوک تیغه و پوسته می شود و در نتیجه از فرار گازها جلوگیری می شود که تأثیر بسزایی در Performanceموتور دارد.
در Airbus-A310 چند Valve برای cooling موتور وجود دارد.
(CCCV) Compressor core cooling valve) یک عدد است و برای خنک کاری کمپرسور و محفظه احتراق به کار گرفته می شود.
(TCCV) Turbine core compartment valve) دو عدد هستند و برای خنک کاری توربین استفاده می شود در ارتفاعات بالا باز می شوند و به خنک کاری توربین کمک می کنند.
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
