بازطراحی توربین بخار یک کمپرسور سرعت بالا به منظور غلبه بر مسایل ظرفیت، راندمان وقابلیت اطمینان

بازطراحی توربین بخار یک کمپرسور سرعت بالا به منظور غلبه بر مسایل ظرفیت، راندمان وقابلیت اطمینان

Redesign of a High Speed Compressor Drive Steam turbine To Overcome 

Capacity, Efficiency, and Reliability Issues

 

در این مقاله مطالعه موردی باز طراحی توربین راننده یک کمپرسور گاز ارایه می شود. این واحد در بخشی از تاسیسات آمونیاک نصب شده بوده است و از ابتدا دارای مسایل قابلیت اطمینان و عملکرد بوده است. به منظور رفع این مشکلات یک مسیر کامل بخار باز طراحی شد و نصب گردید. ولی واحد همچنان دارای عملکردی ضعیف تر از آنچه که پیش بینی می شد بود و به دلیل خرابی تیغه های طبقه اول دچار توقف گردید. تحلیل مهندسی جامعی برای تشخیص دلیل خرابی تیغه ها و افت عملکرد انجام گردید. در این مقاله به روند این بررسی ها طراحی انجام شده برای مسیر بخار پرداخته می شود.

Download link:

Redesign of a High Speed Compressor Drive Steam turbine To Overcome Capacity, Efficiency, and Reliability Issues
حجم: 691 کیلوبایت

انتخاب توربین بخار برای محرک پمپ ها بخش 5

انتخاب توربین بخار برای محرک پمپ ها

بخش 5

 لینک بخش 4

کنترل سرعت توربین بخار:

سرعت پمپ توسط گاورنر کنترل می شود. (شکل 11) برای توربین های ساده و کوچک گاورنر مکانیکی/هیدرولیکی بر روی روتور نصب می گردد. در داخل گاورنر حسگر سرعت وجود (جرم دوار (Flyweights))  دارد، بین سرعت توربین سرعت مورد نظر که بر روی گاورنر تنظیم شده است مقایسه انجام شده و یک سرووموتور توان مورد نیاز برای موقعیت دهی شیر گاورنر را ایجاد می کند. با تغییر مقدار باز و بسته بودن شیر گاورنر مقدار بخار ورودی به نازل ها تنظیم شده و در نتیجه سرعت در محدوده مورد نظر نگهداشته می شود. در گاورنرهای الکترونیکی سرعت توسط  Magnet pickup - MPU حس میگردد و تصحیح سرعت توسط یک Actuator  که بر روی شیر گاورنر نصب شده است انجام می گیرد.

استاندارد (NEMA SM-23 (1991 برای گاورنرها بر اساس نیازمندیهای بازه سرعت، تنظیم سرعت، تغییرات سرعت و افزایش سرعت تعاریفی را ارایه کرده است. (جدول 1) امروزه NEMA Aو NEMA D تقریبا مرسوم ترین نوع گاورنرهای الکترونیک و  الکترونیک هیدرولیک هستند.

این مطلب ادامه دارد

ترجمه آزاد از: 

Selecting Steam Turbines For Pump Drives  by Michael A. Cerce and Vinod P. Patel

Proceedings Of The Twentieth International Pump Users Symposium • 2003

انتخاب توربین بخار برای محرک پمپ ها بخش 4

انتخاب توربین بخار برای محرک پمپ ها

بخش 4

 

لینک  بخش 3

آب بندی محور:

در توربین های کوچک معمولا ازرینگ های کربنی برای آب بندی و جلوگیری از نشت بخار به محیط استفاده می شود. در فشارهای بالا ترکیب رینگهای کربنی و Labyrinth استفاده می گردد. در این چیدمان نیاز به یک اتصال خروج نشتی وجود دارد که نشتی بخار را به لوله های تخلیه تاسیسات هدایت کند. (شکل 10)

یکی از ایرادات عمومی توربین های بخار نشت بخار به سیستم آب بندی و ورود آن به سیستم آب بندی محفظه یاتاقان و در نهایت وارد شدن آن به روغن می باشد. برای این مشکل چند  راه حل های وجود دارد.

یکی از این راه ها استفاده از Ejector می باشد. در این راه حل با استفاده از ایجاد خلاء بخار از طریق اتصال تخلیه موجود بر روی سیستم آب بندی بیرون کشیده می شود. این راه حل هزینه بر بوده و نیاز به آب یا بخار دارد ولیکن عملکرد بسیار خوبی دارد.

راه حل دیگر استفاده از سیستم های آب بندی قوی تر می باشد. بدین منظور از Gas seal face که در کمپرسورها نیز به کار می رود استفاده می شود. عملکرد درست این نوع آب بندی به کیفیت بالای بخار، عدم وجود مایع - حتی در موقع راه اندازی- و در نظر گرفتن انبساط حرارتی مجاز که بر اثر دمای بالای کارکرد توربین رخ می هد، بستگی دارد.

روش دیگر انجام آب بندی کامل محفظه یاتاقان است به طوری که امکان ورود بخار به آن وجود نداشته باشد. تعدادی از شرکت ها “Bearing isolator” برای آب بندی بهتر محفظه یاتاقان تولید می کنند.

-         نمونه ای از Bearing isolator ساخت شرکت SKF

به منظور استفاده موثر از این نوع آب بندی محفظه یاتاقان مواردی مانند دمای کاری توربین و انبساط های مربوطه، سرعت دورانی توربین، فضا و جای گیری آب بند در محفظه یاتاقان و در بعضی موارد مناسب بودن آن برای روانکاری تحت فشار در نظر گرفته شود.

این مطلب ادامه دارد

ترجمه آزاد از: 

Selecting Steam Turbines For Pump Drives  by Michael A. Cerce and Vinod P. Patel

Proceedings Of The Twentieth International Pump Users Symposium • 2003

انتخاب توربین بخار برای محرک پمپ ها بخش 3

انتخاب توربین بخار برای محرک پمپ ها

بخش 3

لینک بخش دوم

روتور و تکیه گاه روتور

در توربین های کوچک روتور معمولا ساختار استانداردی بر مبنای اندازی پوسته توربین دارد و قطر محور، ابعاد انتهای محور، فاصله بین دو یاتاقان و غیره معمولا یکسان می باشد. پره ها به وسیله شیار های T شکل و یا کاجی شکل بر روی دیسک نصب می گردند. پره ها معمولا دارای Shroud بوده که به منظور کاهش تحریک به یکدیگر متصل می گردند.(شکل 7)

دیسک با انطباق انقباضی و خار بر روی محور نصب می گردد.

 

T-slots

شیار های T شکل و یا کاجی شکل

از یاتاقان های ژورنال که معمولا توسط حلقه روغنکاری(Oil ring)  روانکاری می گردند به عنوان تکیه گاه روتور استفاده می گردد. (شکل 8) در محفظه یاتاقان راهگاه هایی برای چرخش آب خنک کاری در نظر گرفته شده تا دمای روغن روانکار پایین نگه داشته شود. (شکل 9)

در صورت وجود موارد ذیل ممکن است استفاده از روانکاری تحت فشار برای توربین بخار لازم گردد:

·        سرعت های بالاتر از 5000 دور بر دقیقه. در این حالت حلقه روغنکاری (Oil ring)کاربرد ندارد.

·        در صورت استفاده از Tilt-pad thrust bearing، این نوع از یاتاقان ها برای توان های بالا و یا بر اساس درخواست مشتری در نظر گرفته می شوند.

·        دما خروجی بخار بالا باشد. دمای خروجی بخار منبع حرارتی است که فاصله کمی با محفظه یاتاقان دارد. بسته به انتقال دمای محور و سیستم خنک کاری دمای بالای محور می تواند موجب کربونیزه شدن روغن بشود.

·        در صورتی که شیر توقف و یا شیر اختناق (Trip and throttle valve) استفاده گردد. اکثر این شیر ها با روغن عمل می کنند، لذا در این صورت نیاز به سیستم روغن می باشد.

·        در صورتی که گیربکس در مجموعه استفاده گردد،  روانکاری تحت فشار می بایست برای گیربکس در نظر گرفته شود. در این صورت هزینه روانکاری توربین حداقل بوده و در حد اتصالات توربین به سیستم روانکاری می باشد.

ادامه مطلب

ترجمه آزاد از: 

Selecting Steam Turbines For Pump Drives  by Michael A. Cerce and Vinod P. Patel

Proceedings Of The Twentieth International Pump Users Symposium • 2003

انتخاب توربین بخار برای محرک پمپ ها - بخش 2

انتخابی توربین بخار برای محرک پمپ ها

بخش 2

لینک بخش اول

ساختار توربین بخار

در شکل 1 نمونه ای از ساختمان توربین بخار یک طبقه به نمایش گذاشته شده است.

پوسته و مسیر عبور بخار

بخار از طریق فلنج ورودی به Steam Chest وارد می شود. (شکل 2) محفظه بخار شامل دو قطعه اصلی می باشد. یک شیر توقف (Trip valve) به منظور حفاظت از بالاتر رفتن سرعت توربین از حد مجاز و شیر گاورنر که وظیفه کنترل سرعت را دارد. عملکرد این دو شیر می بایست مستقل از هم بوده حتی اگر در یک پوسته نصب می گردد.

بخار از Steam Chest وارد Steam End می شود که در این بخش نازل های ها و Hand valve وجود دارند. Hand valve این امکان را فراهم می آورد که در صورت نیاز به توان بالاتر تعداد بیشتری نازل در جریان بخار بیشتری قرار گیرد. نازل ها موجب افزایش سرعت بخار می شوند وآن را به سمت پره هایی که بر روی روتور نصب شده است هدایت می کنند. انرژی سرعت بخار تبدیل به انرژی مکانیکی شده و باعث دوران روتور می گردد.

توربین نشان داده شده توربین ضربه ای کرتیس (“Curtis” impulse type) می باشد. در توربین های کرتیس افت فشار در نازل ها انجام شده و در نتیجه حداقل نیروی محوری بر روتور اعمال می گردد. این حالت نسبت به طراحی های دیگر دارای بازه عملکرد وسیع تری و منحنی کم شیب تری می باشد. در توربین های کرتیس بخار خروجی از ردیف اول پره ها تغییر مسیر داده شده و به سمت ردیف دوم پره ها هدایت شده تا مقدار بیشتری از انرژی به کار تبدیل شود. 

یکی ار دلایلی که توربین بخار را می توان به راحتی ارتقاء داد امکان تعویض راحت مجموعه نازل ها می باشد. به عنوان یک مثال می توان 20درصد توان بالاتر را با افزایش 20 درصدی تعداد نازل ها به دست آورد. با اینکه تغییر قطعاتی مانند مجموعه نازل های، دیسک، پره های معکوس کننده جریان، Steam chest به همیشه ممکن نیست ولی در شرایط بسیار خاص ممکن است بتوان آنها را نیز تعویض نمود.

بخار پس از خروج از ردیف دوم پره ها از طریق فلنج تخلیه توربین خارج می شود. (شکل 5) وزن توربین توسط یک پایه که زیر محفظه یاتاقان سمت کوپلینگ قرار می گیرد و یه پایه که زیر Steam End قرار می گیرد مهار می گردد (شکل 6) این موضوع اجازه می دهد تا  انبساط بدنه توربین درجهت شعاعی از مرکز توربین و در جهت افقی از ماشین متصل به توربین به جهت مخالف هدایت شود.

 ادامه مطلب

ترجمه آزاد از: 

Selecting Steam Turbines For Pump Drives  by Michael A. Cerce and Vinod P. Patel

Proceedings Of The Twentieth International Pump Users Symposium • 2003