توربین انبساطی

کشور ایران با 34 تریلیون مترمکعب ذخایر گازی، از حیث حجم ذخایر، عنوان نخست را در جهان داراست. ظرفیت پالایشگاه­ های گاز کشور در سال 1392، روزانه 548 میلیون مترمکعب است. همچنین طول خطوط انتقال گاز (فشار قوی) که تا پایان سال 1392 در کشور احداث شده­، 35393 کیلومتر است. خطوط فشار قوی به طور متوسط psi1000 فشار دارند، در حالی که فشار گاز مناسب جهت مصرف در مناطق شهری یا نیروگاهی در حدود psi250 است. تا پیش از سال 2001 برای فراهم کردن فشار مناسب جهت مصرف در نواحی شهری یا نیروگاه­ها، از ایستگاه­های تقلیل فشار با شیر فشارشکن ژول-تامسون[1] بهره می­برده­ اند. شیر فشار شکن، طی یک فرآیند اختناق، فشار مازاد سیال درون لوله را بکلی تلف می­کند. سیکل ترمودینامیکی مربوط به شیر ژول-تامسون در شکل 1.1 نشان داده شده­است. در یک فرآیند اختناق بین نقاط a و b، آنتروپی به شدت افزایش می­ یابد. بنابراین فرآیند بازگشت­ ناپذیر است.

شکل 1-‌‌1  فرآیند ترمودینامیکی طی شده در شیر فشار شکن ژول-تامسون

     در فرآیند برگشت­ ناپذیر اکسرژی جریان تلف می­شود. برای افزایش بازده خطوط انتقال گاز، فرآیند تقلیل فشار به صورت آیزنتروپیک باید انجام شود. بنابراین توربین­ انبساطی[2] در خطوط لوله نصب می­شود. فرآیند بین نقاط 1 و 2 در شکل 2.1، که به موازات خطوط آنتروپی-ثابت رسم شده­ است، انبساط آیزنتروپیک در یک توربین انبساطی را نشان می­ دهد. مقایسه نمودار فرآیندی، برای شیر ژول-تامسون و توربین انبساطی مزیت توربین انبساطی را روشن می­ کند. انبساط در توربین انبساطی آیزنتروپیک است در حالی که اختناق در شیر ژول-تامسون، اتلاف انرژی دارد. همچنین طی هر دو فرآیند، افت دما رخ می­دهد. اما افت دما در توربین انبساطی بیشتر است. بنابراین، برای پیشگیری از تولید قطره، گاز باید پیش­گرم شود.

شکل 1‌-‌‌2  فرآیند ترمودینامیکی طی شده در انبساط آیزنتروپیک برای توربین انبساطی 

     توربین انبساطی در دو پیکربندی شعاعی و محوری طراحی می­شود. مهم­ترین پارامترهای انتخاب نوع ماشین دوار، سرعت دورانی و نسبت فشار است . در حالت کلی هر اندازه سرعت دورانی بیشتر باشد، توربین محوری عملکرد بهتری دارد. شکل 3.1 بازده انواع توربین­ها را بر اساس سرعت دوران مقایسه کرده‏است. توربین­های شعاعی در سرعت­ های کم، بازده بهتری دارند. از طرفی، هر اندازه نسبت فشار بیشتر باشد، توربین شعاعی، نسبت به توربین محوری، عملکرد بهتری دارد. در کاربردهای عملی، همواره نسبت فشار بالا با سرعت دورانی کم همراه است. بنابراین با توجه به نسبت فشار بالا در پست­های تقلیل فشار، در خطوط انتقال گاز از توربین­های شعاعی استفاده می­ شود.‌

شکل 1-‌‌3  بازده انواع توربین های شعاعی و محوری بر حسب سرعت دورانی

     نخستین بار لمن[3] و همکاران در سال 2001، پیشنهاد تولید الکتریسیته از طریق بازیابی فشار را ارائه کردند. در طرح پیشنهادی، بجای شیر فشار شکن، از توربین­های انبساطی استفاده شده­ است.‌ توان خروجی این ماشین­ها بین KW75  تا MW25  متغیر است؛ که آنها را برای طیف وسیعی از کاربردها مناسب کرده است. مهم‏ترین کاربرد آنها در صنایع نفت و گاز و در فرآیند تبرید و میعان و همچنین بازیابی فشار لوله­ ها است.

     در سال­های اخیر ارزیابی­های بسیاری پیرامون کارایی توربین­های انبساطی در خطوط انتقال گاز کشور انجام شده­است. بر این اساس، ظرفیت تولید برق در خطوط انتقال گاز طبیعی، با توربین­های انبساطی در حدود MW1500 اعلام شده­ است. این میزان توان الکتریکی به معنای 1.3 میلیارد مترمکعب صرفه‏ جویی در مصرف سالانه­ ی گاز و جلوگیری از ورود 2.4 میلیون تن کربن­ دی­ اکسید به اتمسفر است. مقایسه توان تولیدی توربین انبساطی با توان الکتریکی توربین بادی نشان­دهنده اهمیت فناوری توربین انبساطی است. یک توربین بادی با پره­ای به قطر 50 متر، تنها در حدود MW2.5 توان تولید می­کند، در حالی که توربین انبساطی با قطر ایمپلر[4] cm650، در حدود MW6 توان تولید می­ کند. بنابراین توسعه این فناوری برای کشور بسیار حایز اهمیت است.

     در حال حاضر در سه نیروگاه رامین ، نکا و شهید منتظری طرح نصب توربین انبساطی اجرا شده است. این توربین­ها شعاعی بوده و مطابق شکل 4.1، به صورت موازی با یک شیر ژول-تامسون، در خط لوله انتقال گاز به نیروگاه، نصب می ­شوند. علت این امر افزایش قابلیت اطمینان سیستم و امکان تامین گاز در مواقع تعمیر توربین است.

شکل 1-‌‌4  قرارگیری توربین انبساطی به صورت موازی با شیر فشارشکن ژول-تامسون در پست‏های تقلیل فشار نیروگاه های نکا، رامین و شهید منتظری

     طراحی توربین­های انبساطی سایز کوچک و متوسط (توان بین kw50 تا MW5) با چالش­هایی در طراحی یاتاقان مغناطیسی[5]، انتقال حرارت، آب­بندی و تاثیر عدد رینولدز بر جریان کاری روبروست. در کاربردهای با نسبت فشار بالا، عدد رینولدز در نازل پره توربین، به حد صوتی رسیده و تداخل جریان لایه مرزی در چرخ دوار[6] با موج­های ضربه­ای شکل گرفته در خروجی نازل، موجب افزایش اتلاف می­ شود.

 

 جمع بندی

یک توربین بادی با طول پره 50 متر (توربین باد ساخته شده توسط شرکت مپنا) در حدود 2.5 مگاوات برق تولید می کند. مواردی مانند نصب ژنراتور در ارتفاع، نگهداری تجهیزات، آسیب های زیست محیطی و عملکرد محدود در طول سال که به وزش باد وابسته است، چالش هایی است که اهمیت یک توربین انبساطی صنعتی که تنها 70 سانتی متر قطر دارد و تا 10 مگاوات برق تولید می کند را آشکار می کند.

 

---

[1] Joule-Thomson Valve

[2] Turbo-Expander

[3] Lehman

[4] Impeller

[5] Magnetic Bearing

[6] Wheel

سری جدید موتورهای پیستونی روتکس_Rotax 915 iS

شرکت روتکس برنامه توسعه موتورهای پیستونی سبک دارای توربوشارژر را اولین بار در سال 2014 به محصول رساند. موتور Rotax 915 دارای توربوشارژر و خنک کن است و توان آن نسبت به مدل پایه ی آن یعنی Rotax 912 افزایش چشم گیری داشته است. موارد کاربرد این موتور در هواپیماهای فوق سبک و ارزان، هلیکوپترهای کوچک و همچنین جایروپلن ها است.

این موتور در حال اخذ گواهینامه های پرواز است و مطابق با برنامه در سال 2017 به صورت محصول عرضه خواهد شد. تفاوت های این موتور نسبت به مدل پایه عبارت است از میل لنگ تقویت شده، طراحی مجدد پیستون، جعبه دنده جدید و البته مهمتر از همه توربوشارژر.

مشخصات فنی موتور:

• موتور چهار زمانه با چهار سیلندر
• خنک کن با سیال عامل مایع و هوا
• پیکربندی موتور از نوع افقی تخت(opposed cylinders)
• دارای سیستم الکترونیک تزریق سوخت ، احتراق و ECU پشتیبان
• استارتر الکتریکی
• دارای یک مرحله توربوشارژر به همراه خنک کن
• 2000 ساعت زمان تخمینی بین دو مرحله اورهال
• مصرف سوخت 280-310 g/kWh در دور موتور بهینه 5500 rpm
• سقف پروازی 23000 پا

از ویژگی های منحصربفرد این موتور می توان به حفظ حداکثر توان حین برخاست تا ارتفاع 15000 پا اشاره کرد. این موتور دارای بیشترین نسبت توان به وزن در میان موتورهای هم رده است.

جدول زیر ویژگی های این موتور را نشان می دهد.

 

وزن کل با تمام امکانات	84 کیلوگرم
توان حداکثر	135 اسب بخار
نسبت تراکم توربوشارژر	3.5:1
نوع سوخت	سوخت اتومبیل با اکتان بالا

تاثیر ارتفاع بر عملکرد هواپیماهای پیستون ملخی

هواپیماهای سبک از موتورهای پیستون ملخی کمک می گیرند. یکی از قیدهایی که همواره بر هواپیماهای سبک تحمیل می شود، محدودیت ارتفاع است که توسط موتور تحمیل می شود. افزایش ارتفاع باعث کاهش فشار و چگالی هوا می شود. موتور برای تامین توان مورد انتظار، به فشار مانیفلد (ورودی موتور) معینی که عمدتا فشار سطح دریاست نیاز دارد. با افزایش ارتفاع باید تمهیدی برای جبران این کاهش فشار جست. جبران افت فشار و چگالی باعث می شود که وزن و ابعاد موتور و همچنین خنک کن افزایش یابد. شاید هم نیاز به استفاده از توربوشارژر باشد. می توان تا دو مرحله توربوشارژر برای رسیدن به ارتفاعات بسیار بالا بکار برد.

تصویر زیر نقشه عملکردی یک موتور پیستون ملخی نوعی را نشان می دهد که باید توسط کارخانه سازنده در اختیار مشتری قرار گیرد. به کمک این نقشه می توان اثر ارتفاع، فشار و دمای غیر استاندارد را بر موتور اعمال و توان آن در ارتفاع و دمای غیر استاندارد تعیین کرد.

اما چرا ابعاد و وزن موتور وخنک کن تحت تاثیر ارتفاع قرار دارد؟ پاسخ را در مطلب حاضر ببینید.

P&W چگونه قصد کاهش مصرف سوخت شصت درصدی دارد؟

تا به امروز پیکربندی های متنوعی از هواپیماها طراحی شده است. آنچه امروز مورد توجه است، جانمایی و ترکیب موتور و بدنه است. طرح های مختلفی از نصب موتور در دم، درون بال، پایلون زیر بال و یا حتی روی بال ارائه شده اند. اما آنچه که حتی طراحان با سابقه را شگفت زده کرد، طرح شرکت P&W در نصب نسل جدیدی از موتورهاست که نه تنها پره های فن را از هسته موتور جدا می کند، بلکه هسته ی موتور آن را به صورت زاویه دار . در پشت فن ها قرار می دهد.

 

جنرال الکتریک چگونه بازده سیکل عملکردی موتور خود را افزایش می دهد؟

چالش پره و حرارت!

یکی از مهمترین پارامترهای بهبود بازده سیکل حرارتی برایتون دمای ورودی توربین است. این دما به دلیل محدودیت های سازه ای مقید است. توربین با سرعت دورانی بالا ( rpm 3000 در توربین های زمینی) حرکت می کند. این سرعت دورانی نیروی شعاعی بالایی به پره ها وارد می کند. در چنین شرایطی دمای بالای جریان خواص مکانیکی مواد را تحت تاثیر قرار می دهد. در چنین شرایطی، از مهمترین عوامل خرابی پره های توربین خزش (Creep) و همچنین شکست در اثر خستگی(Fatigue) است.

شرکت جنرال الکتریک برای کنترل حرارت پره های توربین از دو روش کلی استفاده می کند. 

5 دانستنی جالب در مورد تست موتور توربینی

موتورهای هوایی پیش از نصب بر روی هواپیما تست های متعددی را سپری می کنند. پنج نکته ای که شاید دانستن آنها جالب باشد در ادمه آورده شده است.

• تفنگ پرنده

تفنگ پرنده یک لوله ی هوای پرفشار است که پرنده بی جان را به داخل موتور شلیک می کند. این وسیله اولین بار در سال 1950 برای شبیه سازی برخورد پرسرعت پرنده با موتور طراحی شده است. در این تست، پرنده بی جان با ابعاد استاندارد به درون موتور پرتاب می شود.

برای مطالعه بیشتر به ادامه مطلب مراجعه فرمایید.

آماده سازی تجهیزات تست گیربکس در موتورهای اولترافن

شرکت رولز رویس برنامه ساخت موتورهای توربوفن با جریان کنار گذر بسیار بالا (اولترافن) را آغاز کرده است. در این راستا در سال 2014 مقرر شد جهت تست سیستم گیربکس تجهیزات مورد نیاز ساخته شوند. مسئولیت ساخت این تجهیزات به مرکز Dahlewitz در کشور آلمان سپرده شد. مقرر شده است که این مرکز بارهای وارده در حین پرواز و همچنین سازگاری و هماهنگی سیستم گیربکس با فن و کمپرسور را شبیه سازی کند.

موتورهای اولترا فن میروی تراستی معادل با 100000lb  تولید می کنند. گیربکس هایی که در این موتورها کاربرد دارند باید قادر به انتقال 15 الی 80 مگاوات توان باشند. شرکت آلمانی برای آماده سازی تجهیزات لازم و همچنین گیربکس ها، 200 مهندس در زمینه های چرخ دنده دار(دنده ملخی)، دنده مخروطی، درایو-شافت و همچنین در زمینه ی محفظه و ریخته گیری استخدام کرده است.

توضیحاتبیشتر در ادامه مطلب

بوئینگ 747 با 6 موتور

یکی از قابلیت های هواپیمای بوئینگ 747 که تا حدودی نهفته مانده است، توانایی حمل دو موتور اضافی بر روی بالها است. البته در بال مکانیزمی برای انتقال سوخت و یا گرفتن هوای موتور (Bleed Air) تعبیه نشده است و این موتورها نقشی در تولید نیروی پیشران ندارند. برای حمل سریع موتورها به نقاط مختلف بویژه بمنظور انجام تعمیرات، از این امکان هواپیمای 747 می توان بهره برد.

اینجاست که باید هنر بوئینگ در ساخت بال را تحسین کرد. هریک از موتورهای هواپیمای 747 نزدیک به پنج تن وزن دارند که با این حساب هر یک از بالهای این هواپیما پانزده تن موتور حمل می کند که با در نظر گرفتن وزن سیستم ها و البته سوخت درون بال باید بیشتر هم متعجب شد.

مکانیزم عملکرد فلپ در هواپیما

عملکرد فلپ در حین نشست و برخاست مشخص می شود. فلپ با تغییر (افزایش) انحنا و سطح بال ضریب برا را افزایش داده و مسافت نشست و برخاست هواپیما را کاهش می دهد.

اما فلپ ها با چه مکانیزمی عمل می کنند و نحوه باز و جمع شدن انها چگونه است؟

سیستم مبارزه با یخ زدگی بال هواپیما

یکی از مهم ترین چالش های پرواز، بویژه در هواپیماهای بزرگ و مسافربری، یخ زدگی بال در زمستان است. با تجمع بلورهای یخ بر روی سطح بال، علاوه بر ایجاد اختلال در عملکرد سطوح کنترل، شکل آیرودینامیکی بال تغییر کرده و بازده بال به شدت کاهش می یابد. برای اجتناب از این پدیده از روش های گوناگونی بهره برده می شود که مهمترین آنها عبارتند از:

1. شیمیایی
2. پنوماتیکی
3. الکتریکی
4. دمش هوای گرم

توضیحات بیشتر را در ادامه مطلب دنبال کنید.

معیارهای ما در تهیه ی سنسور شتاب سنج

برای کاربرد مورد نظر ما کدام سنسور شتاب سنج مناسب است؟ سنسورهای شتاب مشخصات متفاوتی دارند که بسته به کاربرد مورد نظر ما هریک اهمیت می یابند. از جمله این مشخصات عبارتند از:

 

• آنالوگ یا دیجیتال بودن
• تعداد محور سنجش
• حداکثر دامنه شتاب
• حساسیت
• پهنای باند
• امپدانس/بافرینگ

توضیحات بیشتر را در ادامه مطلب دنبال کنید.

جایگاه سنسورهای ممز (MEMS) در سیستم های ناوبری

در حالت کلی دو نوع سیستم Inertial Navigation Systems)INS) تعریف شده است.

• Gimbaled: این نوع INSها عملکرد مکانیکی دارند و بر اساس قانون ژیروسکوپی کار می کنند. برای عملکردهای با دقت و سرعت بالا که قابلیت اطمینان بسیار اهمیت دارد، از این نوع سیستم ها استفاده می شود.

• StrapDown: این نوع سیستم های ناوبری با بکار بردن سنسورهای الکترونیکی و ترکیب آنها با مدارهای الکتریکی عمل می کنند. برای کاربردهایی که دقت بسیار بالا مورد نیاز نیست و یا با قید هزینه روبرو هستیم، از این نوع سنسورها استفاده می شود. اغلب هواپیماها الکتریکی سبک، خودروهای پیشرفته و حتی قایق ها از این نوع INS ها بهره می برند. 

نقطه ی اشتراک مهندسی هوافضا و سنسورهای ممز همان سیستم های INS از نوع StrapDown است. این سنسورها در تعیین شتابها و نرخ های زاویه ای جسم پرنده در دستگاه بدنی نقش ایفا می کنند. در ادامه ی مطلب به آشنایی بیشتری نسبت به این سنسورها دست خواهید یافت.

ضربه قوچ(Water hammer)

 

    ضربه ی قوچ معمولا با صدای محکم و تلپ تلپ شناخته می شود. این پدیده همچون جریانی به نظر       می رسد که در لوله ی آب به هم ریختگی و آشفتگی ایجاد می کند. ضربه ی قوچ در اثر تغییر ناگهانی سرعت جریان روی می دهد.

 

برای اطلاعات بیشتر به ادامه ی مطلب مراجعه کنید.

 

 

 

تولید مقطع بال هواپیما در کتیا

مقاطع بال هواپیما به صورت نقاط مختصات به سادگی از مراجع اینترنتی و یا نرم افزارها قابل استخراج هستند. برای تولید بال هواپیما در کتیا باید این نقاط را به محیط نرم افزار انتقال دهیم.

”بزودی تکمیل خواهد شد”

عیب یابی رسم دو بعدی در کتیا

مشکلی که بویژه تازه کارها رو خیلی ازار میده خطایی است که عمدتا در اثر باز بودن شکل هندسی نشان داده میشه. در Catia و البته خیلی از نرم افزارهای مشابه شما نمی تونید یک شکل هندسی دو بعدی باز رو ،مثلا، Extrud کنید. برای پیدا کردن محل شکاف در شکل باید به ترتیب زیر عمل کنید:

”بزودی تکمیل خواهد شد”

ارتباط با ماهواره (SATCOM)

ستکام سیستمی از هواپیما  است که تبادل اطلاعات و انتقال داده با ماهواره را به عهده دارد. برای ایجاد امکان برقراری ارتباط مستقیم و هماهنگی با سایر خطوط هوایی, از این سیستم کمک گرفته می شود. این سیستم در پهپادها چالشی جدی است. انتن ستکام باید در خط دید ماهواره قرار گیرد. 

این سیستم برای انتقال اطلاعات نیاز به انرژی بالایی دارد که تامین ان برای یک هواپیمای سبک به سادگی مقدور نیست. نکته جالب توجه این است که هراندازه قطر انتن ستکام بیشتر می شود مصرف ان کاهش می یابد. اما نمی توان قطر را بیش از حد بزرگ کرد، چراکه در این صورت صرفه جویی خود در مصرف توان را باید در خنثی کردن درگ ناشی از شکل نامناسب هواپیما_ که انتن تحمیل کرده است_مصرف کنیم.

سیستم های تشخیص

سیستم های تشخیص، امروزه در اغلب هواپیماهایی که هدف پایش دارند، بکار می روند. در این سیستم ها به کمک سنسورهای الکترو اپتیکی و مادون قرمز عمل می کنند. برخی از این سنسورها با توجه به ماموریت هواپیما، دارای لیزرهای آشکارساز، اشاره گر، فاصله یاب هستند.

wind tunnel testing 1

این، فیلمی دیدنی از تست تونل باد شرکت مرسدس بنز است که برای تحلیل جریان های پیرامون خودرو  انجام شده است. در این فیلم اثر اسپویلر در جریان هوای پشت خودرو مشخص است.

نکته اینکه جریانی که توسط دود مشخص می شود، محدود به این خطوط جریان نیست و در تمام پیرامون خودرو به همین شکل وجود دارد و با جابجا کردن لوله ی دود، سایر خطوط جریان نیز آشکار می شوند.  

 

دریافت فایل
سایز: 17.7 مگابایت

wind tunnel

wind tunnel(تونل باد)

   تونل باد ابزاری است که با کمک آن اثر آیرودینامیکی جریان هوای عبوری از روی یک جسم  مانند هواپیما، خودرو، موشک و ... را مطالعه می کنند. در تونل های باد از طریق فن هایی بزرگ و پرقدرت جریان پایایی ایجاد می شود. جسم مورد آزمایش با سنسورهای حساسی احاطه شده است که ویژگی های جریان(دما،فشار،چگالی،سرعت و ...)را به طور دقیق گزارش می کند.

   در تونل باد گاهی خطوط جریان را با استفاده از دود یا سایر موادی که اثر چندانی بر ویژگی های جریان ندارند آشکار می سازند. برای آزمایش اجسام بزرگ گاهی از تونل های بزرگ استفاده می شود، اما ازآنجا که این کار پرهزینه است، بیشتر اوقات مدلی از جسم مورد آزمایش در تونل قرار داده می شود و از طریق رایانه ها به جسم واقعی شبیه سازی می شود.