بررسی و انتخاب سیستم خنک سازی توربین گازی

بخشی از فهرست مطالب پروژه بررسی و انتخاب سیستم خنک سازی توربین گازی

مقدمه

خنک سازی توربین بعنوان یک تکنولوژی کلیدی برای بهینه سازی موتورهای توربین

گازی

چالش های خنک سازی برای دماهای پیوسته درحال افزایش گاز ونسبت فشارکمپرسور

تکنیک های خنک سازی استفاده شده متداول

تاثیر خنک سازی

مشکلات خنک سازی

ترکیب پوشش های حصار حرارتی و خنک سازی

فرایند بهبود خنک سازی ایرفویل

تعریف پارامترهای شباهت انتقال جرم و حرارت اصلی

کنش متقابل انتقال جرم – حرارت در لایه مرزی ایرفویل

نقش تشابه در رقابت تجربی حرارت ایرفویل توربین و انتقال جرم

موضوعات انتقال حرارت گذرا و پایدار در بخش داغ موتور

دمای فلز و تاثیر آن روی عمر اجزای توربین

موضوعات مربوط به تغییرمکان های دمایی گذرای روتوربه استاتوروکنترل فاصله نوک آزاد

خنک سازی نازل توربین

تقابل با محفظه احتراق

انتقال حرارت پره

     -خمیدگی

     -تاثیرات ناهمواری

     -اغتشاش

خنک سازی فیلم پره

     -نسبت دمش

     -انحنای سطح

     -گرادیان فشار

     -آشفتگی جریان اصلی

     -شیارهای خنک سازی فیلم

     -تجمع فیلم

     -تاثیر تزریق هوای خنک سازی فیلم روی انتقال حرارت سطح

موضوعات خنک سازی دیواره نهایی

خنک سازی تیغه توربین

تاثیرات سه بعدی ودورانی روی انتقال حرارت تیغه

     -نیروهای دورانی

     -تاثیرات سه بعدی

پروفایل دمای گاز شعاعی

تاثیرات ناپیوستگی

تکنیک های خنک سازی درونی تیغه

     -گذرگاههای درونی هموار

     – تیرک ها/فین ها (نوارهای زاویه دار یا طولی

     -پین فین ها

     -تاثیر جت

     -جریان گردابی

     -خنک سازی فیلم

موضوعات خنک سازی سکو و راس

خنک سازی ساختارهای روتور و استاتور

     -منبع خنک سازی و سیستم های هوای ثانویه

بافر کردن مجموعه دیسک و روشهای خنک سازی دیسک

خنک سازی ساختارحفاظتی نازل و جایگاه توربین

خنک سازی  محفظه احتراق

     -تاثیر تحول طراحی  محفظه احتراق روی تکنیک های خنک سازی

خنک سازی تعریق

خنک سازی نشتی

همرفتی بخش پشتی افزوده

پوشش دهی حصار حرارتی

انتقال حرارت تجربی پیشرفته و معتبر سازی خنک سازی

ارزیابی انتقال حرارت بیرونی و تکنیک های معتبر سازی خنک سازی

     -رنگ حساس به فشار

     -ارزیابی غیر مستقیم آشفتگی

ارزیابی های انتقال حرارت و جریان داخلی

شبیه سازی انتقال حرارت مزدوج و معتبر سازی در یک آبشار داغ

     -معتبر سازی تاثیر خنک سازی تیغه در آبشار داغ

شرایط مرزی تجربی دیسک توربین

تائید خنک سازی در یک آزمون موتور

     -ابزار بندی متعارف

     -پیرومتر درج شده درگاه بروسکوب

     -رنگ های حرارتی دما بالا

بررسی های چند نظامی در انتخاب سیستم خنک سازی توربین

   
 
مقدمه
این فصل عمدتاً روی موضوعات انتقال جرم و حرارت تمرکز می یابد چون آنها برای خنک سازی اجزا ی دستگاه توربین بکار می روند و انتظار می رود که خواننده با اصول مربوطه در این رشته ها آشنایی داشته باشد. تعدادی از کتابهای فوق العاده (۱-۷) در بررسی این اصول توصیه می شوند که شامل Streeter، دینامیک ها یا متغیرهای سیال Eckert و Drake، تجزیه و تحلیل انتقال جرم و حرارت، Incropera و Dewitt، اصول انتقال حرارت و جرم, Rohsenow و Hartnett، کتاب دستی انتقال حرارت, Kays، انتقال جرم و حرارت همرفتی, Schliching، تئوری لایه مرزی، و Shapiro، دینامیک ها و ترمودینامیک های جریان سیال تراکم پذیر.
وقتی یک منبع جامع اطلاعات موجود باشد. مولف این فصل خواننده را به چنین منبعی ارجاع میدهد. با این وجود وقتی داده ها در صفحات یا مقالات گوناگون پخش شده باشند, مولف سعی می کند که این داده ها را در این فصل بطور خلاصه بیان نماید.

خنک سازی توربین بعنوان یک تکنولوژی کلیدی برای بهینه سازی موتورهای توربین گازی
عملکرد یک موتور توربین گازی تا حد زیادی تحت تاثیر دمای ورودی توربین می باشد و افزایش عملکرد قابل توجهی را می توان با حداکثر دمای ورودی مجاز توربین بدست آورد. از نقطه نظر عملکردی، احتراق با دمای ورودی توربین در حدود  می تواند یک ایده ال به شمار آید چون هیچ کاری برای کمپرس کردن هوای مورد نیاز برای رقیق کردن محصولات احتراقی به هدر نمی رود. بنابراین روند صنعتی جاری, دمای ورودی توربین را به دمای استوکیومتری سوخت  بخصوص برای موتورهای نظامی, نزدیکتر می کند. با این وجود دمای مجاز اجزای فلزی نمی تواند از  تخطی کند. برای کارکردن در دماهای بالای این حد, یک سیستم موثر خنک سازی اجزا مورد نیاز است. پیشرفت در خنک سازی, یکی از ابزار اصلی برای رسیدن به دماهای ورودی توربین بالاتر می‌باشد و این امر به اصلاح عملکرد و بهبود عمر توربین منتهی می شود. انتقال حرارت یک عامل مهم طراحی برای همه بخش های یک توربین گاز پیشرفته بخصوص در بخش های توربین و محفظه احتراق می باشد. در بحث وضعیت خنک سازی مصنوعی بخش داغ، باید به خاطر داشته باشید که طراح توربین مرتباً تحت فشارهای شدید برنامه زمانبدی توسعه, قابلیت پرداخت, دوام و انواع دیگر محدودیت های درون نظامی می باشد و همه اینها قویاً انتخاب یک طرح خنک سازی را تحت تاثیر قرار میدهند.
 

بخشی از منابع و مراجع پروژه بررسی و انتخاب سیستم خنک سازی توربین گازی

۱.STREETER,FLUID DYNAMICS,MCGRAW-HILL,NEW YORK(1971)

۲.E.R.C.ECKERT AND R.M.DRAKE,ANALYSIS OF HEAT AND MASS TRANSFER, MCGRAW-HILL,NEW YORK(1972)

۳.F.P.INCROPERA AND D.P.DEWITT,FUNDAMENTALS OF HEAT AND MASS TRANSFER,2ND ED.,J.WILEY & SONS,NEW YORK(1985)

۴.W.M.ROHSENOW AND J.P.HARTNETT,HAND BOOK OF HEAT TRANSFER,MCGRAW-HILL,NEW YORK(1973)

۵.W.M.KAYS,CONVECTIVE HEAT AND MASS TRANSFER,5TH ED., MCGRAW-HILL,NEW YORK(1966)

۶.H.SCHLICHTING,BOUNDARY LAYER THEORY,7TH ED., MCGRAW-HILL,NEW YORK(1979)

۷.A.H.SHAPIRO,THE DYNAMICS AND THERMODYNAMICS OF COMPRESSIBLE FLUID FLOW,RONALD PRESS,NEW YORK(1954)

۸.B.BARRY,TURBINE BLADE COOLING: AERODYNAMIC PENALTIES WITH TURBINE BLADE COOLING,VON KARMAN INSTITUTE FOR FLUID DYNAMICS(VKI),LECTURE SERIES 83(1976)

۹.G.M.DAILY,AERO-THERMAL PERFORMANCE OF INTERNAL COOLING SYSTEMS IN TURBOMACHINES: DESIGN AND CALCULATION ISSUES,VKI LECTURE SERIES 2000-03,PP.1-70(2000)

۱۰.J.E.HARTSEL,”PREDICTION OF EFFECTS OF COOLING MASS TRANSFER ON THE BLADE-ROW EFFICIENCY OF TURBINE AIRFOILS,”AIAA PAGER 72-11,JAN(1972)

۱۱.C.MCLEAN,C.CAMCI AND B.GLEZER,”MAINSTREAM AERODYNAMIC EFFECTS DUE TO WHEELSPACE COOLANT INJECTION IN A HIGH-PRESSURE TURBINE STAGE: PART II-AERODYNAMIC MEASURNENTS IN THE ROTIONAL FRAM,”ASME PAPER 2001-GT-120.

۱۲.R.W.AINSWORTG,D.L.SCHULTZ,M.R.D.DAVIES,C,J,P,FORTH,M.A.HILDITCH,M.L.G.OLDFIELD AND A.G.SHEARD,”A TRANSIINT FLOW FACILITY FOR REPRESENTATIVE CONDITIONS,”ASME 88-GT-144(1988)

۱۳.A.H.EPSTEIN,G.R.GUENETTE AND R.NORTON,”THE MIT BLOWDOWN TURBINE FACILITY,”ASME 84-GT-116(1984)

۱۴.R.S.ABHARI,G.R.GUENETTE,A.H.EPSTEIN AND M.B.GILES,”COMPARISON OF TIME RESOLVED TURBINE ROTOR BLADE HEAT TRANSFER MEASURMENTS AND NUMERICAL CALCULATIONS” ASME PAPER NO. 91-GT-268(1991)

۱۵.C.W.HALDEMAN,M.G.DUNN,C.D.MACARTHUR AND C.G.MURAWASKI,”THE USAF ADVANCED TURBINE AEROTHERMAL RESEARCH RIG(ATARR),”AGARD CONFERENCE PROCEEDINGS 527,80,SYMPOSIUM OF THE PROPULSION AND ENERGETICS PANEL,ANTALYA,TURLEY(1992)

۱۶.M.G.DUNN,”PHASE AND TIME RESOLVED MEASURMENTS OF UNSTEADY HEAT TRANSFER AND PRESSURE IN A FULL STAGE ROTATING TURBINE,”J.TURBOMACHINERY,112: 531-538(1990)

۱۷.S.E.RICH AND W.A.FASHING,”CF6 JET ENGINE PERFORMANCE IMPROVE-MENT-HIGH PRESSURE TURBINE ACTIVE CLEARSNCE CONTROL,”NASA REPORT CR-165556(1982)

۱۸.R.S.BEITLER AND G.W.BENNETT,”ENERGY EFFICIENT ENGINE-CONTROL SYSTEM COMPONENT PERFORMANCE REPORT,”NASA REPORT CR-174651,PP.31-43(1984)

۱۹.B.GLEZER,”TURBINE BLADE TIP CLEARANCE IMPROVEMENT,”ASME PAPER 91-GT-164(1991)

۲۰.B.GLEZERT AND H.BAGHERI,TURBINE BLADE CLEARANCE CONTROL SYSTEM,U.S.PATENT NO.5779436(1998)

۲۱.A.P.SAXER AND H.M.FELICI,”NUMERICAL ANALYSIS OF THREE-DIMENTIONAL UNSTEADY HOT STREAK MIGRATION AND SHOCK INTERACTION IN A TURBINE STAGE,”ASME J.TURBOMACHINERY,118:268-277(1996)

۲۲.D.J.DORNEY AND D.L.SONDAK,”STUDY OF HOT STREAK PHENOMENA IN SUBSONIC AND TRANSONIC FLOWS,”ASME PAPER NO.96-GT-98(1996)