|
| تبريد التوربينات الغازية |
يستخدم التوربين الغازي بشكل واسع فنجده مستخدم في الطائرات (ذات الدفع
النفاث)وفي النقل البري والبحري وايضا في محطات توليد الكهرباء .وفي هذا المقال
سنتعرف علي أهمية تبريد التوربين الغازي وطرق التبريد.
إن الارتفاع في أسعار الوقود يحتم على أن تعمل التربينات الغازية بكفاءة عالية. وتعمل التربينات الغازية بكفاءة عالية عندما يكون الهواء الداخل للضاغط باردا. لابد من الإشارة إلى انه كلما كان الهواء الداخل للتربينة بارداً كلما كانت الطاقة المتولدة من التربينة عالية.
يعتبر تبريد الهواء الداخل Inlet Air Cooling والدخول الركامي (الضباب) Inlet Fogging وحقن الهواء الرطب من الأنظمة المختارة والشائعة الاستخدام في تحسين أداء التربينات الغازية وزيادة قدرتها.
يجب ملاحظة انه كلما انخفضت درجة حرارة الهواء الجوي حول التربينة الغازية كلما زادت كثافة الهواء (المجموع الكلي لجزيئات الهواء) مما يزيد من كمية الهواء الذي يسري خلال التربينة الغازية. ونتيجة لذلك تزيد كفاءة التربينة وبالتالي إنتاج قدرة اكبر.
من الملاحظ أن عملية انضغاط الهواء داخل التربينة تتم بصورة ذات كفاءة عالية كلما كانت درجة حرارة الهواء منخفضة وبالتالي فان الطاقة التي تستخدم من التربينة في عملية الانضغاط سوف تقل.
غالبا ما يعطى مصنعو التربينات الغازية معدلات نوعية لمنتجاتهم مبنية على مواصفات عالمية محددة ومن تلك المواصفات الـ ISO . ومواصفات الـISO لا تتغير لأي مصنع. إن أي زيادة في تلك المواصفات سوف يقلل من أداء (مخرجات) كل التربينات الغازية المصنعة في العالم.
يصبح هذا الموضوع ذو أهمية بالغة وحرجة جدا في شهور فصل الصيف بالتحديد نسبة للحاجة الكبيرة للطاقة. تعمل التربينات الغازية البسيطة ذات الدوائر المزدوجة وبدون (تبريد الهواء الداخل أو حقن الهواء الرطب أو الدخول الركامي) بكفاءة تقدر بـ %25 إلي %30 اقل من كفاءتها في الظروف العادية.
ولما كانت هناك الكثير من هذه التربينات الغازية مركبة في عدة أقطار منها ذات الطقس الحار أصبح إضافة أنظمة التبريد المذكورة أعلاه للتربينات الغازية يكتسب أهمية بالغة.
ومن طرق تبريد الهواء الداخل:
الماء الذي لم يتم تبخيره يتم تجميعه في الخزان السفلي. يمر الهواء البارد خلال مانع الرذاذ والذي يعمل علي إزالة الرطوبة وقطرات الماء التي ما زالت عالقة بالهواء. بعدها يؤخذ الهواء النقي والبارد إلى مدخل التربينة. تجدر الإشارة إلي أن مانع الرذاذ يعمل على إزالة قطرات الماء حتى تتم حماية مدخل التربينة من أي قطرات ماء.
هناك حاجة كبيرة للهواء المضغوط. إن حجم ذرة الماء يعتمد على ضغط الهواء فكلما كان ضغط الهواء عالياً كانت ذرات الماء صغيرة جدا وبالتالي كلما صغر حجم ذرة الماء كلما تبخرت بسرعة.
يمكن اخذ الهواء المضغوط من التربينة دون الحاجة لضاغط منفصل. تحدد ذرة الماء بقطر أربعين ميكرون ركام Fog. يمر الهواء المضغوط خلال هذا الركام ويتم التبادل الحراري بين الركام والهواء.
يبرد الزيت إلى درجات حرارة معقولة. يعتمد تصميم المبردات على لزوجة الزيت عند درجة حرارة تشغيل كراسيالتحميل ودرجة حرارة ومعدل سريان مائع التبريد.
ولزيادة انتقال الحرارة تستخدم الأنابيب المزعنفة لزيادة مساحة انتقال الحرارة. ويستخدم الهواء أو خليط الماء والجليكول كمائع تبريد. يتوقف اختيار مائع التبريد على البيئة وتواجد مائع التبريد. ففي المناطق الصحراوية يستخدم الهواء كمائع تبريد بكثرة.
يستخدم جزء من الهواء البارد عند الدخول في تبريد غطاء التربينة وفي تبريد كراسي التحميل وفي تبريد فوهات التربينة .
في بعض الأحيان ينزف الهواء البارد من ضاغط التربينة ويوجه كعامل تهويه لكراسي التحميل وبعض أجزاء التربينة. ويتم توجيه الهواء الساخن بعد عملية التهوية والتبريد هذه إلى مجرى الغازات الساخنة الخارجة من التربينة.
أهمية تبريد التوربين الغازي
إن الارتفاع في أسعار الوقود يحتم على أن تعمل التربينات الغازية بكفاءة عالية. وتعمل التربينات الغازية بكفاءة عالية عندما يكون الهواء الداخل للضاغط باردا. لابد من الإشارة إلى انه كلما كان الهواء الداخل للتربينة بارداً كلما كانت الطاقة المتولدة من التربينة عالية.
يعتبر تبريد الهواء الداخل Inlet Air Cooling والدخول الركامي (الضباب) Inlet Fogging وحقن الهواء الرطب من الأنظمة المختارة والشائعة الاستخدام في تحسين أداء التربينات الغازية وزيادة قدرتها.
يجب ملاحظة انه كلما انخفضت درجة حرارة الهواء الجوي حول التربينة الغازية كلما زادت كثافة الهواء (المجموع الكلي لجزيئات الهواء) مما يزيد من كمية الهواء الذي يسري خلال التربينة الغازية. ونتيجة لذلك تزيد كفاءة التربينة وبالتالي إنتاج قدرة اكبر.
من الملاحظ أن عملية انضغاط الهواء داخل التربينة تتم بصورة ذات كفاءة عالية كلما كانت درجة حرارة الهواء منخفضة وبالتالي فان الطاقة التي تستخدم من التربينة في عملية الانضغاط سوف تقل.
غالبا ما يعطى مصنعو التربينات الغازية معدلات نوعية لمنتجاتهم مبنية على مواصفات عالمية محددة ومن تلك المواصفات الـ ISO . ومواصفات الـISO لا تتغير لأي مصنع. إن أي زيادة في تلك المواصفات سوف يقلل من أداء (مخرجات) كل التربينات الغازية المصنعة في العالم.
يصبح هذا الموضوع ذو أهمية بالغة وحرجة جدا في شهور فصل الصيف بالتحديد نسبة للحاجة الكبيرة للطاقة. تعمل التربينات الغازية البسيطة ذات الدوائر المزدوجة وبدون (تبريد الهواء الداخل أو حقن الهواء الرطب أو الدخول الركامي) بكفاءة تقدر بـ %25 إلي %30 اقل من كفاءتها في الظروف العادية.
ولما كانت هناك الكثير من هذه التربينات الغازية مركبة في عدة أقطار منها ذات الطقس الحار أصبح إضافة أنظمة التبريد المذكورة أعلاه للتربينات الغازية يكتسب أهمية بالغة.
|
| تاثير تبريد الهواء الداخل للتربينة علي سعه التربينة |
تبريد الهواء الداخل Cooling of Inlet Air
إن تبريد الهواء الداخل للتربينة الغازية بدرجات حرارة قليلة جدا يمكن أن يزيد من كفاءة التربينة وزيادة قدرتها بصورة كبيرة.ومن طرق تبريد الهواء الداخل:
التبريد التبخيري Evaporative Cooling
يمر الهواء النقي الدافئ من خلال مائع التبريد (الماء) والذي يتم رشه من أعلى إلى أسفل، يتبخر الماء بواسطة الحرارة التي يكتسبها من الهواء الدافئ وبالتالي تقل درجة حرارة الهواء.
|
| كيفية عمل جهاز التبريد التبخيري في التربينات الغازية |
الماء الذي لم يتم تبخيره يتم تجميعه في الخزان السفلي. يمر الهواء البارد خلال مانع الرذاذ والذي يعمل علي إزالة الرطوبة وقطرات الماء التي ما زالت عالقة بالهواء. بعدها يؤخذ الهواء النقي والبارد إلى مدخل التربينة. تجدر الإشارة إلي أن مانع الرذاذ يعمل على إزالة قطرات الماء حتى تتم حماية مدخل التربينة من أي قطرات ماء.
التبريد بملفات التبريد Chiller Coil System
يمر الهواء النقي والدافئ على ملفات للتبريد حيث يتم تبادل حراري غير مباشر بين الهواء ووسيط التبريد داخل ملف التبريد. يمر الهواء بعد ذلك خلال لوح لتجفيف الهواء البارد من قطرات الماء المتكثف على سطح الملف البارد وبالتالي نضمن أن الهواء الداخل للتربينة هواء نقي و بارد.
|
| كيفية عمل التبريد بالملف البارد في التربينات الغازية |
التبريد بالركام (الشبورة، الرذاذ) Cooling by Inlet Fogging
توزع مجموعة من أنابيب الماء الخالي من الأملاح والمعادن والذي يكون تحت ضغط عالي إلىفوهات مصممة خصيصاً لذا الغرض. تعمل الفوهات على ترذيذ الماء Atomization إلى ذرات صغيرة جدا.هناك حاجة كبيرة للهواء المضغوط. إن حجم ذرة الماء يعتمد على ضغط الهواء فكلما كان ضغط الهواء عالياً كانت ذرات الماء صغيرة جدا وبالتالي كلما صغر حجم ذرة الماء كلما تبخرت بسرعة.
يمكن اخذ الهواء المضغوط من التربينة دون الحاجة لضاغط منفصل. تحدد ذرة الماء بقطر أربعين ميكرون ركام Fog. يمر الهواء المضغوط خلال هذا الركام ويتم التبادل الحراري بين الركام والهواء.
|
| عمل التبريد بالركام في التربينات الغازية |
المبردات Coolers
تستخدم المبردات في إزالة الحرارة من زيت التزليق قبل إعادة إدخاله للتربينة الغازية. تعتمد درجة التبريد على حرارة الاحتكاك المتولدة من كراسي التحميل (المحامل) كمية الحرارة المنقولة بالحمل وبالتوصيل من التربينة الغازية إلي الزيت والحرارة المنقولة من الغازات الساخنة خلال التسرب من مانع التسرب seal.يبرد الزيت إلى درجات حرارة معقولة. يعتمد تصميم المبردات على لزوجة الزيت عند درجة حرارة تشغيل كراسيالتحميل ودرجة حرارة ومعدل سريان مائع التبريد.
|
| تبريد الأجزاء المختلفه للتربينة الغازية |
ولزيادة انتقال الحرارة تستخدم الأنابيب المزعنفة لزيادة مساحة انتقال الحرارة. ويستخدم الهواء أو خليط الماء والجليكول كمائع تبريد. يتوقف اختيار مائع التبريد على البيئة وتواجد مائع التبريد. ففي المناطق الصحراوية يستخدم الهواء كمائع تبريد بكثرة.
يستخدم جزء من الهواء البارد عند الدخول في تبريد غطاء التربينة وفي تبريد كراسي التحميل وفي تبريد فوهات التربينة .
في بعض الأحيان ينزف الهواء البارد من ضاغط التربينة ويوجه كعامل تهويه لكراسي التحميل وبعض أجزاء التربينة. ويتم توجيه الهواء الساخن بعد عملية التهوية والتبريد هذه إلى مجرى الغازات الساخنة الخارجة من التربينة.