طراحی و تحلیل عملکرد توربین بخار یک طبقه ضربه ای به عنوان محرک سیستم های مکانیکی

نوع مقاله: مقاله علمی ترویجی

نویسنده

استادیار دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مازندران

چکیده

توربین‌های بخار یک طبقه نوع ضربه‌ای به عنوان محرک سیستم‌های مکانیکی همچون پمپ‌ها، فن‌ها، دمنده‌ها و کمپرسورها مورد استفاده قرار می‌گیرند. توربین‌های ضربه‌ای، می-توانند تغییر فشار و آنتالپی زیادی در یک طبقه ایجاد کنند ضمن آنکه تمام افت فشار در نازل‌ها صورت می‌گیرد و هیچگونه تغییر فشاری در روتور وجود ندارد. گشتاور وارد شده به شفت در این نوع توربین‌ها حاصل تغییر ممنتوم سیال در پره‌های متحرک در مسیر دوران می‌باشد. در این مقاله روش طراحی آیرودینامیکی توربین بخار یک طبقه نوع ضربه‌ای مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور طراحی آیرودینامیکی یک نوع توربین بخار ضربه‌ای که به عنوان محرک یک پمپ سانتریفیوژ با سرعت دورانی 2900 دور بردقیقه و توان مصرفی 30 کیلووات می‌باشد، مورد مطالعه قرار گرفته است. حداکثر توان تولیدی توربین حدود 45 کیلووات و حداکثر سرعت دورانی آن 4500 دور بر دقیقه می‌باشد. قطر روتور توربین 400 میلی‌متر است. رفتار سیال در یک طبقه ضربه‌ای شامل نازل و روتور به صورت تئوری و با بررسی مثلث‌های سرعت مورد مطالعه قرار گرفته است و پس از طراحی آیرودینامیکی، جریان سیال در توربین به کمک دینامیک سیالات محاسباتی شبیه‌سازی شده‌است. نتایج شبیه‌سازی به صورت منحنی‌های عملکردی ارائه شده‌اند. نتایج تحلیل‌های تئوری همخوانی قابل قبولی با نتایج شبیه‌سازی عددی دارند.

کلیدواژه‌ها


[1] Tanuma, Tadashi. Advances in Steam Turbines for ModernPower Plants. Woodhead Publishing, 2017.
[2] Forsthoffer, Michael S. More Best Practices for RotatingEquipment. Butterworth-Heinemann, 2017.
[3] Horlock, JH and Turbines, Axial Flow. Butterworths. Axial Flow Turbines, 1966.
[4] Banaszkiewicz, Mariusz. Numerical investigations of crackinitiation in impulse steam turbine rotors subject tothermo-mechanical fatigue. Applied Thermal Engineering,138:761–773, 2018.
[5] Kushwaha, AD, Soni, A, and Garewal, L. Critical reviewpaper of steam turbine blades corrosion and its solutions.International Journal of Scientific Research and Engineering Trends, 3(4), 2014.
[6] Astonkar, Dhiraj V, Nandgaonkar, Mahesh S, andMokhadkar, Pawan A. Modeling and analysis of single stage steam turbine rotor. International Journal of pure and applied research in engineering and technology,4(9):184–197, 2016.
[7] Achillea, M., Cardarellib, S., Pantanoc, F., and Zitod, M.Design and cfd analysis of a curtis turbine stage, PROCEEDINGS OF ECOS 2016.
[8] Francesco, Giacomelli, Federico, Mazzelli, and Adriano,Milazzo. Cfd modelling of the condensation inside a cascade of steam turbine blades: comparison with an experimental test case. Energy Procedia, 126:730–737, 2017.
[9] Lee, Hang Gi, Shin, Ju Hyun, Choi, Chang-Ho, Jeong,Eunhwan, and Kwon, Sejin. Partial admission effect on theperformance and vibration of a supersonic impulse turbine.Acta Astronautica, 145:105–115, 2018.
[10] Ohlsson, Gunnar O. Partial-admission turbines. Journalof the Aerospace Sciences, 29(9):1017–1023, 1962.
[11] John, DA and Anderson, D. Modern compressible flow,2003.
[12] Živković, Martina, Orović, Josip, and Poljak, Igor. Analysis of steam turbines for feed water pumps on lng ships. in18th International Conference on Transport Science-ICTS2018, 14.-15. June 2018, Portorož, Slovenia, 2018.
[13] Shlyakhin, P. Steam turbines: Theory and design, 2005.
[14] Dettori, S, Colla, V, Salerno, G, and Signorini, A. Steamturbine models for monitoring purposes. Energy Procedia,105:524–529, 2017.
[15] Aungier, Ronald H. Preliminary aerodynamic design of
axial-flow turbine stages. in Turbine Aerodynamics: AxialFlow and Radial-Flow Turbine Design and Analysis. ASMEpress, 2006.
[16] Nejadali, J., Riasi, A., and Nourbakhsh, A. The effect of blade and casing geometry modification on a regenerative pump performance. Journal of Dam and Hydroelectric PowerPlant, 5:24–36, 2015 (in Persian).
[17] Tousi, Abolghasem M et al. Experimental and numerical investigation of design optimization of a partial admitted supersonic turbine. Propulsion and Power Research,2(1):70–83, 2013.
[18] Church, Edwin Fayette. Steam turbines. McGraw-Hill,1950.