پاییز و زمستان 93 قیمت: 15/000 تومان

Transcript

1 فصلنامهعلوم فنون و مدیریت توربین ماشین شماره 4 4 م اشين ن توربي پاییز و زمستان 93 قیمت: 15/000 تومان تحویل توربین گاز ارتقا یافته صد درصد ساخت داخل به وزارت نفت ارتقای سیستم خنک کاری محفظه احتراق توربین گاز سوالر سنتار گزارش مراسم انتخاب چهره ماندگار صنعت معدن و تجارت ایران تولید اقتصادی آب شیرین با استفاده از توربینهای گاز

2

3 یا مقل ب ا لقلوب و االبصار یا یا مدرب ا لل ی ل و النهار مح ول ا لح ول و االحوال حول حالنا الى ا حس ن الحال گروه توربين ماشين خاورميانه سالي پر از شادماني سالمتي و پيروزي براي شما آرزومند است پاییزو زمستان 3 93

4 93 زمستان پاییزو ماشین توربین مدیریت فنونو فصلنامهعلوم 4 سرمقاله باید هستیساز نقش ماندنی برجا نقش مشیری فریدون را.../ تو دارد جاودان هم جهان خود جان چو تا نشریه شماره چهارمین انتشار و خاورمیانه ماشین توربین شرکت کارکنان مداوم فعالیت سال یک پایان در 93 سال شماره آخرین همت به اتکا با که شد متولد نشریهای 92 سال پاییز سرد روزهای در شماست. روی پیش ماشین توربین مدیریت و فنون علوم شایسته و ممتاز جایگاهی پتروشیمی و گاز نفت صنعت عرصه تولیدکنندگان و صنعتگران میان در سرعت به گروهی تالش و گشت. بدل اعتماد قابل و شده شناخته نشریهای به شد می تصور چه آن از تر سریع و یافت همیشگی مخاطبان و پتروشیمی گاز نفت صنعت اهالی اعتماد مرهون ماشین توربین مدیریت و فنون علوم نشریه سریع توسعه رهانیدهاند. سکون و رکود منجالب در شدن گرفتار از را مجموعه این سازنده انتقادات و پیشنهادات با همواره که است بوده آن دیگر مجالت بسیار رااز ماشین«توربین مدیریت و فنون»علوم که عواملیاست جمله نشریهاز ظاهر و محتوا در نوآوری و خالقیت ماشینهای صنعت ضروری مطلوبنیازهای سویارائه رسانهبه گردانندگاناین رویکرد ساختهاست. متمایز دوار ماشینهای صنعت است. بوده آنان کار دستور در همواره بصری کیفیت و محتوا مداوم ارتقای گذشته آن انتشار از که شمارهای چهار طی و بوده دوار و طلیعهداران از کوچکی نماینده بهعنوان که دارند امید نشریه این اندرکاران دست کلیه و تحریریه هیات سردبیر مسئول مدیر نشیبهای و فراز و تنگناها در دنیا روز تکنولوژی با شانه به شانه که دوار ماشینهای حوزه در داخل ساخت و بومیسازی حرکت بانیان دستاوردهای انعکاس برای باشند رسانهای اطالعرسانی حوزه در بتوانند تالشند در کشور کار و کسب و صنعتی فضای بر حاکم است. مانده مغفول عمدتا که دوار ماشینهای زمینه در کشور صنعت فعاالن ارزشمند و بتازیم پیش هم با همه تکنولوژیک و حساس صنعت این عرصه در میتوانیم یکدیگر دست در دست که باوریم این بر همواره ما میرویم بهار بهاستقبال واینک ندارد را ما همکاری و همدلی خروشان موج برابر در مقاومت یارای سختیها و مشکالت سد یاز هیچ باشد. عزیزمان میهن پایدار توسعه عرصه در نو شکوفههای از پر بهاری است امید انسان پرشکوه هيات به شدم زاده ما هيات به من بنشينم پروانه رنگينکمان تماشاي به گياه بهار در تا بشنوم را دريا هيبت و دريابم را کوه غرور دهم معنا خويش فرصت و همت قدر به را جهان و شاملو احمد است.../ وظيفه دشواری انسان برای را خویش تالش نهایت و کرده رصد را موجود مشکالت و نواقص همچنان شماره چهار گذشت از پس اگرچه اینکه سخن آخر ضروری کمنقص مجموعهای ارائه در نشریه همراه مخاطبان شما رهنمودهای بیشک اما میگیریم کار به آن رساندن حداقل به زا را ما که است خرد جمعی««سرمایهمان میدانیم و هستیم دوستان شما راهگشاییهای و راهنماییها راه به چشم بود. خواهد نمیدارد. باز تکاپويي و تالش هیچ سردبیري شوراي

5 Science, Technology Turbine & Management Science,Technology & Management Machine ارتقای توربین گاز سوالر سنتار با بهرهگیری از روش تزریق بخار تقی هوشیاری کاوه قربانیان مطالعه دینامیک روتور توربین بخار به کمک روش المان محدود زهرا محمدی امير آگهی چرا شهرکهای صنعتی باید از CHP استفاده کنند پدرام حنفیزاده جوانشیر فوالدوند ارتقای سیستم خنککاری محفظه احتراق توربین گاز سوالر سنتار زهرا مشایخی پریسه هدایتی ارشیا تافته مدلسازی صحتسنجی و بررسی پارامترهای موثر در شبیهسازی سهبعدی قاسم مصیبی مینا وحیدی جوش پذیری فوالد زنگنزن 17-4PH در ساخت پروانه کمپرسور گریز از مرکز مرتضی گرجی شرکت تامین کاالی توربین ماشین خاورمیانه شفاحسینینژاد پوشش قطعات کمپرسور در توربین های گاز الناز میرطاهری شهاب میرآقائی بهبود سازگاری توربین توان با توجه به دمای محیطي تقی هوشیاری پریسه هدایتی محمد سیفی ارشیا تافته مصاحبه با جناب آقای مهندس نصرت اهلل سلیمانی مجری پروژههای ساخت ماشینآالت فرآیندی شرکت مناطق نفتخیز جنوب گردهمایی دورهای مدیران و کارکنان گروه توربینماشین خاورمیانه انجام تحلیلهای مهندسی ارتقای توربین دستيابي به دانش فني اعمال پوششهاي آلومينايدي چهره ماندگار صنعت معدن و تجارت ایران چهارمین کنفرانس بینالمللی و هشتمین کنفرانس ملی مدیریت رونمایی از کتاب و فیلم 5000 سال مهندسی ایران گردهمایی در سالن کنفرانس پتروشیمی بندر امام يازدهمين نمايشگاه بينالمللي انرژي كيش بازدید از نمایشگاه A DIPEC 2014 پانزدهمین نمایشگاه دستاوردهای پژوهش و فناوری ایران ششمین نمایشگاه تخصصی صنعت نفت خوزستان تولید اقتصادی آب شیرین با استفاده از توربینهای گاز تدوین برنامه 5 ساله بومیسازی تجهیزات مورد نیاز مناطق نفتخیز فصلنامه توربین ماشین علوم فنونو مدیریت شماره 4 پاييز و زمستان ۹3 شماره پیاپی: 4 قیمت: 15/000 تومان صاحب امتیاز: توربین ماشین خاورمیانه مدیرمسئول: حسن هاللی زير نظر شوراي سردبیري مدیر اجرایی: حسن مجیدپور گروه اجرایی: سارا جوادزاده حامد محدث دیلمی همکاران تحریریه در این شماره: امیر آگهی ارشیا تافته شفا حسینینژاد پدرام حنفیزاده محمد سیفی جوانشیر فوالدوند کاوه قربانیان مرتضی گرجی زهرا محمدی زهرا مشایخی قاسم مصیبی شهاب میرآقائی الناز میرطاهری مینا وحیدی پریسه هدایتی تقی هوشیاری گرافیک و صفحه آرایی: خانه نو تلفن: مدیر هنری: محمد رضا لري چي چاپ : آئین چاپ تلفکس: کد پستی: صندوق پستی: آدرس: تهران سعادت آباد بلوار دریا خیابان رامشه کوچه توحید 5 غربی پالک 11A ارسال مقاالت: از نویسندگان و پژوهشگران محترم تقاضا میشود مقاالت خود در حوزه محتوایی نشریه را به آدرس الکترونیکی: magazine@turbinemachine.com ارسال کنند. بدیهی است که نشریه در انتخاب و تلخیص مطالب آزاد است اشتراک: برای اشتراک فصلنامه توربین ماشین با شماره تلفن تماس بگیرید و یا با آدرس پست الکترونیک info@turbinemachinemagazine.com مکاتبه فرمایید.همکاران ما نشریه را بالفاصله پس از انتشار در هر دوره برای شما ارسال خواهند کرد پاییزو زمستان 5 93

6 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 6 ارتقای توربین گاز سوالر سنتار با بهرهگیری از روش تزریق بخار 2 در حال حاضر راه حلهای متفاوتی در زمینه افزایش بازدهی توربین گاز مطرح است و در صنعت از آنها بهره گرفته تقی هوشیاری 1 کاوه قربانیان میشود اما براساس مطالعات انجام شده یکی از ساده ترین و کم هزینهترین راه حلهای موجود استفاده از تزریق بخار آب در توربین گاز است. در این روش با استفاده از گرمای گازهای خروجی بخار آب تولید شده و به داخل مسیر اصلی جریان توربین گاز تزریق میشود. تزریق بخار موجب افزایش نسبت فشار سیکل دبی جرمی و گرمای ویژه سیال می شود لذا توان خروجی را افزایش میدهد. همچنین سطح آالینده اکسید نیتروژن را کاهش و کارایی خنک کاری در پره های توربین را افزایش میدهد. استفاده از تزریق بخار در توربینهای گاز به عنوان روشی کارا برای افزایش توان خروجی و بازده ترمودینامیکی و همچنین کاهش سطح آالیندگی این موتورها مطرح است. شماتیک توربین گاز مجهز به سیستم تزریق بخار در شکل یکنشان داده شده است. در این سیستم آببهعنوان سیالکاری دوم در ابتدایورودبه سیکل از یکپمپعبورکردهکه دبی موردنیاز را تامین میکند.درادامهآبفشردهشدهواردمبدلحرارتیشدهوباجذبحرارتموجوددرگازهایخروجیازتوربین بهبخارفوقاشباعتبدیل میشود. 1: تقی هوشیاری: واحد مهندسي توربين شرکت مديريت پروژههاي توربين ارکان ايرانيان 2: کاوه قربانیان: نائب رئيس هیات مديره شرکت توربين ماشين خاورميانه

7 Science, Technology & Management»» تصویر 1. شماتیک توربینگاز به همراه سیستم تزریق بخار تصویر 3.تغییرات محدوده پایداری کمپرسور تحت اثر تزریق بخار تصویر 2. تغییرات بازده ترمودینامیکی تحت اثر تزریق بخار تصویر 4. تغییر توان تحت اثر تزریق بخار و با اعمال محدودیت بیشینه دما»» به منظور تزریق بخار در محفظه احتراق الزم است تمهیداتی از جمله جانمایی و اضافه کردن نازلهای تزریق بخار به داخل محفظه صورت پذیرد. نکته قابل توجه در این قسمت نحوه چیدمان و همچنین الگوی پاشش نازلهای تزریق بخار است. این موارد بهگونهای تعیین میشوند که پایداری شعله در محفظه را تحت تاثیر قرار نداده و در کنار آن موجب کاهش میزان آالیندههای تولیدی محفظه نیز بشوند. در مواردی نیز به جای تزریق مستقیم بخار مخلوط بخار و سوخت را وارد محفظه میکنند. در این جدول. 1 مشخصات سیستم تولید بخار در توربین گاز سوالر سنتار نرخ تولید بخار )kg/s( دمای بخار ) C( فشار بخار )bar( دمای گاز خروجی ) C( صورت وجود بخار آب در سوخت موجب کاهش دمای شعله و در نهایت کاهش تولید آالینده اکسید نیتروژن در آن میشود. در این مقاله به بررسی اثر استفاده از سیستم تزریق بخار به عنوان روشی به منظور ارتقای توربین گاز سوالر سنتار پرداخته شده است. براساس طراحی انجام شده برای سیستم بازیاب حرارت توربین گاز سوالر سنتار این سیستم قادر است در هر ثانیه 2/78 کیلوگرم بخار فوقاشباع با دمای 180 درجه سانتیگراد تولید کند. مشخصات این سیستم در جدول يک ارائه شده است. بخار فوق اشباع تولید شده در این سیستم کیفیت مورد نیاز برای تزریق در توربین گاز را داراست. بنابراين تمام یا بخشی از این بخار میتواند به داخل توربین گاز تزریق شود. در توربین گاز یک مقدار بیشینه برای دبی جرمی بخار تزریقی وجود دارد که بر اساس محدوده پایداری کمپرسور بیشینه دور مجاز توربین مولد گاز در توربین گازهای دوشفت و همچنین محدودیتهای مکانیکی تعیین میشود که در توربینهای گاز مختلف متفاوت است. در این راستا عملکرد سیکل توربین گاز سوالر سنتار به همراه رفتار آیرو-ترمودینامیکی توربین محوری مورد بررسی قرار گرفته است. تزریق بخار در توربین گاز سوالر سنتار دوشفت در توربینهای گاز دو شفت توربین توان بهصورت مکانیکی به توربین مولد گاز متصل نشده است. بنابراین سرعت توربین مولد گاز برخالف حالت تکشفت به صورت مستقیم 2/ پاییزو زمستان 7 93

8 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 8»» تصویر 5.سهم پارامترهای موثر در تغییر توان با اعمال سناریوی اول تصویر 7.تغییرات دمای ورودی به توربین و سرعت مولد گاز در سناریوی اول تصویر 6.سهم پارامترهای موثر در تغییر توان با اعمال سناریوی دوم تصویر 8.تغییرات دمای ورودی به توربین و سرعت مولد گاز در سناریوی دوم»» سیستم کنترلی در توربین گاز سوالر سنتار در هر لحظه دور موتور و دمای گاز خروجی از محفظهی احتراق را تحت نظر دارد و اجازه عبور مقادیر این پارامترها را از مقدار مجاز تعیین شده نمیدهد قابل کنترل نیست و بر اساس میزان بارگذاری روی موتور تعیین میشود. در صورتی که به توان خروجی بیشتر نیاز باشد شیر کنترل سوخت اجازه میدهد که سوخت بیشتری وارد محفظه احتراق شود. این عمل موجب افزایش سرعت توربین مولد گاز و همچنین افزایش دمای خروجی محفظه احتراق می شودکه در نهایت به بیشتر شدن توان خروجی توربین تولید توان میانجامد. با توجه به محدودیت های مکانیکی و سازهای سرعت توربین مولد گاز و دمای گازهای خروجی از محفظه احتراق دارای یک مقدار بیشینه هستند که تجاوز از آنها در بلندمدت منجر به وارد آمدن صدمات به توربین میشود. نحوه اعمال این محدودیتها بر عملکرد موتور به دمای محیط بارهای جانبی و هندسه توربین )به طور خاص نازل اول توربین تولید توان( وابسته است. بر این اساس در شبیهسازی عملکرد توربین گاز این دو پارامتر به عنوان پارامترهای محدودکننده درنظر گرفته شدهاند. با درنظر گرفتن این دو محدودیت دو سناریوی متفاوت به منظور تزریق بخار در توربین گاز درنظر گرفته شده است. در سناریوی اول هر دو پارامتر محدودکننده به صورت همزمان در نظر گرفته شدهاند. سیستم کنترلی در توربین گاز سوالر سنتار در هر لحظه دور موتور و دمای گاز خروجی از محفظه احتراق را تحت نظر دارد و اجازه عبور مقادیر این پارامترها را از مقدار مجاز تعیین شده نمیدهد. با انجام شبیهسازی در قالب این سناریو اثر تزریق بخار بر موتور واقعی بدون اعمال هیچگونه تغییر در سیستم کنترلی یا هندسه اجزا مورد بررسی قرار گرفته است. در سناریوی دوم تنها دمای خروجی از محفظه احتراق به عنوان پارامتر محدود کننده در نظر گرفته شده است و از اعمال محدودیت در دور توربین مولد گاز صرفنظر شده است. با در نظر گرفتن این شرایط پتانسیل تولید توان توربین گاز تحت اثر تزریق بخار

9 Science, Technology & Management»» تصویر 9.تغییر بازده آیزنتروپیک توربین مولد گاز تحت اثر تزریق بخار تصویر 11.تغییرات عدد ماج جریان تحت اثر تزریق بخار تصویر 10.تغییر بازده آیزنتروپیک توربین تولید توان تحت اثر تزریق بخار تصویر 12. تغییرات گلوگاه نازل توربین توان به منظور ایجاد سازگاری»» و بدون اعمال تغییرات هندسی در اجزا قابل محاسبه است. در ادامه به بررسی اثر استفاده از سیستم تزریق بخار در توربین گاز سوالر سنتار و اعمال این دو سناریو پرداخته شده است. تحلیل پارامترهای عملکردی توربین گاز چگونگی تغییر در بازده ترمودینامیکی توربین گاز تحت اثر تزریق بخار در نمودار شکل 2 ارائه شده است. همانطور که مشاهده میشود با استفاده از تزریق بخار بازده ترمودینامیکی افزایش مییابد و مقدار بخار تزریق شده در این افزایش اثر مثبت دارد. همچنین با انتخاب هریک از سناریوهای مختلف افزایش بازده در محدوده یکسانی اتفاق میافتد. به عنوان مثال با تزریق بخار به میزان 10 درصد دبی جریان اصلی بازده ترمودینامیکی حدود 4 درصد افزایش مییابد. اثر تزریق بخار بر محدوده پایداری کمپرسور در شکل 3 نشان داده شده است. بر این اساس در اثر تزریق بخار محدوده پایداری کمپرسور کاهش مییابد اما با توجه به بزرگ بودن این محدوده در توربین گاز سوالر سنتار محدودیتی در زمینه ناپایداری کمپرسور تحت اثر تزریق بخار وجود نخواهد داشت و با تزریق تمامی بخار قابل تولید به داخل موتور از حاشیه پایداری تنها حدود 20 درصد کاسته میشود. البته محدوده ناپایداری کمپرسور با صرف نظر کردن از محدودیت سرعت توربین مولد گاز در سناریوی دوم نسبت به شرایط اعمالی در سناریوی اول کاهش بیشتری مییابد. تغییرات توان خروجی بر اساس دبی بخار تزریقی در نمودار شکل 4 ارائه شده است. بر این اساس تزریق بخار در توان خروجی توربین گاز اثر مثبت دارد. با این وجود تفاوت چشمگیری در تغییرات توان خروجی با اعمال دو سناریوی مختلف مشاهده میشود. این تفاوت به گونهای است که با تزریق بخار به میزان 10 درصد دبی جریان هوا و اعمال شرایط سناریوی اول توان محدوده ناپایداری کمپرسور با صرف نظر کردن از محدودیت سرعت توربین مولد گاز در سناریوی دوم نسبت به شرایط اعمالی در سناریوی اول کاهش بیشتری مییابد پاییزو زمستان 9 93

10 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 10»» تصویر 13. تغییر بازده ترمودینامیک توربین گاز تحت اثر تزریق بخار تصویر 15. تغییر توان خروجی توربین گاز تحت اثر تزریق بخار و اعمال سازگاری تصویر 14.تغییر در محدودهی پایداری کمپرسور تحت اثر تزریق بخار تصویر 16. جزئیات تغییر توان خروجی توربین تحت اثر تزریق بخار و اعمال سازگاری»» تغییرات دمای ورودی به توربین و همچنین دور توربین مولد توان تحت اثر تزریق بخار در شکل 7 و شکل 8 نشان داده شده است خروجی حدود 4 درصد افزایش مییابد. اما با صرف نظر از محدودیت دور توربین مولد گاز و اعمال شرایط سناریوی دوم افزایش توان خروجی بیش از 55 درصد خواهد بود. چگونگی ایجاد این تفاوت در توان خروجی با بررسی عوامل مؤثر در تولید توان قابل بررسی است. توان خروجی توربین با پارامترهای دمای ورودی به توربین نسبت فشار دبی جرمی گاز و ظرفیت گرمایی ویژه سیال ارتباط مستقیم دارد. تاثیر این پارامترها بر تغییرات توان تحتاثر تزریق بخار و اعمال سناریوهای اول و دوم به ترتیب در شکل 5 و 6 نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میشود افزایش در دبی جریان و ظرفیت حرارتی گاز تحت اثر تزریق بخار تاثیر مثبتی در توان خروجی دارند. همچنین بهواسطه افزایش نسبت فشار کمپرسور نسبت فشار موثر در توان خروجی توربین تولید توان نیز موجب افزایش توان خروجی میشود. با این وجود در سناریوی اول تزریق بخار اثر دمای ورودی به توربین منفی است که یکی از عوامل کم بودن تغییرات توان در این شرایط است. تغییرات دمای ورودی به توربین و همچنین دور توربین مولد توان تحت اثر تزریق بخار در شکل 7 و 8 نشان داده شده است. بر اساس نمودارهای ارائه شده با اعمال سناریوی اول اگرچه محدودیت دور توربین مولد گاز حفظ میشود اما دمای ورودی به توربین به میزان قابل توجهی کاهش مییابد. این کاهش دما عالوه بر اثرات منفی بر سیستم بازیاب حرارت و تولید بخار موجب از دست رفتن بخشی از پتانسیل توربین گاز در تولید توان میشود. از طرفی با اعمال شرایط سناریوی دوم دور توربین مولد گاز از مقدار مجاز بسیار بیشتر میشود و بهعنوان محدودیتی در تزریق بخار با این سناریو مطرح است. تحلیل بازده توربین محوری با تزریق بخار بازده توربین نیز تحت تاثیر قرار

11 Science, Technology & Management» تصویر 18.تغییردمایکارینازلتوربینتولیدتوانتحتاثرتزریق تصویر 17. نمودار توزیع دمای میانگین در توربین تحت اثر تزریق و اعمال تصحیحات هندسی بخار«میگیرد. تغییرات ایجاد شده در بازده توربین با اعمال سناریوهای مختلف در شکل 9 و 10 نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میشود با اعمال شرایط تزریق بخار در سناریوی دوم بازده توربین تولید توان به میزان قابل مالحظهای کاهش مییابد. این تغییر در بازده توربین تولید توان در حالی است که بازده توربین مولد گاز تغییر چندانی نمیکند. به منظور بررسی عوامل مؤثر در کاهش بازده توربین تولید توان جزيیات جریان عبوری از توربین تحت اثر تزریق بخار مورد بررسی قرار گرفته است که در شکل 11 نشان داده شده است. با توجه به نتایج به دست آمده در اثر تزریق بخار و اعمال سناریوی دوم میانگین عدد ماخ در خروجی روتور توربین تولید توان حدود 15 درصد افزایش مییابد و در برخی نواحی عدد ماخ تا مقدار 1/5 میرسد. این امر موجب افزایش تلفات ناشی از انبساط فراصوتی در روتور توربین تولید توان میشود که عامل اصلی کاهش بازدهی این بخش است. با توجه به نتایج بررسیهای انجام شده با اعمال هریک از سناریوهای تزریق بخار توان و بازده توربین گاز بهبود مییابد. با این وجود در استفاده از هر سناریو محدودیتهایی وجود دارد. با اعمال تزریق بخار بر مبنای سناریوی اول دمای ورودی به توربین گاز کاهش مییابد که در عملکرد سیستم بازیاب حرارت و تولید بخار اثر منفی دارد و همچنین موجب از دست رفتن بخشی از پتانسیل توربین گاز در تولید توان میشود. از طرفی با اعمال سناریوی دوم دور توربین مولد گاز از مقدار مجاز فراتر میرود و همچنین بازده توربین تولید توان نیز کاهش چشمگیری مییابد. به منظور بررسی عوامل مؤثر در کاهش بازده توربین تولید توان جزيیات جریان عبوری از توربین تحت اثر تزریق بخار مورد بررسی قرار گرفته که در شکل 11 نشان داده شده است جدول. 2 اثر تزریق بخار در توربین گاز سوالر سنتار سیکل ساده تزریق سناریو 1 تزریق سناریو 2 تزریق سناریو نسبت دبی بخار به دبی هوا )درصد( توان خروجی )درصد( 32/3 31/7 31/8 27/4 بازده توربین گاز )درصد( تغییر محدوده ناپایداری کمپرسور )درصد( دبی جرمی هوا )درصد( 10/4 11/8 9/7 9/3 نسبت فشار کمپرسور دور مولد گاز )درصد( دمای ورودی به توربین )C( 3/ تغییر زاویه نازل ) PT ) پاییزو زمستان 11 93

12 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 12 بر اساس تحلیلهای صورت گرفته با تزریق بخار برمبنای هریک از سناریوهای عنوان شده محدودیتهایی وجود خواهد داشت تغییر سازگاری توربین تولید توان بر اساس تحلیلهای صورت گرفته با تزریق بخار بر مبنای هریک از سناریوهای عنوان شده محدودیتهایی وجود خواهد داشت. لذا سناریوی دیگری تعریف شده است که عالوه بر دارا بودن مزایای هریک از دو سناریوی قبل محدودیتهای آنها را در بر نداشته باشد. در توربینهای گاز دوشفت سازگاری توربین تولید توان و توربین مولد تاثیر بسزایی در عملکرد توربین گاز تحت اثر تزریق بخار دارد. با در نظر گرفتن این واقعیت ظرفیت توربین تولید توان در شرایط تزریق بخار تغییر داده شده است تا بهترین عملکرد در شرایط تزریق حاصل شود. چگونگی اعمال تغییر ظرفیت توربین تولید توان در شرایط تزریق بخار با استفاده از کد یکبعدی تحلیل مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور زاویه نصب نازل به عنوان پارامتر متغیر در یک حلقه تکرار قرار گرفته است تا تغییر ظرفیت مورد نیاز با توجه به شبیهساز توربین گاز تامین شود. بر اساس تحلیلهای انجام شده برای تغییر ظرفیت توربین تولید توان مساحت گلوگاه نازل ردیف اول توربین تولید توان بایدبا توجه به نمودار شکل 12 تغییر کند. همانطور که مشاهده میشود به منظور دستیابی به شرایط مورد نظر مساحت گلوگاه بایستی کاهش یابد. با اعمال تغییر ظرفیت در توربین توان و تزریق بخار در توربین گاز بازده ترمودینامیکی توربین گاز مورد بررسی قرار گرفته است. شکل 13

13 Science, Technology & Management با تغییر مساحت گلوگاه نازل و اعمال شرایط تزریق بخار توان خروجی توربین تولید توان به صورت شکل 15 تغییر میکند. همانطور که مشاهده میشود با تزریق بخار توان خروجی افزایش قابل مالحظهای مییابد. این افزایش توان در محدودهی افزایش توان ایجاد شده تحت تزریق بخار در سناریوی 2 است تغییرات بازده توربین گاز را در شرایط تزریق بخار با توجه به اعمال سازگاری جدید نشان می دهد. همانطور که مشاهده میشود با اعمال تغییر ظرفیت مناسب در توربین تولید توان بازده ترمودینامیکی افزایش مییابد. همچنین محدوده پایداری کمپرسور به عنوان پارامتر تاثیرگذار در تزریق بخار مورد ارزیابی قرار گرفته است. همانطور که در شکل 14 نشان داده شده است با اعمال تزریق بخار و تغییر ظرفیت توربین توان محدوده پایداری کمپرسور بیشتر کاهش مییابد. اما با توجه به بزرگ بودن این محدوده برای توربین گاز مورد نظر در بدترین شرایط نیز همچنان کمپرسور با حاشیه بیش از 20 درصدی در محدوده پایداری قرار دارد. با تغییر مساحت گلوگاه نازل و اعمال شرایط تزریق بخار توان خروجی توربین تولید توان به صورت شکل 15 تغییر میکند. همانطور که مشاهده میشود با تزریق بخار توان خروجی افزایش قابل مالحظهای مییابد. این افزایش توان در محدوده افزایش توان ایجاد شده تحت تزریق بخار در سناریوی 2 است. چگونگی تغییرات توان خروجی در شکل 16 نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میشود بیشترین تاثیر در تغییر توان خروجی به واسطه افزایش نسبت فشار توربین اتفاق افتاده است. در واقع با تغییر سازگاری توربین تولید توان نسبت فشار توربین مولد گاز کاهش مییابد و فشار مازاد تولید شده توسط کمپرسور در توربین توان صرف تولید کار مفید خروجی میشود. توزیع دمای میانگین در توربین تحت اثر تغییر دما و تغییر ظرفیت توربین تولید توان در شکل 17 نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میشود با وجود ثابت بودن دما در طول توربین مولد گاز دمای میانگین در ورودی توربین تولید توان حدود 25 درجه افزایش مییابد. این تغییر به واسطه تغییر نسبت فشار در توربین مولد گاز صورت گرفته و در اثر تصحیح سازگاری ایجاد شده است. بیشترین تغییر در دمای کاری نازل توربین تولید توان دیده میشود که در شکل 18 نشان داده شده است. جمعبندی در این مقاله تاثیر استفاده از سیستم تزریق بخار در بهبود عملکرد توربین گاز سوالر سنتار دوشفت بررسی شد. نتایج تحلیلهای صورت گرفته برای تزریق بخار به میزان 10 درصد دبی جریان هوای اصلی در جدول 2 آمده است. همانطور که مشاهده میشود با تزریق بخار و اعمال سازگاری جدید در توربین تولید توان توان خروجی و بازده ترمودینامیکی توربین گاز بهبود مییابد. پاییزو زمستان 13 93

14 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 14 تصویر 1. روتور توربین بخار زیمنس تصویر 3. مدل شفت و دیسک با در نظر گرفتن دمپر در محل بیرینگ ]API-684[»»»» تصویر 2.مدل بیرینگ در صفحه عمود بر شفت تصویر 4.مدل شفت و بیرینگ در نرم افزار ANSYS مطالعه دینامیک روتور توربین بخار به کمک روش المان محدود 2 زهرا محمدی 1 امير آگهی مقدمه دینامیک روتور یکیاز شاخه های مهم در مهندسی است که به بررسی ارتعاشات جانبی و پیچشی میپردازد. شفت دیسک پره بیرینگ ها و آببندهااز اجزاي مهم دراین سیستم دینامیکی هستند. اجزاي دواراین سیستم شامل پره شفت و دیسکاست که در آنالیز دینامیکی روتور به بررسی رفتار ارتعاشاتی ایناجزای چرخشی پرداخته می شود. معرفی مسئله هدف از انجام این پژوهش یافتن سرعت بحرانی شفت توربین آنالیز رفتار پره های هر ردیف در محدوده سرعت کاری و بررسی احتمال پدیده رزونانس در پره ها است. برای دستیابی به اهداف عنوان شدهاز آنالیز مدال بهره گرفته شدهاست. آنالیز مودال رفتار دینامیکی و حرکات سازه مکانیکی که تحت تاثیر نیروهای محیطی دارای تغییر شکل و ارتعاش هستند را بررسی می کند. در این پژوهش برای یافتن سرعت بحرانی شفت تحلیل رفتار پرهها و بررسیاحتمال پدیده رزونانس در پره ها از آنالیز مودال استفاده شده است. تحلیل دینامیکی سازه های پیچیده بسیار دشوار می باشد. مدل ها بر پایه روش های عددی شامل اجزاي محدود در این زمینه به خوبی می تواند کاربردی باشد. استفاده از نرم افزارهای اجزاي محدود همانند ANSYS در انجام این گونه تحلیل ها می تواند بسیار کارآمد باشد. توربین زیمنس 1100K سرعت کاری این توربین حدود 7000 rpm که ماکزیمم مقدار آن برابر 8090 rpm است. در جدول زیر برخی از مشخصات توربین بخار زیمنس آورده شدهاست: تحلیل روتور تحلیل شفت برای بررسی دینامیک شفت مدل های متفاوتیارائه 1: زهرا محمدی: واحد مهندسي محصول شرکت تامین کاالی توربين ماشين خاورميانه 2: امیر آگهی: مدير واحد مهندسي محصول شرکت تامین کاالی توربين ماشين خاورميانه

15 Science, Technology & Management تصویر 5. کمپل دیاگرام شفت با در نظر گرفتن بیرینگ هایی از نوع 4-Axial groove تصویر 6.کمپل دیاگرام و نمایش تحریکات وارد بر شفت توربین تصویر 8.شکل مودهای روتور در سه حالت مختلف ]684 ]API K K bearing shaft e 1.2e soft Bearing»» K = ω M 2 s cr m 1630 Shaft Stiffness = 1214 = 1.2e تصویر.7 Map Undamped Critical Speed»» نوع سال ساخت توان خروجی فشار بخار ورودی شد که در نهایت امروزه از مدل ساده و در عین حال دقیقی که دراستاندارد 684 API مطرح شدهاستفاده می شود. این مدل متفاوت از متدهای گذشته و با بهرهگیریاز تحقیقات جدیداست. ]1[ دیاگرام کمپل گرافی است که سرعت توربین برحسب )r/min( روی محور افقی و فرکانس برحسب )cycles/sec( روی محور عمودی رسم می شود. درنمودار شکل 5 دیاگرام کمپلبهازای 5 شکل مود اول رسم شده است. محل تقاطع خط تحریک شفت با هر کدام از خطوط فرکانس طبیعی بیانگر سرعت بحرانی است. یافتن این سرعت از آنجا حايز اطالعات روتور توربین بخار زیمنس اهمیت است که تاثیرات زیادی روی عمر و عملکرد ماشین می گذارد. ]2 3 4[ با توجه به کمپل دیاگرام بدست آمدهاز شفت سرعت بحرانی شفت حدود rpm است. همانگونه که مشاهده می شود اولین سرعت بحرانی در محل برخورد خط تحریک با فرکانس طبیعی اول شفت می باشد. از آنجا که فرکانس طبیعی اول کمترین تاثیر پذیری رااز سختی بیرینگ دارد می توان نتیجه گرفت سرعت بحرانی تا حدودی مستقل از سختی شفت می باشد. تحریک های مختلفی در سیستم روتور وجود دارداما تمامیایناغتشاشات باعثایجاد رزونانس نمیشود. برخی از این اغتشاشات که در سیستم روتور/ بیرینگ می بایست مورد بررسی قرار گیرد به صورت جدول شماره يک می باشد. با رسماغتشاشات روی دیاگرام کمپل سرعتهایی که به ازای آن ها پدیده ی رزونانس ایجاد میشود به دست می آید. به منظور بررسی هر کدام از شکل مودها و مقایسه سختی شفت و بیرینگ می بایست سختی روتور محاسبه شود. برای بدست آوردن سختی روتور از روش ارائه شده توسط Salomone استفاده میشود ]5[ در شکل 9 نشان داده شده است که اختالف کم بین مقادیر سختی بیرینگ و روتور سبب شده شکل مودهایایجاد شده در شفت مابین دو حالت عنوان شده باشد. بررسی اثر افزایش دمای روغن بیرینگ روی ضرایب بیرینگ نیروی وارد شده از طریق شفت به بیرینگ توسط الیه هیدرودینامیکی فیلم روغن تحمل می شود بنابراین هیچ نیروی تماسی بین شفت و بیرینگ وجودندارد. دراین حالت ماشین می تواند در محدوده K فشار خروجی 0/186 Bar 1996 دمای ورودی بخار 399 C 8400 KW وزن مجموعه توربین Kg 5/40 Bar وزن روتور توربین 1630 Kg پاییزو زمستان 15 93

16 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 16 تصویر 9. چهار شکل مد اول شفت تصویر 11. نمودار تغییرات ضریب دمپینگ بیرینگ نسبت به تغییرات دمای فیلم روغن بیرینگ تصویر 13.نمودار تغییرات ضریب دمپینگ بیرینگ نسبت به تغییرات لقی ماشینکاری تصویر 14.کمپل دیاگرام پره ردیف بیست و دوم»»»»»»» تصویر 15.کمپل دیاگرام پره ردیف بیست و سوم تصویر 10. نمودار تغییرات ضریب سختی بیرینگ نسبت به تغییرات دمای فیلم روغن بیرینگ تصویر 12. نمودار تغییرات ضریب سختی بیرینگ نسبت به تغییرات لقی ماشینکاری دینامیکیمطمئنازنظرپایداریوسرعتبحرانی کارکند.ایناولیندلیلبرایحساسیتفیلمروغن و اهمیت بررسی عوامل موثر بر آن است. مطابق شکل 10 مشاهده می شودکهباافزایش دمایروغن داخلبیرینگ هاضرایبسختیجانبیباشیبزیاد کاهشيافتهوضرایبسختی K نیزباشیبکمتری yy کاهش می یابد. در شکل 11 نشان داده شده است کهضرایبدمپینگدرراستایx وy نیزبهشدت تابعیاز دمایروغنداخل بیرینگهستندوافزایش دمایروغنداخلبیرینگ می تواند سببافتسریع اینضرایبشود.همان طورکهازدونمودارمشاهده می شودتغییراتدمایروغنداخلبیرینگفاکتور مهمیدرتغییراتضرایببیرینگاست. بررسیاثرCp )لقی ماشینکاری(رویضرایب بیرینگ همانطورکه درشکل 12 نشان داده شده است افزایش لقی بین بیرینگ و ژورنال باعث کاهش سختیبیرینگ درتمامجهاتمی شودو اثر این افزایشکاهشضرایبدمپینگرابه دنبالخواهد داشت )شکل 13 (. تحلیلپره درحینکارکردتوربینپره هایتوربین ازچندین سرعت بحرانی عبور می کنند. در این نقاط پدیده رزونانسرخ می دهدکهاینپدیده می تواندمنجربه کاهشعمرپره هایتوربینشود.دراینبخشآنالیز مدالرویپره هایردیفبیستودوموبیستوسوم کهبررسی آن هابهدلیلطولبلندوحساسیتباال

17 Science, Technology & Management تصویر 16. شکل مودهای پره ردیف بیست و سوم«Partial admission excitation -3 فرکانس تحریک اول طبق دستورالعمل استاندارد API-612 خطوط تحریک سرعت تا ضریب 15 میبایست رسم شود.از فرکانس های تحریک دسته دوم به علت نبود اطالعات کافی از تعداد نازلها صرف نظر می شود. سومین دسته از فرکانس های تحریک فرکانس مکش جزيی نازلها است که می تواند باعث ایجاد اندکی تحریک شود و این تحریک وابستهبه تعداد و فاصله گروهنازل ها است کهبه دلیل سادهسازی مسئلهازاین مورد صرف نظر می شود. ]6[ پره ردیف بیست و دوم توربین با توجهبه شکل 14 نقاط تداخل فرکانس طبیعی پره با فرکانس تحریک در سرعت های rpm و 9800 است که در این نقاط احتمال وقوع پدیده رزونانس در پره ردیف بیست و دوم وجود دارد. پره ردیف بیست و سوم توربین با توجه به شکل 15 نقاط تداخل فرکانس طبیعی پره با فرکانس تحریک در سرعت های rpm 8800 و 9100 است که درایننقاطاحتمال وقوع پدیده رزونانس در پره ردیف بیست و سوم وجود دارد. در منطقه کاری توربین از اهمیت بیشتری برخوردار است پرداخته می شود. سه فرکانس تحریک در کمپل دیاگرام پره رسم می شود.این سه فرکانس تحریک مهم عبارتاستاز: Running speed or r/min excitation -1 Nozzle passing frequency -2 نتیجه گیری و پیشنهادات در پژوهش حاضر با استفاده از روش المان محدود و نرم افزار ANSYS به مدلسازی و اعمال شرایط کاری سیستم پرداخته شده است و در نهایت دیاگرام کمپل برای شفت و پره رسم شده. با توجه به مدلسازی صورتگرفته و محاسبه فرکانس تحریک در شرایط توربین بخار و رسم دیاگرام کمپل مشخص شد ضمن اینکه هیچ گونه مشکل رزونانسی در پره ها به وجود نخواهد آمد در محدوده شرایط کاری توربین شفت نیز دارای سرعت بحرانی نمی باشد. به منظور توسعه کار حاضر صحه گذاری پروژه و بررسی نتایج حاصل از نرم افزار المان محدود انجام آنالیز تجربی می تواند بسیار مفید واقع شود. [1] Erik Swanson, Chris D.Powell, Sorin Weissman. A Practical Reviw of Rotating Machinery Critical Speeds and Modes, SOUND AND VIBRATION/MAY 2005 [2] Wilson, Vibration, Griffin (London) 1959, pp [3]API 684, August20, 2005 [4] API 612,1995, 4th Edition [5] Salamone, D. J., Journal Bearing Design Types and Their Application to Turbomachinery, Proceedings of the thirteenth Turbomachinery Symposium, Turbomachinery Laboratories, Texas A&M University, College Station, Texas, pp (1984). [6] Heinz P. Bloch, Murari P. Singh. Steam turbines Design, applications and re-rating, Mc-Graw Hill2009. تصویر 17. شکل مودهای پره ردیف بیست و سوم«جدول 1: فرکانس های مختلف تحریک در سیستم روتور/ بیرینگ )API-684( Source Unbalance Oil film instability Internal rubs )Blade, vane, nozzle, diffuser (passing Coupling misalignment Aero cross coupling Exciting Frequency rotor speed 1 rotor speed rotor speed 0.5 Number of elements rotor speed rotor speed 1,2,4 rotor speed Freq / / / /1 Freq / / / /8 جدول 2: آنالیز مودال پره ردیف بیست و دوم Load step Angular velocity (Rds) Freq /4 630 / /1 661 /4 Freq / / Freq / / /7 Freq / /2 Freq / /3 جدول 3: آنالیز مودال پره ردیف بیست و سوم Load step Angular velocity (Rds) Freq /2 504 /3 554 /3 623 Freq /4 Freq / /7 پاییزو زمستان 17 93

18 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 18 چرا شهرکهای صنعتی باید از CHP استفاده کنند 2 باتوجهبهپیشرفتسریعصنعتکشوروافزایشجمعیت مصرفحاملهایمختلفانرژیباافزایشچشمگیری پدرام حنفیزاده 1 جوانشیر فوالدوند روبهرواست.اینافزایشبهشکلیاستکه پیشبینیمیشودتاسال 1400 مصرفانرژی 40 درصدافزایشخواهد یافت.خاموشیهایموقت کاهشتولیدبرق قطعسیستمهایگرمایشوسرمایشوتعطیلیصنایعنتیجهعدمتوجهبهافزایشدرخواستتولیدانرژیاست.از طرفیتولید توزیعوانتقالانرژیبهروشهایمرسوم ( تولیدمتمرکز ( آلودگیزیستمحیطیوهدررفتزیادمنابعرابهدنبالخواهدداشت.سوالاینجاست کهایران چگونه میتواندباکمترینآلودگیمحیطزیستوهدررفتانرژیبیشترینراندمانتولیدانرژیراداشتهباشد تابتواندصنعتیپویاترراتجربهکند 1: پدرام حنفیزاده: دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران 2: جوانشیر فوالدوند: دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران

19 Science, Technology & Management شاید بهترین و جامعترین تعریف تولید پراکنده برق را بتوان به این صورت عنوان کرد: منبع تولید انرژی الکتریکی که مستقیما به شبکه توزیع و یا مصرفکننده متصل است. همانطور که از تعریف این فناوری برمیآید هزینه انتقال و توزیع و هدر رفتن در این نقل و انتقال بسیار اندک است در جواب به این سوال شاید بهتر باشد در ابتدا واکنش کشورهای صنعتی و در حال توسعه دیگر را بررسی کنیم. در دهه 70 میالدی در کشورهاي صنعتي با مطرح شدن مباحثی همانند بحران نفتی مسائل زیست محیطی افزایش چشمگیر جمعیت و مشکالت اقتصادی تولید برق به صورت متمرکز در نیروگاهها با رشد ساالنه 6 الی 7 درصد به نظر جوابگوی نیازها نبود. عالوه بر این مشکالت هزینه انتقال و توزیع برق بسیار افزایش یافت. این عوامل در کنار یکدیگر به همراه هدر رفتن زیاد انرژی تولید شده در هنگام انتقال سبب شد که تولید متمرکز برق به نظر غیر اقتصادی باشد. در این هنگام فناوری تولید پراکنده برق معرفی شد. شاید بهترین و جامعترین تعریف تولید پراکنده را بتوان به این صورت عنوان کرد: منبع تولید انرژی الکتریکی که مستقیما به شبکه توزیع و یا مصرفکننده متصل است. همانطور که از تعریف این فناوری برمیآید هزینه انتقال و توزیع و هدر رفتن در این نقل و انتقال بسیار اندک است. در ضمن تولید پراکنده در جنبههای متعدد مانند بازده اندازه قابلیت گسترش و پاییزو زمستان 19 93

20 93 زمستان پاییزو ماشین توربین مدیریت فنونو فصلنامهعلوم 20 ردیف استان آذربايجانشرقي آذربايجانغربي اردبيل اصفهان ايالم بوشهر تهران چهارمحالو بختياري خراسانجنوبي خراسانرضوي خراسانشمالي خوزستان زنجان سمنان سيستانو بلوچستان فارس قزوين قم كردستان كرمان كرمانشاه كهگيلويهو بويراحمد گلستان گيالن لرستان مازندران مركزي هرمزگان همدان يزد جمعکل صنعتی شهرکهای وضعیت در شهرکهای تعداد واگذاری حال 1388 خرداد پایان تا آمار بنایی زیر امکانات برق گازشهری ویژگیها این که انعطافپذیرند اندازی راه هزینه یافته گسترش سرعت به فناوری این شد سبب فناوری این کند. پیدا را خود خاص طرفداران و آلودگیهای مثبت ویژگیهای این بر عالوه سیستم به نسبت کمتری بسیار محیطی زیست دارد. متمرکز تکنولوژیهای از میتوان فناوری این در سوختی پیلهای قبیل از انرژی تولید مختلف بادی توربینهای کوچک گازی توربینهای برد. بهره و... گرمایی زمین خورشیدی انرژی که هستند فناوری این انواع از یکی ها CHP سیستمهای به CHP دارند. باالیی بسیار بازده میشود. گفته حرارت و برق همزمان تولید معني به روش اين ترموديناميكي لحاظ از يعني انرژي معمول شكل دو همزمان توليد انرژي منبع يك از استفاده با حرارتي و الكتریکي تلفات بازيافت از گرمايي انرژي ميباشد. اوليه ميآيد بهدست مستقل مولدهاي اين حرارتي صنعتي مختلف بخشهاي در حرارت اين و طرفي از ميشود. گرفته بهكار مسكوني و تجاري صورت به فناوري اين توسط توليدي الكتريسيته دو اين كه بوده متمركز غير و مستقل و محلي برق توليد مولدهاي بازده یکديگر كنار در ويژگي بازده ميدهد. افزايش توجهي قابل ميزان به را د حدو متمركز روش به معمول سيستمهاي بازده بيشترين كه است درصد 55 تا 27 ميباشد تركيبي سيكل نيروگاههاي به مربوط توليد فناوري از گيري بهره با حاليكه در بازده مستقل بهصورت حرارت و برق همزمان خواهد نيز درصد 90 حدود به مولدها اين انرژي از استفاده برای مزایا این به توجه با رسيد. رد انرژی تولید عرصه به آنها ورود و ها CHP اتفاق گسترده برنامهریزیهای دیگر کشورهای افتاد. به حركت به ميتوان ها CHP مزاياي دیگر از و غيرمتمركز توليد و خصوصيسازي سوي تلفات از جلوگيري حرارت و برق مستقل افزايش سراسري شبكه در انتقال و توزيع كاهش آن از استفاده و انرژي تبديل كارآيي برق توليد در رقابت افزايش و سوخت مصرف زيست آاليندههاي كاهش و نيروگاهي توان و گازهاي و كربن اكسيد دي بخصوص محيطي سیستمهای دارای CHP کرد. اشاره گلخانهاي سيستمها اين مهمترين از که است مختلفی پيستوني موتورهاي گاز توربينهاي به ميتوان سيستم به مجهز همگي كه ميكروتوربينها و کرد. اشاره هستند حرارت بازيافت حرارت باال اطمينان قابليت گاز توربينهاي سرمايهگذاري هزينه باال انرژي با استفاده قابل دارا را خروجي توان واحد توليد براي كم نسبتا كم بارهاي در ميتوانند گاز توربينهاي هستند. امكان سيستمها اين در كنند. كار دائم طور به حتي و دارد وجود مختلف سوختهاي از استفاده ) مگاوات ( میزانبرقموردنیاز کسری تأمینشده

21 Science, Technology & Management ممكن است يك واحد با چند سوخت كار كند اما در صورتي كه واحد گازسوز باشد الزم است فشار گاز مورد استفاده باال باشد. موتورهاي پيستوني موتورهايي هستندکه مقداري از حرارت توليد شده در احتراق سوخت را به حركت مكانيكي تبديل کرده و با استفاده از يك ژنراتور توان الكتريكي توليد ميشود. همچنين اين موتورها داراي مزيتهايي از قبيل امكان كار با گازهاي فشار پايين و عمل كردن يك واحد با چند نوع سوخت هستند. ميكروتوربينها سيستمهاي توليد توان با سرعت بااليياند كه داراي توربين كمپرسور و ژنراتور هستند. میکروتوربينها از موتورهاي پيستوني معمولي كوچكتر مي باشند و هزينه نگهداري آنها نيز پايين تر و قابليت اطمينان در آنها زياد است. از ديگر مزاياي اين سيستمها سادگي نصب نياز به نگهداري كمتر اندازه كوچك كم بودن صداي آنها و آاليندههاي كم ولي قيمت نسبتا باال ميباشند. در کنار تمامی مزایایی که برای این فناوری ذکر شد مشکالتی برای استفاده و توسعه ی آن وجود دارد. شاید بتوان این مشکالت را به شکل زیر بیان کرد: 1.پیچیده تر شدن شبکه: این امر سبب میشود که حفاظت ایمنی و کنترل شبکه مشکلتر شود. 2.اتصال DG ها و CHP ها به شبکه باعث ایجاد هارمونیک در شبکه و کاهش امپدانس اتصال کوتاه میشود. ضمنا اگر در هنگام خاموشی DG متصل به شبکه به صورت جزیره ای کار کند میتواند برای تعمیرکاران شبکه خطرناک باشد. 3.نبود تجربه و اطالعات کافی در شرکتهای برق 4.نبود قوانین مناسب و عملی برای این مشکالت راهکارهای زیر پیشنهاد میشود: 1.توسعه استانداردهای یکسان برای اتصال به شبکه 2.پذیرش مراحل تست و تأییدیه برای وسایل اتصال به شبکه 3.توسعه تکنولوژیهای کنترل توان تولیدات پراکنده موتورهاي پيستوني موتورهايي هستند که مقداري از حرارت توليد شده در احتراق سوخت را به حركت مكانيكي تبديل و با استفاده از يك ژنراتور توان الكتريكي توليد ميکنند فعالیت صنایع مواد غذایی و آشامیدنی تولید محصوالت از توتون و تنباکو تولید منسوجات تولید پوشاک دباغی و عمل آوردن چرم و ساخت کیف تولید چوب و محصوالت چوبی و تولید کاغذ و محصوالت کاغذی صنایع تولید مواد و محصوالت شیمیایی تولید فلزات اساسی تولید مبلمان و سایر مصنوعات طبقه بندی بازیافت ضایعات فلزی و غیر فلزی کل صنعت پاییزو زمستان 21 93

22 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین نوع مصرف ماده اولیه موتور برق خط تولید گرمایش و 10.6 سمایش حمل و نقل روشنایی سایر کل صنعت 100 بهترین و مناسبترین بخش برای شروع به کار سیستمها ی CHP شهرکهای صنعتی هستند چون نیاز اصلی آنها به گاز طبیعی و برق است 4.پذیرش استاندارد تجاری برای احتیاجات شرکتها و برای توافقات اتصال به شبکه 5.توسعه وسایل برای شرکتها به منظور دستیابی به مقدار و تأثیر توان پراکنده در هر نقطه از شبکه 6.توسعه قوانین جدید 7.تنظیم تعرفه مناسب 8.تسریع مراحل تصمیم گیری و تصویب طرحهای پیشنهادی همانطور که در باال گفته شد میتوانیم مشکالت پیش روی گسترش استفاده از سیستمهای تولید همزمان را رفع کرد و این فناوری را در کشور گسترش داد. در کنار مزایای این سیستمها که در باال ذکر شد میتوان مزایا و دالیل دیگری نیز برای روی آوردن به این سیستمها در کشور ایران به صورت خاص عنوان کرد. 1.با افزايش استفاده از واحدهای کوچک تولید توسط مصرف کنندگان صنعت برق عمال به تدریج خصوصی میشود و سرمایههای سرگردان را به سمت خود جذب میکند. این مسئله در

23 Science, Technology & Management از یکی که است خصوصیسازی قانون راستای است. دولت مهم اهداف داشتن نگه پایدار در پراکنده تولید از استفاده 2. است. مؤثر بسیار شبکه برق کیفیت بهبود و ولتاژ شده تمام قیمت کاهش روش این از استفاده 3. دارد. همراه به را بازده افزایش و تولید گاز همان که سیستمها این اولیه انرژی 4. در است فسیلی سوختهای دیگر یا و طبیعی است. دسترسی قابل و ارزان کشورما مصرف محل در پراکنده تولید نصب 5. کاهش را جابهجایی از حاصل جریان افت تعمیر نصب تولید هزینه ضمن در میدهد. رد تجهیزات سایر و کابلها تعویضهادیها و است ذکر به الزم میدهد. کاهش را توزیع شبکه عظیم نیروگاه 3 هر از نیرو وزارت آمار به توجه با آنها از یکی تولیدی برق کشور در برق تولید میشود. شبکه ولتاژ افت جبران صرف بیش به کشور آینده سال 20 نیاز به توجه با 6. گرفتن نظر در و پیک مصرف مگاوات هزار 70 از مقدماتی گزارش مبنای بر تولید ذخیره ضریب از بیش 1400 سال در ایران برق صنعت نیروگاهها در تولید قابل برق مگاوات 90 هزار دالر میلیارد 20 باالی گذاری سرمایه میزان و سرمایهگذاری این بتوان هرچه بود. خواهد توسط پراکنده تولید واحدهای طریق از را ارز خروج از میتوان کرد تأمین مصرفکنندگان و کرده ممانعت ملی سرمایههای فروش از ناشی کرد. اشتغال ایجاد کشور جوانان برای و منطقه در ایران ویژه شرایط به توجه با 7. پدافند توان افزایش سبب پراکنده تولید جهان را کشور انرژی بخش امنیت و میشود عامل غیر میدهد. افزایش بسیار کشور برای خاص صورت به که مزایایی به توجه با این از استفاده میرسد نظر به شد عنوان ایران توجیه دارای و بوده صرفه به طرحی فناوری جمعآوری بخش در ضمن در است. اقتصادی سازی خصوصی سرمایهها کردن متمرکز و غیر پدافند مسئله مهمترین و اشتغال ایجاد باشد. راهگشا بسیار میتواند عامل تصویب قوانین به توجه با است این سؤال حال اگر دولت همکاریهای و مجلس توسط شده استفاده همزمان تولید سیستمهای از بخواهیم کنیم شروع باید بخش کدام از کنیم کار به شروع برای بخش مناسبترین و بهترین صنعتی شهرکهای نظر به CHP سیستمهای برق و حرارات به آنها اصلی نیاز چون هستند آمار سازمان توسط شده اعالم آمار طبق است. کارکن نفر 10 صنعتی کارگاههای برای ایران مصرف میزان سال در بیشتر و است. شده ارائه مختلف حاملهای برای انرژی طبیعی گاز میتواند CHPها مصرفی سوخت شهرکهای در سیستمها این از استفاده لذا باشد اگر گفت میتوان بود. خواهد صرفه به صنعتی استفاده با شود تأمین شهرک یک نیاز مورد گاز کمترین با نیز را نیاز مورد برق میتوان ها CHP از کرد. تولید هزینه شهرکهای زیربنایی امکانات باید طرفی از صنعتی شهرک هر بگیریم. نظر در را صنعتی امکانات نیازمند تولید و فعالیت به شروع برای )دولت شهرک سازنده که است پایهای و زیربنایی امکانات این باید سازنده( خصوصی بخش یا و امکانات دهد. قرار کننده تولید اختیار در را پایه حايز کننده تولید برای که انرژی زیربنایی شهری گاز و برق کلی صورت به است اهمیت برای زیربنایی امکانات این موجودیت است. پایان تا واگذاری حال در صنعتی شهرکهای است. شده مشخص 1388 سال واگذاری حال در صنعتی شهرک 387 کل در که هستند شهری گاز دارای درصد 40 حدود این در پایه امکان این کمبود دهنده نشان امر این صنعتی شهرکهای در طرفی از است. شهرکها حرارت نیازمند که صنایعی ندارد وجود گاز که طرفی از کنند. فعالیت نمیتوانند هستند باال دارای شهرک یک جز شهرکها آن تمامی دیگر جدول این اطالعات به توجه با اما هستند برق نیست نیازها این تمامی جوابگوی موجود برق مصرفی سوخت میتواند ها CHP باشد طبیعی گاز از استفاده لذا در سیستمها این صنعتی شهرکهای بود. خواهد صرفه به اگر گفت میتوان یک نیاز مورد گاز شود تأمین شهرک ها CHP از استفاده با مورد برق میتوان کمترین با نیز را نیاز کرد تولید هزینه انرژی حامل سفید نفت گازوئیل مایع گاز طبیعی گاز بنزین کوره نفت و سیاه نفت چوب زغال و سنگ زغال برق صنعت کل زمستان پاییزو

24 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 24 برای مثال در شهرک صنعتی شمس آباد برق مورد نیاز در بهرهبرداري كامل این شهرك مگاوات مي باشد كه 136 مگاوات آن تامين شده است. از طرفی در این شهرک صنایع مختلف تولید ساخت و تراش انواع بتن سنگ شیشه الستیک و محصوالت شیمیایی موجود است و مگاوات کمبود برق این شهرکها است که عدد بزرگی محسوب میشود و از آنجایی که این شهرکها در استانهای مختلف پراکنده هستند نمیتوان به صورت متمرکز جوابگوی این نیازها بود. پس میتوان نتیجه گرفت که امکانات زیربنایی انرژی این شهرکها نیازمند بهبود و یک سیستم کمکی است. از طرفی ایران دارای ذخایر گسترده و لولهکشی گسترده گاز است که این امر میتواند سبب تسهیل در گازرسانی به این شهرکها شود. با توجه به تمامی این موارد استفاده از CHP به نظر راهی عملی به نظر میرسد. الزم به ذکر است این جدول تنها مربوط به شهرکهای در حال واگذاری تا پایان سال 1388 بوده است و با در نظر گرفتن اثرات تحریمها روی امکانات زیر بنایی کشور عالقهمند نبودن بخش خصوصی برای سرمایهگذاری و شرکت در تولید و عوامل دیگری که در سالهای اخیر مشکالت بسیاری را به وجود آوردهاند شاید دور از ذهن نباشد شهرکهایی که بعد از سال 1388 در حالت واگذاری قرار گرفتند از امکانات کمتری برخوردار باشند. حال اگر بپذیریم که شهرکهای صنعتی ایران نیاز به بهبود امکانات زیربنایی دارند باید این بررسی انجام شود که کدام یک از امکانات دارای اولویت است. برای این کار باید به بررسی صنعت کشور و میزان مصرف انرژی در این بخشها بپردازیم. جدول آماری مصرف انرژی توسط صنایع به صورت تفکیک فعالیت آمده است. همانطور که در نمودار مشخص است تولید سایر محصوالت کانی غیر فلزی بیشترین مصرف انرژی را بین صنایع داراست. در ادامه نیز مصرف کل انرژی در کارگاههای 10 نفر کارکن به تفکیک فعالیت آمده است. الزم به ذکر است اعداد معادل هزار بشکه نفت خام است. مصرف انرژی در بخشهای تولید محصوالت کانی غیر فلزی ( کل تولیدات کانی غیر فلزی ) و تولید فلزات اساسی بیشترین مصرف انرژی را به خود اختصاص داده اند. از طرفی تولید مواد غذایی نیاز به مصرف انرژی باالیی ندارد اما عموم تولید این مواد در شهرکهای صنعتی رخ میدهد و انرژی تولیدی آنها باید در این شهرکها تأمین شود. برای مثال در شهرک صنعتی شمس آباد برق مورد نیاز در بهرهبرداري كامل این شهرك مگاوات مي باشد كه 136 مگاوات آن تامين شده است. از طرفی در این شهرک صنایع مختلف تولید ساخت و تراش انواع بتن سنگ شیشه الستیک و محصوالت شیمیایی موجود است. همچنین چند تولیدی مواد غذايي نیز در این شهرک وجود دارد. تمامی این صنایع نیازمند صرف حرارت باال در خط تولید خود هستند. الزم به ذکر است عموم انرژی مصرفی در صنعت و در شهرکها در خط تولید صرف میشود و محصوالتی همانند تولیدات شهرک صنعتی شمس آباد نیاز به انرژی باالیی دارند. از طرفی گاز این شهرک تأمین شده است. استفاده از CHP در این شهرک شاید بتواند مشکلگشای کمبود برق و انرژی گرمایی مورد نیاز خط تولید باشد. حال که یک شهرک صنعتی را بررسی کردیم و به توجیه یا شاید ضرورت استفاده از CHPها پی بردیم در انتها به بررسی مصارف انرژی به تفکیک بخش در کارگاههای صنعتی میپردازیم. درصد مصرف انرژی در بخشهای مختلف برای یک کارگاه 10 نفر کارکن و باالتر در يک جدول مشخص شده است. خط تولید بیشترین مصرف انرژی را به خود اختصاص داده است. رتبه دوم مصرف انرژی را گرمایش و سرمایش به خود اختصاص داده است که این فرآیند شامل گرمایش و سرمایش محیط و محصوالت تولیدی میشود و میدانیم که این کار نیز همانند خط تولید نیازمند حرارت و الکتریسیته است. استفاده از یک CHP مناسب میتواند تمام این انرژی را تأمین یا حداقل اصالح کند. الزم به ذکر است این تغییر در 93.5 درصد انرژی مصرفی تأثیر میگذارد. برای مثال در صنایع تولید ظروف و وسایل یکبار مصرف به حرارتی حدود 80 درجه سانتی گراد در صنایع نساجی نیاز به حرارتی حدود 120 درجه سانتی گراد و در صنایع شیشهسازی و آجرپزی نیاز به حرارت متمرکز باالتر در کورهها است. صنایع تولید کاغذ و نساجی نیازمند بخار با حرارت باال هستند. در حالت معمول تأمین حرارت مورد نیاز برای تبخیر آب و فوق گرم کردن بخار حاصل انرژی زیادی را در خط تولید این صنایع به خود اختصاص میدهد حال آنکه CHP ها حرارت الزم جهت انجام این قبیل کارها را به کمک سیستم بازیاب خود تأمین میکنند و هزینهها را تا حد زیادی کاهش میدهند. اگر به بررسی اطالعات حاملهای انرژی نیز بپردازیم میتوانیم نتایج بهدست آمده از باال را تأیید کنیم درصد مصرف انرژی به تفکیک نوع حامل در کارگاههای 10 نفر کارکن و بیشتر آمده است. همانطور که از جدول تفکیکی نوع حامل انرژی مشخص است با استفاده از سیستمهای CHP در مصرف 81.4 درصد نوع حامل انرژی مصرفی در این کارگاهها بهبود ایجاد میشود. پس شاید این نتیجهگیری کلی دور از ذهن نباشد. با استفاده از CHP میتوان تا بیش از 80 درصد کل انرژی مصرفی یک شهرک صنعتی را تامین و بهینه کرد. در واقع این سیستم میتواند حداقل بخش قابل توجه این انرژی را با قیمت

25 Science, Technology & Management تأمین بیشتر ایمنی و کمتر آلودگی مناسبتر کند. جمعبندی ه واسط به صنعتی شهرکهای کلی حالت در باال مصرف و برق تولید منابع از بودن دور گستردهای برق توزیع و انتقال سیستم به نیاز در و است هزینهبر بسیار خود مسئله این دارند. انرژی زیادی بسیار مقدار رفتن هدر باعث ضمن نیاز شهرکها این عموم در ضمن در میشود. برای چه و محیط گرمایش برای چه حرارت به وجود صنعتی کارهای برای موضعی حرارت آلودگیهای شهرکها این همواره طرفی از دارد. توجه با و میکنند ایجاد زیستی محیط فراوان رشد حال در کشورهای از ایران کشور اینکه به و صنعتی شهرکهای توسعه نیازمند و بوده آلودگی مسئله است خود تولید میزان افزایش مهمی بسیار مشکل و مسئله زیست محیط استفاده با میرود امید که میشود حساب آلودگیها این همزمان تولید سیستمهای از یابد. کاهش که رسید جمعبندی این به بتوان شاید درآخر صورت به همزمان تولید سیستمهای از استفاده برسد نظر به دشوار اندکی شاید ابتدا در گسترده است مهم امری ایران کشور آینده برای اما آلودگی دارای باال اقتصادی صرفه دارای که است. باال ایمنی و کم محیطزیستی زمستان پاییزو

26 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 26 ارتقای سیستم خنککاری محفظه احتراق توربین گاز سوالر سنتار 3 محفظه احتراق توربین گاز سنتار از نوع حلقوی 1 با 10 سوختپاش است. سرعت جریان پیش از ورود به زهرا مشایخی 1 پریسه هدایتی 2 ارشیا تافته محفظه در دیفیوزر کاهش پیدا میکند تا مناسب فرآیند احتراق باشد. جریان با برخورد به بدنه الینر به سه بخش جریان کنارگذر بین شفت و الینر داخلی جریان کنارگذر بین پوسته محفظه و الینر خارجی و جریان اصلی وارد شده به داخل الینر تقسیم میشود. جریانهای کنارگذر در ورود به فضای داخلی محفظه از طریق مجاری تعبیه شده روی دیواره با ایجاد الیهای از هوای نسبتا خنک از بدنه الینر در برابر جریان محترق محافظت میکنند. در ارتقای انجام شده با تغییر طراحی مجاری خنککاری تقسیمبندی نسبت جریان خنککن به گونهای بهبود یافته است که از تعداد و دمای مناطق با وضعیت حاد دمایی روی بدنه الینر کاسته شده است. در مدل پایه این محفظه در مناطق یاد شده مقدار مطلق دما نسبت به میانگین دمای بدنه الینر در نواحی اطراف به اندازه قابل توجهی بیشتر است. این امر باعث ایجاد تنشهای حرارتی و آسیب دیدن تدریجی قطعات میشود. با انجام این ارتقا به دلیل مرتفع شدن مشکل یاد شده در کنار افزایش عمر محفظه و بازههای تعمیر و نگهداری آن توانایی افزایش دمای خروجی از محفظه احتراق تا 35 درجه سانتیگراد فراهم شده است که در نتیجه آن توان توربین گاز حدود 15 درصد افزایش پیدا میکند. شبیهسازی سهبعدیجریانسردوگرموهمچنینمحاسبهمقدارضرایبتخلیهدرمجاری خنککاریدیوارهبااستفادهازروشدینامیکسیاالتعددی صورت پذیرفته است. به منظور مدلسازی اثرات متقابل جامد و سیال محاسبات مربوط به مودهای انتقال حرارت و توزیع دما در بدنه الینر بهصورت همزمان در دیواره و جریان نزدیک آن انجام خواهد پذیرفت. کاربرد روش دینامیک سیاالت محاسباتی در تحلیل و طراحی محفظه احتراق شبیهسازی دینامیک سیاالت محاسباتی محفظه احتراق توربین های گاز ابزاری حايز اهمیت در فرآیند طراحی و ارتقا است. در یک تقسیمبندی کلی روشهای حل عددی جریان در محفظه احتراق شامل دو دسته حل همزمان جریان کنارگذر و جریان داخلی و یا استفاده از نتایج تجربی در کنار کدهای مرتبه پایین حل جریان کنارگذر به منظور یافت دبی مجاری خنککاری واعمال آنها به عنوان شرط مرزی حل جریان در داخل محفظهاست. مک گوریک 2 و اسپنسر 3 در سال 2001 با مقایسه دو روش مذکور به بررسی اهمیت کوپلینگ جریان در نزدیکی جتهای ورودی به الینر پرداختند. شبیهسازی CFD بر اساس روش حجم محدود روی قطاع سهبعدی محفظه احتراق مورد بررسی با شبکهبندی ساختار یافته و مدل آشفتگیk-ε رینولدز باالبه همراه توابع دیواره متداول و روش تصحیح فشار سیمپل در دو حالت کوپل شده و غیرکوپل صورت پذیرفت. نتایج حاصل از حل CFD همزمان جریان 1: زهرا مشایخی: واحد مهندسي توربين شرکت مديريت پروژههاي توربين ارکان ايرانيان 2: پریسه هدایتی: واحد مهندسی توربين شرکت توربین ماشین خاورمیانه 3: ارشیا تافته: مدير مهندسي توربين شرکت مديريت پروژههاي توربين ارکان ايرانيان داخل و خارج الینر در مقابل پیشبینیهای حل مجزای جریان داخل الینر مورد مقایسه قرار گرفتند که تفاوتهای چشمگیری در الگوی جریان نواحی بازچرخش و خروجی سوراخها و همچنین الگوی اختالط کلی در خروجی محفظهاحتراق میاننتایج دو روش حل کوپلشده و حل جریان داخل الینر به تنهایی مشاهده گردید. کراکر 4 و همکاران محاسبات CFD را برای یک محفظهاحتراق مدل از خروجی کمپرسور تا ورودی توربین انجام دادند. مدل مورد بررسی اتمایزر هواپاش گنبدی و دیوارههای الینر را به همراه سوراخهای رقیقسازی و پرههای خنککاری شامل میشد. مدل کوپلشده تقسیم جریانها و شرایط جریانی سوراخهای دیواره الینر را مشخص کرد. بررسیها تأثیر غیریکنواختیهای جریان بر توزیع فشاراستاتیکاطراف دیوارههای الینر واثر نهایی بر تقسیمات جریان و دمای دیواره الینر را نشان میداد. در روند شبیهسازی فضای بیرون و درون یک محفظه احتراق حلقوی و دیفیوزر دامپ آن توسط دارمیزاده و انصاری در سال 1391 تقسیم جریان در بین سوراخها و سوئیلر حاصل از حل عددی کل محفظه و دیفیوزر با نتایج حل عددی دیفیوزر و فضای حلقویاطراف الینر همخوانی خوبی داشتند. اینامر نشاندهنده آناست که با وجود آنکه جریان داخل الینر از جریان کانال اطراف آن و شرایط آشفتگی و کیفیت جریان در سوراخها متأثر است ولی جریانبیرونی تأثیر چندانیاز جریان درون الینر نمیپذیرد. در طراحی سیستم دیفیوزر و طی مراحل سعی و خطا میتوان با اطمینان خاطر از تحلیل جریان درون الینر صرف نظر کرد. اما اگر هدف بررسی جریان درون الینر باشد جریان بیرون الینر نیز میبایستبه صورت همزمان و کامل تحلیل شود. الرجر 5 و همکاران در سال 2003 برخی پارامترهای هندسی صفحات الینر محفظه احتراق از قبیل طول ناحیه سوراخکاری شده راستای زاویه و قطر سوراخ را مورد بررسی قرار دادند. آنها همچنین با مقایسه مدلهای مختلف توربوالنسی مدل RKE- ewt را مناسب برای استفاده در مسائلی که جریان در تمامی بخشهای محفظه با شرایط متفاوت به صورت همزمان حل شود توصیه کردند. 1.Annular 2.McGurik 3. Spencer 4.Crocker 5.Larger

27 Science, Technology & Management تصویر. 1 تفاوتهای ابعاد و تعداد سوراخهای خنککاری تعبیه شده بر الینرهای داخلی و خارجی باال مدل اولیه پایین مدل ارتقا یافته«مدل آشفتگی Realizable k-ε در برخی موارد نتایج دقیقتری حتی نسبت به مدل تنش رینولدز حاصل کرده است. روند شبیهسازی جریان در محفظه احتراق توربین گاز سنتار در انجام شبیهسازیهای عددی ارتقا جریان به طور همزمان در الینر پوسته و دیفیوزر دو محفظه احتراق حلقوی با ابعاد یکسان و چیدمان خنک کاری متفاوت مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. در این بررسی مدل رینولدز باالی Realizable k-ε به همراه تابع دیواره استاندارد برای مدلسازی آشفتگی مورد استفاده قرار گرفته است. هدف از انجام این تحلیل دستیابی به الگوی کم ی و کیفی جریان و انتقال حرارت در فضای بیرون و درون محفظه احتراق از خروجی کمپرسور تا ورودی توربین و ارزیابی مقایسه ای مشخصه های اصلی در محفظه پیش و پس از ارتقا می باشد. در این شبیه سازی فضای دیفیوزر و استراتهای درون آن کانال حلقوی اطراف محفظه احتراق مجاری خنککاری محفظه سوختپاش و چرخاننده ها در ناحیه محاسباتی در نظر گرفته شده اند. به منظور کاهش زمان محاسبات و افزایش نرخ همگرایی ابتدا جریان سرد بدون در نظر گرفتن احتراق شبیه سازی شده است. در مرحله بعد با فعال سازی مدل احتراق غیرپیشآمیخته و استفاده از نتایج حل جریان سرد به عنوان شرط اولیه جریان گرم در محفظه احتراق شبیه سازی شده است. همچنین تغییر مشخصههای جریان و انتقال حرارت از قبیل افت فشار توزیع دبی هوا در سوراخ های الینر و همچنین توزیع دما در سرتاسر دیواره و خروجی الینر مورد بررسی قرار گرفته است. ارتقای عملکرد توسط افزایش دمای خروجی از محفظه افزایش دمای خروجیاز محفظه روش موثری برای بهبود عملکرد و بازدهی توربین گاز است. از سوی دیگر افزایش دمای کاری باعث ازدیاد تنش های حرارتی بر پوسته الینر و پره های توربین می شود. بااستفادهاز روش های خنککاری مناسب میتوان در انجام شبیهسازیهای عددی ارتقا جریان به طور همزمان در الینر پوسته و دیفیوزر دو محفظه احتراق حلقوی با ابعاد یکسان و چیدمان خنک کاری متفاوت مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است پاییزو زمستان 27 93

28 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 28 جدول 1.تغییر شرایط کاری توربین گاز سوالر سنتار پس از ارتقا توان ]hp[ سوئیلر عامل ایجاد چرخش جریان مخلوط سوخت و هوا و محصوالت احتراق حول محور محفظه احتراق است و نقش بسزایی در پایداری شعله ایفا می کند دمایخروجیازمحفظه ]F[ 38/0 37/6 دبیهوا ]lb/s[ 0/30 0/47 دبیسوخت ]lb/s[ 9/0 9/6 نسبتفشار»»» تصویر 2. قطاع سه بعدی ناحیه محاسباتی محفظه احتراق باال مدل پایه پایین مدل ارتقا یافته تصویر 3. شماتیک موقعیت مرزها در ناحیه محاسباتی از ازدیاد این تنش ها جلوگیری کرد و بازدهی را افزایش داد. به منظور بررسی و اصالح طراحی خنککاری الینر به علت وجود پیچیدگی های موجود در جریان و انتقال حرارت محفظه احتراق دینامیک سیاالت محاسباتیابزاری ضروری بهنظر میرسد. در فرآیند بازطراحی محفظه احتراق توربین گاز سنتار مشخصه های محفظه احتراق ارتقا یافته عبارتند از: تغییر طراحی خنک کاری الینر محفظهاحتراق به منظور کنترل دمای دیواره بهینه سازی پروفیل دمای شعاعی محفظه احتراق به منظور احراز الزامات پره توربین بهبود آب بندهای محفظه احتراق برای کاهش هوای تخلیه کمپرسور از گذرگاه محفظه احتراق 1 بهبود فاکتور الگو افزایش متوسط دمای خروجی از محفظه در جدول يک تغییر شرایط کاری توربین گاز سوالر سنتار در اثر افزایش دمای خروجی از محفظه مشاهده میشود. تغییرات هندسی با هدف بهبود خنککاری با وجود ثابت ماندن ابعاد اصلی محفظه احتراق پس از ارتقا تفاوت هایی در موقعیت تعداد و چیدمان سوراخ های خنککاری و رقیق سازی سوئیلرهای هوا و فضای حلقوی خارجیایجاد شده است. این اختالف ها به طور خالصه شامل افزایش تعداد ردیف سوراخهای خنک کاری در الینر خارجی داخلی و گنبدی همچنین تغییر در تعداد سوراخهای رقیق سازی و موقعیت آن ها میشود. سوئیلر عامل ایجاد چرخش جریان مخلوط سوخت و هوا و محصوالت احتراق حول محور محفظه احتراق است و نقش بسزایی در پایداری شعله ایفا می کند. در مدل ارتقا یافته سوئیلرهای 1 Pattern Factor

29 » تصویر 4. صفحات با سرعت محوری صفر در محفظه احتراق باال مدل پایه پایین مدل ارتقا یافته«Science, Technology & Management تحقیقات انجام شده در زمینه استراتژیهای مختلف انتخاب ناحیه محاسباتی و حل جریان در آن نشان می دهد که مدل سازی الینر به تنهایی و صرف نظر از فضای حلقوی اطراف آن سبب ایجاد خطا در پیش بینی عددی میشود جدول 2. مقدارهای مرزی برایحلجریانگرممحفظهاحتراقارتقایافتهتوربین گازسنتار ورودیهوا ورودیسوخت خروجی 1/7069 0/0235 1/73 دبیجرمی ]kg/s[ 962/ فشارکل ]kpa[ شدتآشفتگی ]%[ 593/ دما ]K[ جدول 3. مقایسهتوزیعهوابرایاهدافمختلفدرمحفظهاحتراق کاربردهوایورودی درصددبیجرمی پایه ارتقایافته هوای خنککاری خنککاریدیوارهخارجی 19/8 درصد 36/6 درصد خنککاریدیوارهداخلی 9/25 درصد 14/7 درصد خنککاریگنبدی 22/0 درصد 19/5 درصد هوای رقیقسازی 37/5 درصد 21/1 درصد هوا در مجاورت سوخت پاش ها به صورت دوالیه بوده و الیه بیرونی فیلم هوای خنک کاری روی الیه داخلی ایجاد کند. ناحیه محاسباتی و شبکه بندی تحقیقات انجام شده در زمینه استراتژی های مختلف انتخاب ناحیه محاسباتی و حل جریان در آن نشان می دهد که مدل سازی الینر به تنهایی و صرف نظر از فضای حلقوی اطراف آن سبب ایجاد خطا در پیش بینی عددی می شود. دراین راستا در حال حاضر گرایش به سمت شبیه سازی با در نظر گرفتن فضایاطراف محفظهاحتراقافزایش یافته است. در واقع بهترین و دقیق ترین روش در شبیه سازی محفظه احتراق توربین گاز حل همزمان و کوپل شده جریان در فضای بیرون و درون محفظه احتراق است. اگر محاسبات CFD برای یک مدل کامل کوپل شده محفظه احتراق از خروجی دیفیوزر کمپرسور تا ورودی توربین لحاظ شود دو هدف مهم زیر قابل دستیابی هستند: 1- تعیین ضمنی توزیع های جریان و شرایط جریانی سوراخ ها به درون الینر محفظه احتراق 2- پیش بینی دقیق دما روی دیواره الینر با توجه به تأثیر توزیع هوای ورودی بر پارامترهای خروجی در این نوع محفظه احتراق نیاز به اتخاذ روشی دقیق برای تعیین توزیع جرم از طریق مجاری ورودی جریان به درون محفظه وجود دارد. از این رو برای مدل سازی این محفظه احتراق از میان گزینه های موجود در انتخاب ناحیه محاسباتی فضای بیرون و درون محفظه احتراق از خروجی کمپرسور تا ورودی توربین در نظر گرفته شده است. شبکه بندی این ناحیه محاسباتی در نرم افزار ANSYS Meshing 14.5 با استفاده از سلولهای پاییزو زمستان 29 93

30 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین مانیتور شده در خروجی محفظه و برخی مقاطع با گرادیان باال لحاظ گردیده است. 30 تصویر 5. کانتور سهبعدی دما در محفظه احتراق باال مدل پایه پایین مدل ارتقا یافته تصویر 6. کانتورهای توزیع دما در مقاطع عرضی مختلف محفظه احتراق باال مدل پایه پایین مدل ارتقا یافته چهار وجهی به صورت بیسازمان انجام گرفته است. در نزدیکی دیواره ها و موقعیت های با گرادیان شدید پارامترهای جریان و انتقال حرارت کنترل سایز شبکه به صورت محلی انجام پذیرفته و تعداد شبکه مورد استفاده حدود 5 میلیون سلول چهار وجهی است. در شکل 2 نمای مدل سیال استفاده شده برای محاسبات عددی این محفظه نمایش داده شده است. الگوریتم عددی به منظور مدل سازی جریان تراکم پذیر آشفته محترق گاز طبیعی و هوا در محفظه احتراق معادلههای پیوستگی اندازه حرکت انرژی معادلههای مربوط به مدل سازیاغتشاش و معادله انتقالاجزاي شیمیایی واحتراق غیر پیش آمیخته )انتقال کسر مخلوط و واریانس کسر مخلوط( در شکل متوسط گیری شده حل میشوند. تنظیمات حل عددی برای حل پایا و حل گر مبتنی بر فشار 1 همبستگی فشار - سرعت کوپل به صورت شبه گذرا 2 صورت گرفته است. معیار همگرایی نهایی حل عالوه بر کاهش مقدار باقیمانده ها تا حدود 6-10 پایدار شدن مقدار برخی متغیرهای شرایط مرزی از مزایای حل هم زمان ناحیه بیرون و درون محفظه احتراق کاهش تعداد مرزها و تقریب های وارد شده در حل در اثر مقداردهی به این مرزها است. در این شبیه سازی مرز ورودی شامل ورودی هوا و ورودی سوخت است و خروجی محفظه احتراق تنها مرز خروجی ناحیه محاسباتی است. برای مرزهای ورودی هوا و سوخت شرط مرزی دبی ورودی و خروجی محفظه احتراق شرط مرزی فشار خروجی در نظر گرفته شده است. افت فشار در محفظه احتراق به منظور تعیین فشار خروجی حدود 5 درصد از فشار ورودی فرض شده است. در شکل 3 و جدول 2 به ترتیب نمای شماتیک از موقعیت مرزهای ناحیه محاسباتی و مقدارهای مرزی مدل ارتقا یافته ارائه شده است. با توجه به پریودیک بودن هندسه محفظه تنها از یک قطاع 36 درجه به منظور شبیهسازیها استفاده شده است. نواحی بازچرخش در ادامه ارزیابی مقایسه ای روی نتایج شبیه سازی عددی محفظه احتراق توربین های گاز سوالر مدل سنتار پیش و پس از ارتقا انجام شده است. در این ارزیابی تالش بر این است که پی آیندهای تغییرات در هندسه و شرایط کاری دو مدل محفظه احتراق مورد بررسی روی پارامترهای مؤثر در عملکرد محفظه بحث و تفسیر شوند. کانتورهای سرعت محوری صفر مرزهای نواحی بازچرخش در میدان جریان چرخشی را تعیین میکنند. بازچرخش داخلی در اثر گرادیانهای فشار محوری و شعاعی ایجاد شده توسط جریان چرخشی به وجود میآیند. بازچرخش گازهای داغ احتراق درون این ناحیه احتراق پایدار گازهای سردتر نسوخته و کاهش تولید NOx از طریق کاهش دمای شعله را منجر شود. ناحیه بازچرخش اصلی در محفظه احتراق ناحیه بازچرخش ایجاد شده در مرکز محفظه است که به شدت تحت تأثیر چرخش در ورودی میباشد. برای ارائه نمای دقیقتر از مرز نواحی بازچرخش نمایش سهبعدی صفحات با سرعت محوری صفر به همراه توزیع دما روی آنها در شکل 4 آورده شده است. از مقایسه این صفحات تغییر در موقعیت و محدوده ناحیه بازچرخش به خصوص در ناحیه رقیقسازی مدل ارتقا یافته کامال مشهود است. توزیع هوا در محفظهاحتراق سوالر مدل سنتار سوراخهایی که جریان خروجی از آنها به صورت مستقیم وارد نواحی مرکزی محفظه نمیشوند و جریان هوای 1 Pressure-based 2 Pseudo Transient»»»»

31 Science, Technology & Management» تصویر 7. کانتور توزیع دما در مقطع طولی محفظه احتراق باال مدل پایه پایین مدل ارتقا یافته» تصویر 9.سوختگی قسمتهایی از سوختپاش و ورودی سوخت و هوا در محفظه احتراق تحت بررسی تصویر 8. صفحات همدما در محفظه احتراق باال مدل پایه کلوین پایین مدل ارتقا یافته کلوین خروجی در اثر برخورد با سطح تیغه و یا لبهای به صورت الیه نازک محدودهای از دیواره محفظه را پوشش میدهد سوراخهای با هدف خنککاری فیلمی هستند. درصد هوای ورودی از سوراخهای خنککاری در محفظه احتراق پایه 51 درصد و این پارامتر در محفظهاحتراقارتقا یافته 71 درصد محاسبه شده است. افزایش سهم سوراخهای خنککاری در مدل ارتقا یافته با وجود افزایش تعداد آنها در دیوارههای گنبدی و الینر خارجی و داخلی دور از انتظار نیست. افزایش دبی سوخت و دمای ماکزیمم و در نتیجه متوسط دمای سیال عامل درون محفظه احتراق نیاز به خنککاری بیشتر و وسیعتر دیوارهها را مشخص کند. هوای خروجی از سوراخهای رقیقسازی عالوه بر مشارکت در تکمیل احتراق به کاهش دمای محصوالت احتراق و یکنواختی توزیع دما در خروجی کمک میکنند. توزیع هوا در محفظه احتراق ارتقا یافته به گونهای بوده است که سهم سوراخهای رقیقسازی در آن نسبت به مدل پایه حدود 16 درصد کاهش یافته است. توزیع دما در مبحثارتقای توربین های گاز یکیاز مهمترین موارد افزایش متوسط دمای خروجی از محفظه احتراق است. در این راستا تغییر نسبت سوخت»» پاییزو زمستان 31 93

32 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 32 تصویر 10. کانتور توزیع دمای بیبعد سیال در مجاورت دیواره باال مدل پایه پایین مدل ارتقا یافته تصویر 11.کانتور توزیع دما در دیوارههای سوختپاش سوئیلر هوا و شیارهای ورودی هوا در گنبدی محفظه احتراق چپ مدل پایه راست مدل ارتقا یافته تصویر 12. کانتور توزیع دمای دیواره الینر داخلی محفظه احتراق باال مدل پایه پایین مدل ارتقار یافته به هوا و در نتیجه افزایش نسبت تعادل سوخت به هوای واقعی بر سوخت به هوای استوکیومتریک ضروری به نظر می رسد. این امر با تغییر دبی سوخت ورودی به محفظه احتراق و تنظیم هوای مورد استفاده در فرآیند احتراق با تغییر در نحوه توزیع هوا برای مصارف مختلف محفظه احتراق امکان پذیر می شود. نتایج شبیه سازی عددی جریان گرم دو محفظه احتراق نشان می دهد که دمای ماکزیمم شعله از 2293/4 کلوین در مدل پایه به 2303/9 کلوین در مدل هندسی پایه با شرایط کاری مدل ارتقا یافته و در نهایت به 2415/4 کلوین در مدل هندسی ارتقا یافته با شرایط کاری جدید افزایش پیدا کرده است. مقدار هوایی که وارد ناحیه اولیه محفظه احتراق می شود نسبت هم ارزی سوخت و هوا را کنترل ميکند. افزایش دمای ماکزیمم شعله از 2303/9 کلوین در مدل اولیه به 2421/8 کلوین در مدل ارتقایافته نشان از افزایش نسبت تعادل سوخت به هوای واقعی بر سوخت به هوایاستوکیومتریک دارد. بر اساس نتایج شبیهسازی عددی درصد هوای ورودی به ناحیه اولیه محفظه احتراق صرفنظر از هوای خنک کاری از 12/4 درصد در مدل پایه به حدود 8 درصد در مدل ارتقایافته کاهش یافته است و در نتیجه آن نسبت سوخت به هوا افزایش می یابد. در شکل 7 کانتور توزیع دما در مقطع طولی محفظه احتراق محدوده شعله و نحوه پوشش الیه هوای خنک کاری روی دیوارههای الینر نمایش داده شده است. همانطور کهاز مقایسه کانتورها مشخصاست پوششدهی جدول 4. جمعبندی تغییرات در مقادیر پارامترهای اصلی محفظه احتراق سنتار در فرآیند ارتقا پارامترها ماکزیمم دمای شعله ]K[ ماکزیمم دمای خروجی محفظه ]K[ متوسط دمای خروجی ]K[ ماکزیمم دمای دیواره ]K[ هوای خنککاری هوای رقیقسازی مدل پایه 2296/77 مدل ارتقا یافته 2415/ /4 1150/ /5 70/75 درصد 21/10 درصد 1008/84 952/ /5 51/03 درصد 37/46 درصد»»»

33 Science, Technology & Management در خصوص به مدلارتقایافته در خنک کاری فیلم است. یافته بهبود گنبدی و خارجی الینر بیشترین دارای شعله محدوده در محلی دماهای احتراق محفظه الینر خنککاری هستند. مقدار قبول قابل دمای به را گاز دمای اضافی هوای و در میرساند. احتراق محفظه خروجی در خروجی دمای )متوسط T3 مقدار شبیهسازیها کلوین 1144/3 پایه مدل در احتراق( محفظه از کلوین 1177/6 یافته ارتقا احتراق محفظه برای و همخوانی موجود مدارک با که است شده محاسبه دارد. قبولی قابل الینر دیواره دمای توزیع الینر گاز توربین احتراق محفظه طراحی در تحمل برای کافی حرارتی مقاومت دارای باید با موارد این باشد. پیوسته و سیکلی باالی دمای جریان و حرارت برابر در مقاوم مواد بهکارگیری دمای است. دستیابی قابل مؤثر خنک کاری اصلیترین از یکی احتراق محفظه دیواره های گاز توربین عملکرد ارتقای در محدودیت ها محفظه از خروجی گاز دمای افزایش زیرا است خنک کاری بود. خواهد بیشتر گاز تولید متضمن ایجاد طریق از بررسی مورد احتراق محفظه در دیواره داخلی سطح روی خنک کننده هوای فیلم Splash Cooling Ring روش از استفاده با الینر هوای از محافظ الیه یک واقع در میشود. انجام ایجاد احتراق داغ گازهای و دیواره بین خنک اختالط اثر در تدریج به خنک الیه این می شود. تخریب احتراق از حاصل داغ گاز جریان با متالطم ردیف الیه این تداوم به منظور بنابراین می شود. تعبیه الینر طول در فاصله با متوالی سوراخ های سوراخ های از ورودی هوای واقع در میشود. و متوسط دمای الیه ای خنک کاری به مربوط می کند. تعیین را دیواره دمای محفظه بخش در گاز توربین ارتقای فرآیند در محفظه دیواره روی دمای توزیع محاسبه احتراق توزیع براساساین برخورداراست. باالیی ازاهمیت و دیواره روی داغ نقاط و رگه ها شناسایی دما خنک کاری جریان های پوشش تحت که مناطقی در می شود.ایناطالعات قرارنمی گیرند امکان پذیر دیوارههای روی نیاز مورد پوشش نوع جهتانتخاب خنک سوراخهای چیدمان و تعداد اصالح و الینر می گیرند. قرار مورداستفاده کاری اصالح می شود لحاظ ارتقا فرآیند در که مواردی از این است. پایه مدل نقایص و معایب ایجاد عوامل از ناشی ترک های و سوختگی شامل معایب محفظه دیواره های در شدید حرارتی تنشهای و نقص وجود نشاندهنده که می شوند احتراق است. دیوارهها خنککاری سیستم در نارسایی و خنککاری سوراخهای چیدمان که معنا بدین و نبوده مناسب مناطق آن در آنها بین فواصل محفظه دیواره نواحیاز آن خنککاری هوای فیلم موارد پایه مدل در نمیدهند. قرار پوشش تحت را توربینهای روی شده مشاهده ترک و سوختگی و سوختپاش قسمتهایانتهایی شامل کارکرده محفظه خروجی نازل محلاتصال نیز و هوا سوئیلر میشود. خارجی الینر به در سنتار احتراق محفظه ارتقای فرآیند در سوراخهای ردیف تعداد نقایص این رفع جهت سوراخها فواصل نتیجه در و افزایش خنککاری فیلم پوشش ترتیب این به شدهاند. داده کاهش رگههای موقعیت و دیواره روی خنککاری هوای هوا سوئیلر دیواره همچنین است. یافته بهبود داغ دچار محترق داغ گازهای جریان معرض در که ثانویه الیه افزودن با میشد شدید سوختگیهای دو میان فاصله از خنک هوای فیلم عبور و آن روی سوختگی از و شده ایجاد آن روی حرارتی عایق الیه بر است. آمده عمل به جلوگیری زیادی حد تا آن دیواره مجاور سیال دمای توزیع کانتورهای اساس فرآيند بازطراحی با دیواره فیلمی خنککاری رگه و مناطق و است یافته بهبود الینر خنک کاری واقع در است. یافته کاهش دیواره روی داغ های در دیواره دمایی گرادیان های توجه قابل کاهش الینر دیواره های در خصوص به یافته ارتقا مدل ثانویه الیه همچنین است. مشهود کامال خارجی هوای الیه ایجاد با ارتقایافته مدل در سوئیلر روی کاهش موجب آن دیواره انتهای روی خنک است. شده ناحیه این روی بر دمایی گرادیان های خروجی هوای از 30 درصد حدود پایه مدل در خارجی الینر دیوارههای خنککاری به کمپرسور در حالی که در است یافته اختصاص داخلی و درصد 50 به خنک کاری سهم یافته ارتقا مدل و قطعات اتصال محل است. شده داده افزایش دمای برابر در بحرانی و حساس نقاط از آنها جوش دو شدن افزوده هستند. مجاور کاری سیال باالی و داخلی الینر انتهای در خنککاری سوراخ ردیف به جوش و اتصال محل پوشش موجب خارجی در دیواره دمای کاهش و خنککاری هوای وسیله در دما توزیع کانتورهای است. شده موقعیتها این بر اثباتی شکل 12 در احتراق محفظه دیوارههای مدعاست. این صحت جمعبندی و الینر دیواره های دمایی تحمل قابلیت افزایش با خروجی دمای ناچیز مقابلافزایش در توربین نازل توان افزایش امکان احتراق محفظه و مشعل این در میشود. فراهم باالیی میزان به توربین دیوارههای خنک کاری سیستم بهبود تأثیر مقاله ارتقای در سنتار گاز توربین احتراق محفظه دینامیک روش از استفاده با محفظه عملکرد است. گرفته قرار بررسی مورد محاسباتی سیاالت جریان عددی شبیهسازی بین مقایسه ای ارزیابی ارتقا از پس و پیش سنتار احتراق محفظه در گرم شرایط و هندسی تغییرات تأثیر بررسی منظور به عملکردی پارامترهای و دما جریان برالگوی کاری است. پذیرفته صورت احتراق محفظه قابلیت افزایش با دمایی تحمل الینر دیوارههای در توربین نازل و ناچیز افزایش مقابل مشعل خروجی دمای احتراق محفظه و توان افزایش امکان میزان به توربین میشود فراهم باالیی زمستان پاییزو

34 93 زمستان پاییزو ماشین توربین مدیریت فنونو فصلنامهعلوم 34 موثر پارامترهای بررسی و صحتسنجی مدلسازی توربوماشینها در جریان سهبعدی شبیهسازی در است. شده پرداخته محوري توربوماشينهاي در جريان عددي شبيهسازي در مؤثر پارامترهاي بررسي به مقاله اين در 2 وحیدی مینا 1 مصیبی قاسم ناپايا ميتوان جمله آن از ميشود. ديده ماشينها اين در متفاوتي هندسي اثرات و فيزیکي پديدههاي ماشين نوع به بسته اينكه به توجه با برد. نام را ثانويه جريانهاي و جريان نشت از ناشي اثرات بودن سهبعدي آشفته به آرام جريان از گذر مرزي اليه جدايش جريان بودن نياز مورد نتايج روي پديدهها كدام كه شود تعیین شبيهسازي شروع از قبل تا است الزم کند پيروي جريان ميدان در حاكم فيزيك از بايد عددي روش معیارهای و است شده عنوان حل ميدان در شبكه تفكيك ميزان همچنين و آشفته مرزي اليه در شبكه توليد پارامترهاي راستا اين در ميگذارند. تأثير لوا مرتبه روشهاي گرفتهاند. قرار بررسي مورد مجزا صورت به وSST k-ε k-ω دومعادلهاي آشفتگي مدلهاي همچنین شدهاند. بيان پارامترها انتخاب نتايج ارزيابي براي گردد. انتخاب ميکند تضمين را تجربي نتايج كه مدلي بهترين نهايت در تا شدهاند بررسي نيز جريان معادالت گسستهسازي دوم و از يك هر تأثير مقايسهها اين شدهاند. مقايسه تجربي مقادير با حاصل نتايج و است شده استفاده مرجع توربين و كمپرسور يك براي موجود اطالعات از ميدهد. نشان را توربوماشينها عملكردي پارامترهاي دقيق پيشبيني در فوق پارامترهاي ايرانيان ارکان توربين پروژههاي مديريت شرکت توربين مهندسي واحد مصیبی: 1 :قاسم ايرانيان ارکان توربين پروژههاي مديريت شرکت توربين مهندسي واحد وحیدی: مینا 2:

35 Science, Technology & Management» بررسي مورد چپ( )سمت توربين و راست( )سمت كمپرسور طبقه تصویر 1.مدل پرهها گذرگاه در گرفته شكل گردابههاي و انتهايي ديواره جريان شماتيك تصوير تصویر 2. ثابت مختصات دستگاه به نسبت جسم حركت و متحرك مختصات تصویر 3.دستگاه»»» پديدههاي است ممكن ماشين نوع به بسته در متفاوتي هندسي اثرات و فيزیکي از نمونه چند شود. ديده توربوماشينها شامل جريانها اين در موجود پيچيدگيهاي مرزي اليه جريان جدايش جريان بودن ناپايا سهبعدي اثرات آشفته به آرام جريان از گذر ثانويه جريانهاي و جريان نشت از ناشي اثرات صنايع توسط ابزار CFD اخير دهه دو در است. بسيار جديد طراحيهاي عملكرد ارزيابي براي سختافزارهاي توسعه قرارگرفتهاست. توجه مورد رياضي مدلهاي ايجاد قدرتمندتر كامپيوتري سريعتر متدهاي و پيچيده جريانهاي از دقيقتر روشهاي تا است شده باعث معادالت حل برای در استفاده جهت كارآمد ابزاري شبيهسازي شبيهسازي يك انجام براي باشند. توربوماشينها روي دقت به ابتدا در است الزم ارزشمند و موثق جريان ميدان در آن اثرات و فيزیکي اتفاقات هزينه كمترين با مدل بهترين از تا كرد تأمل براي مثال عنوان به شود. حاصل دقت بيشترين توربوماشينها در آشفته جريان شبيهسازي مسائل همه در استفاده براي منفرد مدل یک دقت آشفتگي باالتر مرتبه مدلهاي ندارد. وجود پيچيده جريانهاي شبيهسازي در را بهتري را محاسبات هزينه و زمان اما ميدهند ارائه مدلهاي از استفاده طرفي از ميدهند. افزايش و يكمعادلهاي مدلهاي نظير پایینتر مرتبه محدوديتهايي مختلف شرايط در دومعادلهاي مختلف مهندسان اينرو از دارند. همراه به را برگزيدهاند. باره اين در را گوناگوني رویکردهاي عددی روشهاي جديد كاربردهاي از يكي مثال عنوان به است. بهينهسازي و طراحي اتوماتیک عددي بهينهسازي روشهاي در طراحي هدف يك ارضاي براي پرهها هندسه CFD نتايج از استفاده با شده تعيين قبل از به مقاله اين ادامه در ميشوند. بهينه و اصالح جريان شبيهسازي در موجود مسائل از يك هر صحتسنجي جهت نمونههايي و شده پرداخته تحقيق اين در است. آمده شده ارائه مدلهاي در شده بيان موارد اعتبار ميزان بررسي جهت كمپرسور طبقه يك توربوماشينها شبيهسازي محوري توربين طبقه يك و گذرصوتي محوري نظر مورد مدل است. گرفته قرار تحليل مورد مدل است. 37 ناسا گذرصوتي كمپرسور طبقه یک و نازل رديف يك شامل نيز نظر مورد توربين ميباشد. صنعتي گاز توربين يك از روتور رديف شده داده نشان مدلها اين هندسه يک شکل در نرمافزار از استفاده با شده انجام تحليلهاي است. است. گرفته صورت ANSYS CFX 14.5 مطالعه در عددی روشهای از استفاده تاریخچه توربوماشین ها روند در عددی محاسبات روش از استفاده افزایش در اصلی کلید آیرودینامیکی طراحی است تست زمان کاهش و طراحی چرخه سرعت كاربردهاي از یکي روشهاي جديد و طراحي عددی است. بهينهسازي مثال عنوان به روشهاي در عددي بهينهسازي هندسه اتوماتيك ارضاي براي پرهها از طراحي هدف يك با شده تعيين قبل نتايج از استفاده بهينه و اصالح CFD ميشوند زمستان پاییزو

36 »Design Modeler محیط در حل دامنهی تولید مرحلهی در پرهها از تصویر 4.نمایی 93 زمستان پاییزو ماشین توربین مدیریت فنونو فصلنامهعلوم 36 اواسط در محققان بردند پی 80 دهه می لزج اثرات که بسیاری اهمیت تواند در خصوص به تداخل با جریانهای مرزی الیه با شوک همچنین باشد. داشته پدیده های بسیاری جریان مانند کلیدی تنها پره سر لقی مدل های با میتواند شبیهسازی ویسکوز شود ضروری روش این در سرمایه گذاری رو این از کردن فراهم با اینCFD بر عالوه ميرسد. نظر به را جریان فیزیک از بینشی محاسباتی تست های می کند. ارائه جریان معادالت عددی محاسبات آنالیز کدهای می کنند. حل دقت از متفاوتی سطوح با را سیال بهینهسازی برای طراحی فرآيند در کدها این مطلوب سطح آوردن بهدست و قطعات هندسه ی اولین می گیرند. قرار استفاده مورد عملکرد مربوط طراحی در عددی محاسبات کاربردهای است. میالدی 60 دهه به دهه های در استفاده مورد اولیه درکدهای جریان تحلیل و هندسه تعیین برای 70 و 60 روش جریان خط انحنای روش از توربوماشین ها شده استفاده پتانسیل تابع روش و جریان تابع قابلیت دارای جریان خط انحنای روش است. حالت در توربوماشین ها کلی عملکرد پیش بینی طراحی از خارج حالت در همچنین و طراحی رابطه تعریف نیازمند روش این هرچند می باشد. انحراف ها و افت ها برای جریان واقعی اثرات جریان به محدود جریان تابع فرموالسیون است. پتانسیل تابع فرمول بندی می باشد. بعدی دو غیربقایی فرم از ناشی شوک پیشبینی به قادر موانع این نمیباشد. اصلی معادالت شده گسسته دینامیک روش های معرفی با 70 دهه اواخر در اویلر معادالت مبنای بر محاسباتی سیاالت برای کدهایCFD بعد به زمان آن از شد. حل استفاده بعدی دو جریان های تمام شبیه سازی شعاعی ماشین های در جریان وجود این با شد. در می باشد. سهبعدی زياد بارگذاری با و مخلوط غیرلزج بعدی سه جریان حلگر دهه 70 اواخر ابزاری به نیاز دوره همان در شد. داده گسترش به داشت. وجود ناپایا جریان شبیهسازی برای شبیهسازی مخصوص عددی کدهای منظور این وسیله تا شد داده گسترش ناپایا تراکمپذیر جریان گردابه گردد: مدل ناپایداری اصلی منبع چهار )اثر پتانسیل برهمکنش روتورها برهمکنش گردابهها ریزش مجاور( ردیف پرههای متقابل پره ها(. )نوسان لرزش اثرات که بردند پی 80 دهه اواسط در محققان در خصوص به بسیاری اهمیت می تواند لزج داشته مرزی الیه با شوک تداخل با جریانهای مانند کلیدی پدیده های بسیاری همچنین باشد. مدل های با می تواند تنها پره سر لقی جریان مدل برای رویکرد دو شود. شبیهسازی ویسکوز تداخل روش می گردد: معرفی ویسکوزیته کردن میانگینگيري همچنین و غیرلزج و لزج جریان )RANS( استوکس ناویر- معادالت از رینولدز جریان های برای مناسب توربوالنسی مدل با ترین رایج RANS مدلهای سهبعدی. و دوبعدی و گذرا مدل های کنار در استفاده مورد مدل پیشرفت های تمام از پس هستند. آشفتگی اشاره آن ها به که CFD در شده حاصل محاسباتی ویژگی توربوالنسی مدل انتخاب اکنون شد می باشد. شبیهسازی کیفیت در کلیدی حوزه در که توربوالنسی مدل رایج ترین بلدوین-لومکس می شود استفاده توربوماشین نتایج اما است پیچیدهتر دوم مدل که است و دارد. بهتری معادالت عددی حل نرمافزار یک کارکرد نحوه سیال جریان عددی الگوریتمهای پایه بر کدهایCFD مسائل حل برای می توانند که میشوند تهیه آنها تمامی و شوند گرفته کار به سیال جریانهای می باشند: اصلی مرحله سه شامل

37 Science, Technology & Management 1. پیش پردازنده پیشپردازنده شامل ورود یک مسئله جریان به کمک یک برنامهCFD و آمادهسازی آن در یک شکل مناسب برای استفاده در یک حلگر است. فعالیتهایی که در مرحله پیشپردازنده انجام می گیرد شامل موارد زیر می باشد: تعیین هندسه ناحیه مورد بررسی: حوزه حل تولید مش: تقسیمبندی دامنه محاسباتی به تعداد نواحی کوچکتر انتخاب پدیده فیزیکی و شیمیایی که نیاز به مدل کردن آن است تعیین خواص سیال مشخص کردن شرایط مرزی الزم در سلولهایی که در مرز حوزه حل قرار دارند اعمال پارامترهای کنترل حل عددی 2. حلگر هر بسته نرم افزاری CFD دارای یک برنامه است که معادالت عددی را برای مسائل تحت بررسی حل می کند. این برنامه باید تمام اطالعات مناسب را که بهوسیله پیش پردازنده تعریف شده است دریافت کند. برای انتقال اطالعات بین برنامهها پیش پردازنده فایلهای اطالعاتی را تولید میکند که برنامه حلگر قادر است آنها را بخواند. روشهای عددی که پایه حلگر را شکل میدهند شامل مراحل زیر هستند: تقریب متغیرهای ناشناخته جریان به وسیله توابع ساده جداسازی متغیرها به وسیله جانشینی تقریبها در معادالت جریان سیال حل معادالت جبری به طور کلی سه روش مختلف برای حل عددی مسائل سیاالتی وجود دارد: اختالف محدود المان محدود روشهای طیفی 3. پس پردازنده برنامه پسپردازنده برای نشان دادن نتایج حاصل از حل به کار میرود. عکسهای معمول به دست آمده با پسپردازنده می توانند شامل یک بخش شبکه همراه با نمودارهای برداری میدان سرعت یا نمودارهای کانتوری متغیرهای اسکالر مانند فشار باشند. برخی از تواناییهای گرافیکی پس پردازنده نرم افزارهای تجاری CFD به شرح زیر است: نمایش هندسه و مش حوزه حل نمودارهای برداری نمودارهای کانتوری خطی و سایه روشن نمودارهای سطحی دو بعدی و سه بعدی ردیابی ذرات انیمیشن فيزيك جريان در گذر از پرههاي توربوماشينها براي جلوگيري از سايش بين روتور و محفظه اطراف آن در توربوماشينها بايد يك فاصله كوچك بين آنها در نظر گرفت. به خاطر اختالف فشار بين دو سطح يك پره در اين فاصله كوچك یک جريان نشتي از سمت سطح فشار به سمت مكش ايجاد ميشود كه به صورت يك گردابه نشتي در نوك پره است. در طبقههاي آخر كمپرسور به منظور رسيدن به سطح فشار كل دلخواه و هدايت درست جريان سطح مقطع آن كمتر ميشود و نسبت ريشه به نوك پرهها بيشتر ميشود. بنابراين درصد نشتي نوك در ارتفاع پره بيشتر شده كه ميتواند حاشيه واماندگي نسبت فشار و بازده را تحت تأثير قرار دهد. در حالت كلي ρ t+.( ρ v r ) = 0 ρ v t+. ρ v v + ρ ω v + ω ω r + α r + a = p+. τ + F ( ) ( ) ( 2 ) r r r r r E t+ v H = k T + v + S ( ρ ).( ρ ).( τ. ) r r r r r h 2 2 ( ),, براي جلوگيري از سايش بين روتور و محفظه اطراف آن در توربوماشينها بايد يك فاصله كوچك بين آنها درنظر گرفت. به خاطر اختالف فشار بين دو سطح يك پره در اين فاصله كوچك يك جريان نشتي از سمت سطح فشار به سمت مكش ايجاد ميشود كه به صورت یک گردابه نشتي در نوك پره است p 1 p Er = h + vr ur Hr = Er + ρ 2 ρ 5 d = y + υ u τ نوع مسأله تعداد ابعاد دوبعدي سهبعدي جدول 1.تعداد تقريبي سلولهاي مناسب براي شبيهسازي ميدان جريان اطراف يك پره سهبعدي يا مقطع پره غيرلزج 3000 آشفته با استفاده از توابع ديوار آشفته با مدلهاي رينولدز پايين براي بدست آوردن پارامترهاي طراحي جهت آشكارسازي جريانهاي ثانويه پاییزو زمستان 37 93

38 38 پاییزوزمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین»»» تصویر 5. انواع شبکه بندی دوبعدی تصویر 7. پروفيلهاي سرعت براي جريان در يك پخشكن تقارن محوري با مدلهاي مختلف آشفتگي تصویر 9. پروفيل تغییرات عدد ماخ نسبي در راستاي پره كمپرسور تصویر 6. انواع شبکه بندی سه بعدی تصویر 8. مقايسه همگرايي در شبكههاي مختلف طبقه كمپرسور تصویر 10. توزیع فشار حول استاتور توربين در مقطع مياني»»» يك درصد افزايش در نسبت نشتي نوك پره یک تا دو درصد كاهش در بازده و دو تا چهار درصد كاهش نسبت فشار و سه تا شش درصد كاهش حاشيه واماندگي را به دنبال خواهد داشت. در جريان عبوري از رديف پرهها جريانهاي ثانويه از مهمترين عوامل كاهش بازده هستند. اين جريانها تحت تأثير اليه مرزي توپي داخلي يا پوسته خارجي ايجاد ميشوند. در شکل 2 جريان عبوري از بين پرهها براساس مشاهدات تجربي به صورت شماتيك نشان داده شده است. اين شكل نشان ميدهد اليه مرزي ورودي با نزدیک شدن به ديواره انتهايي از سطح جدا شده و یک گردابه نعل اسبي را شكل ميدهد. وجود گردابههاي نعل اسبي در جريان باعث كاهش بازده توربين ميشود. اثر مخرب گردابههاي نعل اسبي روي جريان بسيار مهم است. براي كاهش اين تأثير مخرب و افزايش بازده توربين شكل محل اتصال ريشه پره را در لبه حمله تغيير ميدهند و پره را به صورت شيبدار به محل توپي متصل ميكنند. در نتيجه استفاده از نبشي در لبه حمله باعث كاهش توليد گردابه نعل اسبي و كوچكتر شدن آن ميشود و در نتيجه اثرات آن كمتر ميشود. شبيهسازي جريان در توربوماشينهاي محوري به سبب فيزيك پيچيده نيازمند تمهيدات خاصي براي رسيدن به همگرايي ميباشد در اين ميان فرمولبندي جريان آشفته مسأله چالش برانگيزي است. تفاوت اصلي در مدلهاي مختلف بيشتر در محدوده ديواره انتهايي متمركز شده است كه تأثير بسزايي را در محاسبه عملكرد توربوماشين خواهدداشت. فرمولبنديمسائلتوربوماشينيومعادالت حاكم زمانيكه معادالت حركت سيال در دستگاه مختصات متحركحل ميشود شتاب حركت سيال به واسطه جمالت اضافي موجود در معادالتمومنتومافزايشميیابد.اگرازسرعت نسبيبهعنوانمتغيرمستقلاستفادهکنيم فرمولبندي معادالت حاكم به فرم زير خواهد بود كه در اين روابط v سرعت نسبي )سرعتي r كه از دستگاه متحرك مشاهده ميشود( است. a = dv t استكه عالوهبر اين α = d ω dt و dt V t همانند شكل 3 به ترتيب سرعت چرخش ω و

39 Science, Technology & Management»» تصویر 11. توزیع فشار حول روتور توربين در مقطع مياني تصویر 13. پروفيل افزايش آنتروپي در مدلهاي مختلف آشفتگي تصویر 12.مقایسه فشار استاتیک در CFD و نتایج تجربی تصویر 14. پروفيل تغییرات شعاعي عدد ماخ در لبه فرار استاتور»» ميدان و سرعت حركت آن ميباشند. در اين حالت معادالت مومنتوم شامل چهار جمله اضافي براي شتاب است كه جمالت اول و دوم مربوط به شتاب كوريوليس و مركزگرا است و جمالت سوم و چهارم به واسطه تغيير سرعت دستگاه مختصات متحرك ايجاد ميشود. ترمهاي لزج دراين معادالت همانند معادالت دستگاه ساكن است با اين تفاوت كه در آن مشتقات سرعتهاي نسبي مورد استفاده قرار ميگيرد. معادالت انرژي داخلي و آنتالپي كل نيز كه در دستگاه مختصات متحرك نوشته شدهاند به نام معادله روتالپي ناميده ميشوند كه متغيرهاي آن به صورت فرمول هايارائه شده تعريف ميشود. تولید هندسه جهت مدل سازی پره در نرم افزار Ansys Workbench دو روش وجود دارد. مدل سازی در محیط Bladegen که عموما برای طراحی پره از آن استفاده می شود و مدل سازی پره در محیط Design Modeler است که دارای دقت باالتری نسبت به حالت اول است. تفاوت این دو روش در این است که در حالت اول می توان یک پره را از مراحل اولیه طراحی کرد و یا اینکه اطالعات هندسی پره را از نرم افزارهای دیگر وارد کرده و آن را برای استفاده در نرم افزارهای مدلسازی آماده کرد اما در حالت دوم از هندسه تولید شده در نرم افزارهای طراحی سه بعدی مانند CATIA استفاده شده و دامنه حل توسط کاربر مشخص می شود. شکل 4 نمایی از پرهها را در مرحله تولید دامنه حل در محیط Design Modeler نشان می دهد. در این محیط ورودی و خروجی جریان ریشه و نوک هر پره و همچنین مرزهای پریودیک مشخص می گردد. با مشخص کردن تعداد پره ها در هر ردیف و مسیر جریان محدوده حل برای هر پره به خوبی مشخص می شود. هندسه مدل شده شامل یک استاتور و یک روتور از هر طبقه است. توليد شبكه از آنجا که حل عددی حل دقیقی از معادالت حاکم بر مسئله )مانند معادله بقای جرم ممنتوم( نبوده و از گسسته سازی این معادالت به دست می آید از این رو باید خطاهایی که در حل عددی وجود دارد تا حد امکان کوچک شوند تا جواب بهدست آمده به جواب واقعی نزدیک شود. یکی از عوامل مهم در افزایش دقت جواب ها تولید شبکه با کیفیت می باشد. در توربوماشينها معموال از انواع شبكههاي ششوجهي با كيفيت جهت توليد شبكه در مسير جريان استفاده ميشود. در هندسههاي پيچيده كه امكان ايجاد شبكه باسازمان ششوجهي وجود ندارد از شبكه بيسازمان چهاروجهي استفاده ميشود. انواع شبکه بندی در شکل 5 و شکل 6 نشان داده شده است. شبکه های مثلثی و چهارضلعی در مدل های دو بعدی و شبکه های چهاروجهی شش وجهی از آنجا که حل عددی حل دقیقی از معادالت حاکم بر مسئله )مانند معادله بقای جرم ممنتوم( نبوده و از گسسته سازی این معادالت به دست می آید از این رو باید خطاهایی که در حل عددی وجود دارد تا حد امکان کوچک شوند تا جواب بهدست آمده به جواب واقعی نزدیک شود پاییزو زمستان 39 93

40 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 40 منشوری )گوه ای( هرمی و چند وجهی در مدلهای سه بعدی استفاده می شود. در طول شبكه شش وجهي ايجاد شده تشكيل يك شبكه اليهمرزي نيز الزم است تا بتوان مقدار مورد نياز در نزديكي ديوار براي شبيهسازي آشفتگي را تامين كرد. در برخي موارد بهتر است از يك شبكه تركيبي استفاده كرد. يعني براي بخشي از ميدان شبكه با سازمان و براي بخشي ديگر از شبكه بيسازمان استفاده كرد. تعريف یک اندازه شبكه براي حل جريان با توجه به ارتباط نزديك آن به هدف شبيهسازي امكانپذير نيست. با اين وجود در جدول يک تعداد تقريبي مناسب براي تعداد سلولهاي مورد نياز در حالتهاي مختلف جهت شبيهسازي جريان در اطراف يك پره به صورت خالصه آورده شده است. موردي كه در شبيهسازي جريان آشفته بايد به آن توجه كرد توليد شبكه اليهمرزي است. در استفاده از مدلهاي توابع ديوار در جريان آشفته مقدار براي اولين رديف سلولها بايد عددی مابين 30 تا 300 باشد زيرا توابع ديوار در زيراليه لزج معتبر نخواهند بود. به طور كلي شبكه اليه مرزي بايد طوري باشد كه از قرار گرفتن اولين رديف سلول كنار ديوار در محدوده اليه همپوشاني خودداري شود. البته اين مرزها يك مرز دقيق نيستند و در مراجع مختلف اين محدودهها كمي متفاوت هستند. در مقابل در حالتهاي رينولدز پايين بايد مقدار بيشينه تا حد امكان كوچك )در حدود يك( باشد. براي رديفهاي بعدي سلولها در نزديكي ديوار ميتوان از يك ضريب رشد 1/25 براي شبكههاي رينولدز پايين استفاده کرد كه در اينصورت چيزي حدود 40 سلول در اليهمرزي قرار ميگيرد. درحاليكه براي شبكههاي مورد استفاده در مدلهاي توابع ديوار حدود بيشتر از 10 سلول مورد نياز نيست. براي تخمين اينكه اولين رديف شبكه تا ديوار چقدر فاصله داشته باشد تا مقدار مورد نظر بهدست آيد ميتوان از روابط تخميني موجود استفاده كرد. براي محاسبه فاصله اولين رديف سلولها تا ديوار با استفاده از تعريف ميتوان نوشت: در رابطه فوق است كه در آن مقدار ميتواند براساس عدد رينولدز و از طريق روابط مهندسي پارامتر تعدادسلول شارجرمي نسبتفشاركل نسبتدمايكل بازدهآيزنتروپیک خطانسبتبهشبكهريز -- 0/05 0/0 0/0 1/00 جدول 2.مقايسهپارامترهايبدستآمدهطبقهكمپرسوربانتايج آزمايشگاهي نتايجتجربي شبكهخيليريز شبكهريز شبكهمتوسط شبكهدرشت /70 20/75 20/71 20/65 20/60 2/00 2/00 2/00 1/99 1/99 1/26 1/26 1/26 1/26 1/26 84/00 84/9 84/8 84/6 83/8 ريز )3( ريز )6( جدول 3.شبكههايمورداستفادهدرمدلسازيطبقهتوربين استاتور متوسط )2( درشت )1( روتور متوسط )5( درشت )4( مؤلفه شبكه تعدادسلول مؤلفه شبكه تعدادسلول جدول 4. مقايسهمدلهايمختلفآشفتگيدرپيشبينيپارامترهايكليطبقهكمپرسور نسبتفشاركل بازدهآيزنتروپیک شارجرمي 1/99 81/7 20/29 2/00 84/8 20/71 2/00 84/3 20/43 مدل k-epsilon k-omega SST

41 Science, Technology & Management محاسبه شود. محاسبات موفق در جريانهاي آشفته نياز به توجه به شبكه توليد شده دارد. از اينرو كه آشفتگي يك نقش غالب را در انتقال مومنتوم ميانگين و ديگر پارامترها بازي ميكند بايد مطمئن شد كه كميتهاي آشفتگي در جريانهاي پيچيده به دقت كافي آشكارسازي شوند. به خاطر اندركنش جريان ميانگين و آشفتگي نتايج عددي براي جريانهاي آشفته تمايل بيشتري براي وابستگي به شبكه نسبت به جريان آرام دارند. مدلهاي آشفتگي در اغلب شبيهسازيهاي توربوماشيني بستن معادالت آشفتگي با مدل ادي- ويسكوزيته انجام می شود. يكي از مزيتهاي آن هزينه محاسباتي متوسط در اجراي مدل است. عالوه بر آن مدلهاي ادي- ويسكوزيته از نظر عددي در شرایط مختلف ورودی بسيار مقاوم هستند. در شکل 7 مقايسهاي بين پروفيل سرعت در آزمايش يك پخشكن تقارن محوري با مدلهاي مختلف آشفتگي آورده شده است. همانطور كه مشاهده ميشود سه مدل نتايج متفاوتي را در پيشبيني جدايش ارائه ميدهند اما مدل SST پاسخ دقيقتري را براي ميدان سرعت در گراديان فشار اعمال شده در ديفيوزر توليد ميكند. نكته مهم در مدلسازي آشفتگي نقاط نزديك ديوار است. به طور كلي دو روش براي مدل كردن نواحي نزديك ديوار وجود دارد. در روش اول ناحيه تحت اثر لزجت به كمك يك سري از فرمولهاي نيمه تجربي كه به آن توابع ديوار ميگويند به اليه كامال آشفته مربوط ميشود. استفاده از توابع ديوار نياز به اصالح مدلهاي آشفتگي را رفع ميكند. در اغلب شبيهسازيهاي توربوماشيني بستن معادالت آشفتگي با مدل ادي- ويسكوزيته انجام می شود. یکي از مزيتهاي آن هزينه محاسباتي متوسط در اجراي مدل است پاییزو زمستان 41 93

42 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 42 در معادالت دیفرانسیل مسائل مقدار مرزی معادله دیفرانسیلی با یک سری قیود است که به آنها شرایط مرزی گفته می شود. یک حل برای مسائل مقدار مرزی یک حل برای معادله دیفرانسیلی است که شرایط مرزی را نیز ارضا می کند در روش دوم با حل جريان تا لبه ديوار مدلهاي آشفتگي طوري اصالح ميشوند كه بتوانند ناحيههاي تحت اثر لزج را شبيهسازي كنند كه مدلهاي نزديك ديوار ناميده ميشوند. براي شبيهسازيهاي الزم در نزديكي نقاط طراحي معموال استفاده از يك مدل تابع ديوار كه گراديان فشار در جهت جريان را ارضا ميكند كافي به نظر ميرسد. البته براي شبيهسازيهاي خارج از نقطه طراحي يا شبيهسازيهايي كه شامل جريانهاي ثانويه پيچيده يا جدايشهاي بزرگ ميشود اغلب الزم است تا از يك مدل رينولدز پايين استفاده شود. عالوه بر اين موارد در مدلهاي دومعادلهاي آشفتگي دو مقدار متفاوت نيز در ورودي ميبايست مشخص شود. يكي از معمولترين راهها مشخص كردن سطح آشفتگي و طول مشخصه در ورودي است. بهترين روش استفاده از تخمينهايي بر پايه تجربيات مشابه است. برخي اوقات مناسبتر است تا به جاي مشخص كردن طول مقياس ورودي از نسبت لزجت اديها استفاده كنيم. در توربوماشينها اين نسبت از حدود 10 در اجزاي با شدت آشفتگي پايين نظير فنها تا حتي 1000 در موارد با شدت آشفتگي بسيار باال نظير توربينهاي پرفشار تغيير ميكند. شرایط مرزی در معادالت دیفرانسیل مسائل مقدار مرزی معادله دیفرانسیلی با یک سری قیود است که به آنها شرایط مرزی گفته می شود. یک حل برای مسائل مقدار مرزی یک حل برای معادله دیفرانسیلی است که شرایط مرزی را نیز ارضا می کند. تمام مسائل CFD با مقدار اولیه و شرایط مرزی تعریف می شوند. شرایط مرزی متغیرهای جریان و دمایی را روی مرزهای مدل فیزیکی معین می کند. بنابراین شرایط مرزی اجزای بحرانی شبیهسازی هستند و مهم است که کاربر آنها را با دقت انتخاب کند و نقش آنها را در الگوریتم حل عددی بداند. در مسائل مختلف نوع شرط مرزی و قیدهایی که برای حل مسئله در نظر گرفته می شود متفاوت است. به عنوان مثال در مسئله شبیه سازی کمپرسور شرایط مرزی در نظر گرفته شده فشار و دمای سکون ورودی و فشار استاتیک خروجی است. در این مطالعه به دلیل نبودن اطالعات دقیق از شرایط خروجی کمپرسور مانند سرعت و دبی جرمی از شرط فشار استاتیک در خروج استفاده شده است. هر نقطه از منحنی عملکرد مربوط به یک نقطه کاری از کمپرسور است و فشار خروجی نیز در آن

43 Science, Technology & Management اجرای بار هر در بنابراین است. متفاوت کاری نقطه خروجی استاتیک فشار یک دادن قرار با و مسئله )در کمپرسور عملکرد منحنی از نقطه یک فرضی مسئله در ميتوان می آید. دست به ثابت( دور یک جرمی دبی مرزی شرایط از توربین شبیهسازی خروج در استاتیک فشار و ورود در کل فشار و نمود. استفاده شبيهسازيها از آمده بهدست نتايج نتايج استقالل از اطمينان حصول براي در نتايج محاسباتي شبكه از شبيهسازيها است. گرفته قرار بررسي مورد مختلف شبكههاي مورد كمپرسور طبقه نتايج مقايسه 2 جدول در آورده تجربي نتايج با مختلف شبكههاي در نظر نتايج ميشود مشاهده كه همانطور است. شده تجربي تست نتايج با را خوبي تطابق شبيهسازي ميدهد. نشان در استفاده مورد شبكههاي نيز 3 جدول در در است. شده بيان توربين طبقه شبيهسازي شبكههاي براي همگرايي روند مقايسه 8 شکل شده آورده كمپرسور شبيهسازي در مختلف نسبي ماخ عدد پروفيل مقايسه 9 شکل در است. داده نشان روتور فرار لبه در پره طول راستاي در است. شده ريز شبكههاي در ميشود مشاهده كه همانطور اختالف البته ندارند. اختالفي نتايج ريز بسيار و ديده بيشتر پره نوك به نزديك نقاط در نتايج ميشود. جدول در آنچه با ريز شبكه سلولهاي تعداد و 10 شکل در است. نزديك است شده بيان 1 روتور و استاتور سطح در فشار توزيع 11 شکل ريز و متوسط شبكه استاتور براي است. آمده تفكيك ميدهد نشان كه داشتهاند يكساني نتايج روتور در اما است كافي سلول تعداد اين با ميدان نشان كه است بوده يكسان حاالت همه در نتايج شبكه در شده گرفته سلولهاي تعداد ميدهد توزیع 12 شکل در ميباشد. مناسب نيز درشت ه ب CFD روش از که شده بی بعد استاتیک فشار شده مقایسه موجود تجربی نتایج با آمده دست است. مدلهاي مقايسه ادامه در بررسي اين از پس پيشبيني در SST و k-ε k-ω دومعادلهاي آشفتگي در است. شده بررسي كمپرسور طبقه پارامترهاي توسط شده پيشبيني آنتروپي افزايش 13 شکل است. شده آورده آشفتگي مختلف مدلهاي مدلهاي نتايج ميشود مشاهده كه همانطور حاليكه در است نزديك يكديگر به SST و k-ω اين نتايج به نسبت را زيادي اختالف k-ε مدل 14 شکل در همچنين ميدهد. نشان مدل دو فرار لبه در پره راستاي در ماخ عدد تغییرات است. شده داده نشان استاتور SST و k-ω مدلهاي ميشود ديده كه همانطور است كمتر سرعت كه پره ريشه نزديك نواحي در داشتهاند. را نزدیکتري نتايج نيز در كه ميشود ديده نتايج اين به توجه با فشار گراديان و سرعت كاهش با جريانهاي نتايج k-ε مدل به نسبت SST و k-ω مدل معكوس روش باالي قدرت به توجه با داد. خواهند را بهتري به ديوار سمت به معادالت انتگرال گيري در k-ω پارامترهاي پيشبيني در روش اين ميرسد نظر ارائه را بهتري نتايج محصور و داخلي جريانهاي شبيه كلي ساختار داراي نيز SST روش ميدهد. شدهاست. انجام آن روي تصحيحاتي كه است k-ω آميختگي تابع يك بهكارگيري بااستفادهاز كار اين نواحي در k-ε مدل قابليتهاي از استفاده براي ويسكوزيته تعريف در تغییراتي انجام ديوار از دور صورت مدل در استفاده مورد ثوابت بهبود و آشفته به نتايج ميرسد نظر به علت همين به گرفتهاست. آورد. بهدست را بهتري نسبت نيز را جواب همگرايي زمان نسبت همان به اما اثرات توربوماشينها در البته داد. خواهد افزايش جريان خطوط انحناي و سيستم دوران به مربوط تنش انتقال معادالت تنها كه دارد وجود نيز را اثرات اين ميتوانند خودكار صورت به رينولدز بگيرند. نظر در زمستان پاییزو

44 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 44 تصویر 1. نتایج سختی سنجی نمونه ها تصویر 3.تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM( ) منطقه جوش نمونه عملیات شده در حالت B»»»» تصویر 2.تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM( ) منطقه جوش نمونه عملیات شده در حالت C تصویر 4. تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM( ) منطقه جوش نمونه عملیات شده در حالت A جوش پذیری فوالد زنگنزن 17-4PH در ساخت پروانه کمپرسور گریز از مرکز 1 نوسازی تعمیر و نگهداری قطعات متحرک کمپرسور گریز از مرکز در صنایع پتروشیمی و شیمیایی یکی از پیچیده ترین مراحل مرتضیگرجی تولید از لحاظ فنی و ساختی بوده که نیازمند هزینه های قابل توجهی است. پروانه کمپرسور گریز از مرکز از لحاظ تکنولوژی ساخت تلرانس ابعادی و شرایط کاری یکی از پیشرفته ترین اجزاي کمپرسور محسوب می شود. امکان اتصال دهی اجزاي پروانه کمپرسور گریز از مرکز به عنوان مهم ترین عنصر در این ماشین ها در نظر گرفته می شود. بنابراین در این مقاله جوش پذیری فوالد ضدزنگ 17-4PHدر ساختپروانهکمپرسورگریزازمرکز که به روش جوشکاری شیاری ساخته می شوند مطرح می شود. بدین منظور به بررسی تأثیر نوع عملیات حرارتی پس از جوشکاری بر خواص خوردگی و کشش دمای اتاق فوالد ضدزنگ 17-4PH می پردازیم. فوالد 17-4PH فوالدهای ضدزنگ رسوب سخت شده )PH( استحکام و مقاومت به خوردگی را همزمان فراهم می کنند. وجود کروم باال موجب مقاومت به خوردگی شده و استحکام آن از رسوب سختی 1: مرتضی گرجی: واحد مهندسي شرکت توربین کمپرسور آسیا توسط رسوب های بسیار کوچک میکروسکوپی که هنگام پیرسازی در دمای باال ایجاد می شوند بهدست می آید. فوالدهای PH براساس ساختار به سه دسته مارتنزیتی شبه آستنیتی و آستنیتی طبقه بندی می شوند. فوالد ضدزنگ 17-4PH از نوع مارتنزیتی است و می توان طیف گسترده ای از خواص مکانیکی را توسط عملیات حرارتی مناسب در محدوده دمایی از آن بدست آورد. جوشکاری فوالدهای ضدزنگ PH بسیار شبیه به جوشکاری متداول فوالدهای ضد زنگ آستنیتی و

45 Science, Technology & Management جدول 1 ترکیب شیمیایی فوالد 17-4PH استفاده شده در این بررسی C Mn P S Si Cr Ni Cu Nb+Ti جدول 2 ترکیب شیمیایی سیم جوش E309LMo استفاده شده در این بررسی C Mn Si Cr Ni Mo Ferrite content مارتنزیتیاست و نیاز به کنترل فرآیند برای پایین نگه داشتن گرمای ورودی و در نتیجه رسیدن به بهترین داکتیلیتی و چقرمگی می باشد.بستهبه خواص موردنیازاز جوش هم می تواناز فلز پرکنندهبا ترکیب مشابه زمینهاستفاده کرد و هم پرکنندهبااستحکام پایین )نظیر 308L (. جوشبا ترکیب مشابه می توانداستحکامی در حد زمینه داشته باشد. جوش پذیری فوالد ضدزنگ 17-4PH با وجود شباهت آن ها به فوالدهای ضدزنگ سری AISI 400 بسیار عالی گزارش شدهاست به طوری که نیازی به پیش گرمایش برای جلوگیریاز ایجاد ترک نمی باشد و همچنین می توان به روش های مختلفی جوشکاری کرد. فوالد ضدزنگ 17-4PH را بسته به ضخامت و سطح مقاومت قطعه می توان در حالت محلول و یا فراپیر شده )پیر شده در محدوده باالیی دمای پیرسازی( جوشکاری کرد. به عبارت دیگر توصیه می شود این نوع فوالد در حالت پیرشده در دمای پایین )سختی باال( جوشکاری نشود. همچنین زمانی که در حالت محلول جوشکاری می شود مقدار قابل محسوسی رسوب تشکیل نخواهد شد زیرا زمان گرم شدن حین جوشکاری بسیار کم است. روش آزمایش باتوجه به بهره برداری از نتایج در تحلیل و ساخت پروانه های کمپرسور گریز از مرکز نمونه های آزمایش مشابه با پروانه از جنس 17-4PH انتخاب شده و به روش تیگ )GTAW( جوشکاری شد. ترکیب شیمیایی فوالد 17-4PH استفاده شده دراین بررسی در جدول یک آمدهاست. همچنین فلز پرکنندهاز نوعE309LMo می باشد که ترکیب شیمیایی آن در جدول 2 درج شده است. پس از جوشکاری نمونه ها تحت سیکل های متفاوتی که در جدول 3 ذکر شده عملیات حرارتی می شوند. سپس آزمون های متالوگرافی کشش ضربه سختی سنجی ویکرز و تست خوردگی در محلول 50% HNO3 در دمای 388 کلوین و مدت 144 ساعت روی نمونه ها انجام می شود. جدول 3 حالتهای مختلف عملیات حرارتی پس از جوشکاری نمونه ها Condition A B C Heat Treatment Stress Reliving 893/2h/Air cool Saturating 1313 K/2h/Air cool, ageing 823 K/2h/Air cool Saturating 1313 K/2h/Air cool, ageing 893 K/2h/Air cool نتایج آزمون ها نتایج خواص مکانیکی اتصال در جدول 4 و شکل یک ارائه شده است. همانطور که نتایج نشان می دهند خواص مکانیکی به شدت متأثر از نوع عملیات حرارتی پس از جوشکاری می باشد. با توجه به مجموعهای بهینه از خواص که برای پروانه کمپرسور گریزازمرکز در نظر گرفته می شود و نتایج بهدست آمده از آزمون ها مناسب ترین عملیات حرارتی پس از جوشکاری نوع C است. A5(%) جدول 4 نتایج آزمون کشش Conditions of the heat treatment A B C Rm(MPa) بدون در نظر گرفتن نوع عملیات حرارتی ریز ساختار تمامی نمونه های در ناحیه HAZ و فلز پایه می بایست مارتنزیت تمپر شده همراه با روسوبات باشد و در ناحیه جوش باید ساختاری فریتی-آستنیتی داشته باشد. نتایج آزمون خوردگی و بررسی متالوگرافی ناحیه اتصال پس از خوردگی در شکل های 2 تا 4 و جدول 5 آمده است. جدول 5 میزان کاهش وزن ناشی از آزمون خوردگی با مشاهده تغییرات ایجاد شده ناشی از آزمون خوردگی در می یابیم: خوردگیازناحیهHAZ شروع شده و خوردگی حفره ای در این ناحیه به مراتب بیشتر از دیگر نواحی می باشد. خوردگی در ناحیه فلز جوش بسیار کمتر مشاهده می شود. نتایج نشان می دهند مقدار خوردگی )درصد حفرات( برحسب نوع عملیات حرارتی پس از جوشکاری بهترتیب C A وB افزایش می یابد. به عبارت دیگر اعمال دوباره سیکل محلول سازی و همچنین دمای پیرسازی بر مقاومت به خوردگی مؤثرند و تأثیر دمای پیرسازی به مراتب بیشتر می باشد. به بیانی دیگر نمونه عملیات شده در حالت B که نسبت به حالت C فقط در دمایی پایینتری پیر شده دارای بیشترین میزان خوردگی است. نتیجه گیری از آنجایی که جوش پذیری فوالد ضدزنگ 17-4PH در ساخت پروانه کمپرسور گریز از مرکز بررسی می شود جوشکاریاین فوالدبسیار متأثرازانتخاب فلز پرکننده می باشد. همانطور که مشخص شد استفاده از فلز پرکننده آستنیتی برای جوشکاری باعث میشود جوش مقاومت به خوردگی بسیار باالیی داشته باشد. همچنین برای رسیدن به خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی مطلوب در شرایط کاری پروانه اعمال دوباره سیکل محلول سازی و انتخاب دمای باال برای پیر سازی مورد نیاز است. Conditions of the heat treatment A Mass Decrement, mg/cm2 61 B 83 C 46 پاییزو زمستان 45 93

46 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 46 شرکت تامین کاالی توربین ماشین خاورمیانه بخش اول- مدیریت زنجیره تامین 1 شفا حسيني نژاد 1: شفا حسيني نژاد: مدير عامل شرکت تامين کاالي توربين ماشين خاور ميانه

47 Science, Technology & Management پاییزو زمستان 47 93

48 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 48»» مدیریت زنجیره تأمین در شرکت تامین کاالی توربین ماشین خاورمیانه زنجیرهی تامین ایجاد شده برای ساخت قطعات ماشینهای دوار چرخه همکاری شرکت تامین کاالی توربین ماشین خاورمیانه واحدهای شرکت تامین کاالی توربین ماشین خاورمیانه»» در رقابتهاى جهانى موجود در عصر حاضر باید محصوالت و قطعات متنوع را با توجه به درخواست مشترى در دسترس وى قرار داد. تمایل مشترى بر كیفیت باال و خدمت رسانى بهموقع موجب افزایش فشارهایى شده است كه در نتیجه آن شركتها نمىتوانند به تنهایى از عهده تمامى فعالیتهای مرتبط برآیند. در بازار رقابتى موجود بنگاههاى اقتصادى و تولیدى عالوه بر پرداختن به سازمان و منابع داخلى خود را به مدیریت و نظارت بر منابع و اركان مرتبط خارج از سازمان نیازمند یافتهاند. علت این امر در واقع دستیابى به مزیت یا مزایاى رقابتى از قبیل سرعت عمل باال انعطافپذیری زیاد و قیمت پایین با هدف كسب سهم بیشترى از بازار است. بر این اساس فعالیتهایی نظیر خدمات فنی و مهندسی تهیه و تأمین مواد خدمات آزمایشگاهی ساخت قطعات و خدمات نگهدارى كاال كه قبال همگى در سطح شركتانجام مىشدهاینك به شرکت های بیروناز سازمان انتقال پیدا كرده است که این نگرش باعت ایجاد زنجیره تأمین و مدیریت آن در شرکتهای پیشرفته دنیا شده است. مسئله كلیدى در یك زنجیره تأمین مدیریت و كنترل هماهنگ تمامىاین فعالیتهااست. مدیریت زنجیره تأمین Managment( )Supply Chain پدیدهاىاست كهاین كار را به طریقىانجام می دهد كه مشتریان بتوانند خدمت قابل اطمینان و سریع یا محصوالت با كیفیت را در حداقل هزینه دریافت كنند. در حالت كلى زنجیره تأمین از دو یا چند سازمان تشكیل مىشود كه رسما از یكدیگر جدا هستند و به وسیله جریانهاى مواد اطالعات و جریانهاى مالى به یكدیگر مرتبط مىشوند. این سازمانها مىتوانند بنگاههایى باشند كه مواداولیه قطعات محصول نهایى و یا خدمات فنی/بازرسی را تولید یاارائه مىكنند. ارتباط هدفمند مداوم و سازماندهی شده با تأمینکنندگان براى مدیریت موثر زنجیره تامین

49 Science, Technology & Management ضرورى است. این امر یعنى جریان سریع اطالعات در میان مشتری )مدیریت زنجیره تأمین( و تأمین كنندگان بعضىاز شركت ها را قادر مى سازد كه زنجیرههاى تأمین بسیاركارآمدی را ایجاد كنند به گونهای که فرآیند تجاریسازی تولید محصوالت را در سطحی انجام دهند که رضایت کارفرمایان را به بهترین وجه ممکن فراهم کنند. یکی دیگر از نیازهایاساسی تأمینكنندگان و مدیریت زنجیره تأمین جهت دستیابی به اهداف تعیین شده اعتماد متقابل در عرصههای فنی و اجرایی است که برای دستیابی به آن نحوه رویههای اجرا شده توسط مدیریت زنجیره شامل تولید و نشر دانش فنی و نحوه تعامالت اجرایی باید از هوشمندی کامل برخوردار باشد. مدیریت زنجیره تأمین داراى سه فرآیند عمده است كه عبارتاند از: 1.مدیریت اطالعات )مدیریت گردش مناسب و انتقال صحیحاطالعات(. 2 مدیریت لجستیك )مدیریت فرآیندهاى حمل و نقل سفارش دهى و ساخت تغییرات سفارش زمانبندى تولید برنامه هاى لجستیك و عملیات انباردارى( 3. مدیریت روابط )مدیریت ارتباط مطمئن با پیمانکاران در زنجیره به گونهاى كه پیمانکاران اطالعات الزم را در زمان مناسب دریافت کرده و متقابال مدیریت زنجیره را از روند اجرا در زمانهای معین مطلع کنند.( به طورکلی مزایای زنجیره تامین عبارتاستاز : 1. رقابت پذیری 2. حداقل کردن هزینه ساخت. 3 استفاده از تجارب و خرد جمعی 4.افزایش سرعت ساخت. 5 تخصصی سازی فرآیندهای خدماتی و ساخت با توجهبهنکات مذکور شرکت تأمین کاالی توربین ماشین خاورمیانه با مأموریت ایجاد یک زنجیره تأمین قطعات و مجموعههای ماشینهای دوار مبتنی بر دانش مدیریت زنجیره تأمین تأسیس شده و فعالیتهای خود مبتنی بر مهندسی و تولید ایننوع قطعاتبرای گروه توربین ماشین خاورمیانه را از نیمه دوم سال 90 آغاز کرد. شرکت تأمین کاالی توربین ماشین خاورمیانه در انتهای سال چهارم فعالیت خود با زنجیرهای بالغ بر 110 کارگاه صنعتی و شرکتهای تولیدی و بازرگانی در دوره اول برنامه استراتژیک شرکت گام بزرگی را در جهت ایجاد کنسرسیوم تولیدکنندگان قطعات و مجموعههای ماشینآالت دوار با محوریت شرکت توربین ماشین خاورمیانه برداشته است. این شرکت جهت بهرهگیری بهینه از توانمندی سازندگان و شرکتهای ارائهدهنده خدمات فنی داخلی استراتژی ایجاد زنجیره تامین گسترده و کارآمد را مبتنی بر فعالیتهای ذیل در دستور کار خود قرار داد:. 1 شناسایی تامینکنندگان توانمند اعم از سازندگان فروشندگان و ارائه دهندگان خدمات فنی. 2 تکمیل فرمهای مربوط به ارزیابی توانمندی تأمینکنندگان. 3 ارزیابی و پایش اولیه تأمینکنندگان امتیازدهی و درجهبندی توانمندی آنان. 4 مدیریت قراردادها و انعقاد تفاهمنامههای همکاری بلندمدت. 5 گروهبندی و تعیین کد اختصاصی برای آنان. 6 مدیریت روابط تأمینکنندگان بر اساس منافع دو طرف و ایجاد اعتماد. 8 ارزیابی دورهای تأمینکنندگان. 9 تزریق و ارتقای دانش فنی و تقویت بنیه مالی در حال حاضر شرکت تأمین کاالی توربین ماشین خاورمیانه ضمن ایجاد و تثبیت یک زنجیره تأمین هوشمند عملیات شناسایی و ارزیابی دورهای پیمانکاران رابه همراه توانمندسازی مجریان مستعد به طور مستمر در دست انجام دارد. روشن است که دراین حالت محصولی کهبه مشتری می رسدنتیجه تالش جمعی تامین کنندگان در طول راه بوده و در شرکت تامین کاالی توربین ماشین خاورمیانه هدف تضمین باالترین سطح کیفیت محصول نهایی با اطمینانازاینکهبهترین مواداولیه و تامین کنندگان برای هر پروژهانتخاب شدهاند است. پاییزو زمستان 49 93

50 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 50 پوشش قطعات کمپرسور در توربینهای گاز 2 حفظ خواص مکانیکی و پایداری ابعادی اجزای کمپرسور در النازمیرطاهری 1 شهابمیرآقائی توربینگازیمولدنیرو بهویژه پرههای ثابتومتحرک نقشی کلیدی در عملکرد کل توربین دارد. بروز آسیب های سطحی روی پره های کمپرسور راندمان آن را تا بیش از 3 درصد کاهش می دهد و در صورت تداوم این شرایط افت خواص مکانیکی و در نهایت شکست ناگهانی قطعات اجتناب ناپذیر است. بررسی ها نشان میدهد که حدود 20 درصد از موارد تخریب توربین های گازناشی از شکست ناگهانی پره های کمپرسور است. مهمترین عوامل تخریب سطحپدیده هایخوردگیواکسیداسیون سایشوفرسایشو زبرشدنسطحورسوبذراتاست. با توجه به شرایط کار در محیط های صنعتی خورنده و فرساینده و استفاده از فوالدهای زنگ نزن درساختاجزایکمپرسور استفادهازپوشش هایمحافظبهمنظور افزایشعمرقطعاتوراندمان کمپرسور مهمترین و در بسیاری از موارد تنها روش بهبود عملکرد توربین است. تاریخچه برای اولین بار در دهه 1950 پوشش های مقاوم به خوردگی نیکل- کادمیم در کمپرسور توربین گاز بهکار گرفته شد و آبکاری نیکل-کادمیم تا دهه 1970 یکی از پرکاربردترین روش ها برای پوشش دهی اجزای کمپرسور بود. این پوشش ها به دلیل عملکرد مناسب و هزینه کم تولید تا دهه 1980 و بروز محدودیت های زیست محیطی کاربرد گسترده ای داشت و پس از آن به تدریج استفاده از آن ها کاهش یافت و در اوایل دهه 1990 متوقف شد. در دهه 1960 دو جایگزین برای پوششهای نیکل-کادمیم در توربین های هوایی معرفی شدند پوشش های آلومینایدی دما پایین و پوشش های آلومینیوم- سرامیک. پوشش های آلومینایدی با نفوذ کنترل شده آلومینیوم به درون زیرالیه ایجاد می شوند و پس از آن ممکن است به منظور افزایش کیفیت سطحی و اصطالحا آب بندی پوشش یک پوشش تبدیلی نیز روی قطعات اعمال شود. این نوع پوشش دارای مقاومت به فرسایش و خوردگی مناسبی است. با این وجود به دلیل عملکرد بهتر پوشش های آلومینیوم- سرامیک در این بخش از توربین های هوایی استفاده از پوشش های آلومینایدی دما پایین چندان توسعه نیافت و به اجزای خاصی در کمپرسورهای ساخت شرکت 1: الناز میرطاهری: کارشناس ارشد مهندسی مواد واحد تحقیق و توسعه شرکت توربین ماشین خاورمیانه 2: شهاب میرآقائی: استادیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی ارومیه و مشاور علمي شرکت توربین ماشین خاورمیانه

51 Science, Technology & Management Pratt & Whitney محدود شد. پوشش های آلومینیوم- سرامیک شامل یک الیه پلیمر غیرآلی و شیشه ای است که ذرات آلومینیوم درون آن جای گرفته اند. به منظور بهبود کیفیت سطحی این پوشش ها و همچنین آب بندی آن ها از یک الیه روکشی نیز استفاده می شود. این الیه روکشی همچنین عملکرد پوشش را در مقابل خوردگی و فرسایش بهبود می بخشد. در سالهای اخیر به منظور تامین نیازهای مشخص در هر کمپرسور خاص و با توجه به شرایط عملکردی آن پوشش های آلومینیوم- سرامیک بسیار متنوعی ایجاد است. پوششهای ناحیه کمپرسور از دیدگاه مقاومت در برابر انواع پدیده های مخرب و ماهیت بهگونه های مختلف قابل تقسیم اند که در ادامه به هر یک از آن ها پرداخته شده است. 1- پوشش های مقاوم به خوردگی پوشش های مقاوم به خوردگی به دو دسته کلی قابل تقسیم اند پوشش های سدکننده و پوشش های فداشونده. هدف از بهکارگیری پوشش های سدکننده توقف و یا به تعویق انداختن خوردگی از طریق ایجاد یک سد فیزیکی میان زیرالیه و محیط خورنده است. این پوشش ها معموال از موادی ساخته میشوند که در مقابل خوردگی مقاوم اند و تا زمانی که یکپارچه و بدون نقص روی سطح باقی بمانند به خوبی از آن محافظت می کنند. پوشش های آلومینایدی از جمله پوشش های سدکننده مقاوم به خوردگی هستند. پوشش های فداشونده به گونه ای طراحی شدهاند که بهطور ترجیحی بهجای زیرالیه خورده شوند. لذا این پوشش ها معموال بیش از زیرالیه ای که قرار است از آن محافظت کنند از نظر گالوانیکی فعال اند. مزیت نسبی پوشش های فداشونده در مقایسه با پوششهای سدکننده آن است که برای حفظ مقاومت به خوردگی مهم نیست پوشش بدون نقص باقی بماند. انواع پوشش های آلومینیوم - سرامیک نمونه بسیار متنوع و پرکاربردی از پوشش های فداشونده مقاوم به خوردگی است. پوشش های نیکل-کادمیم در این پوشش ها الیه هایی از نیکل و کادمیوم به ترتیب توسط آبکاری الکتریکی روی سطح زیرالیه اعمال می شوند. این پوشش ها مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی در محیط های نمکی با ph خنثی از خود نشان می دهند. محافظت در برابر خوردگی به واسطه حضور کادمیم فداشونده روی سطح تامین شده و وجود الیه سخت نیکل زیرین عالوه بر مقاومت به خوردگی به واسطه ایجاد الیه سدکننده باعث ایجاد مقاومت به فرسایش نیز می شود. الیه نیکل همچنین به عنوان یک الیه بین نفوذی برای پوشش کادمیم خارجی عمل می کند. وجود الیه سدکننده نیکل با ضخامت مناسب از آن جهت ضروری است که از بروز تردی فلز مایع در فوالدهای پراستحکام ناشی از تماس با کادمیم جلوگیری می کند. پس از تخریب الیه کادمیم در صورت بروز عیب در الیه نیکل و مواجهه سطح فلز پایه با محیط خوردگی و تخریب در فلز پایه آغاز می شود. مشکل دیگر پوشش های نیکل-کادمیم امکان ایجاد خوردگی حفره ای زیر الیه پوشش است که به صورت ظاهری قابل تشخیص نیست. با تنظیم پارامترهای فرآیند الیه هایی از نیکل و کادمیم به ترتیب با ضخامت های میکرون و میکرون روی سطح ایجاد می شوند. پس از تکمیل دو مرحله آبکاری نیکل و کادمیم قطعات در دمایC 630 تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند تا امکان نفوذ متقابل الیه های نیکل و کادمیم در یکدیگر فراهم شود. پوشش های آلومینایدی دما پایین این پوشش ها در دسته پوشش های نفوذی قرار می گیرند زیرا الیه پوشش از طریق تغییر ترکیب شیمیایی زیرالیه ناشی از نفوذ درون سوی آلومینیوم از سطح تشکیل می شود. از این منظر پوشش های آلومینایدی دما پایین با پوشش های نفوذی دما باال که روی قطعات ناحیه گرم توربین اعمال می شوند تشابه دارند. در قطعات کمپرسور پوشش شامل یک الیه نسبتا نازک از فلز سخت زمینه بوده که از آلومینیوم غنی شده است. اعمال پوشش های آلومینایدی دما پایین به روش سمانتاسیون پودری و در دمای حدود 480 C صورت میگیرد. در این دما اجزای مخلوط پودری پوشش دهی با یکدیگر واکنش داده و تولید هالیدهای آلومینیوم می کنند که عامل انتقال آلومینیوم به سطح قطعات فوالدی هستند. در نهایت آزاد شدن آلومینیوم روی سطح امکان نفوذ آن به درون زیرالیه و تشکیل پوشش را فراهم می کند. پوشش های آلومینایدی نفوذی مقاومت مناسبی در برابر اکسیداسیون در دمای باال دارند اما تصویر 1- مقایسه سطح نهایی پوشش ها پس از تست مه نمک«در دهه 1960 دو جایگزین برای پوششهای نیکل-کادمیم در توربینهای هوایی معرفی شدند پوشش های آلومینایدی دما پایین و پوشش های آلومینیوم- سرامیک پاییزو زمستان 51 93

52 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 52»» در این پوشش ها الیههایی از نیکل و کادمیم به ترتیب توسط آبکاری الکتریکی روی سطح زیرالیه اعمال میشوند. این پوششها مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی در محیطهای نمکی با PH خنثی از خود نشان می دهند تصویر 2. شماتیک ساختار چند الیه پوشش های ضد رسوب تصویر 3. پره های ردیف اول ایمپلر با پوشش ضدرسوب الکترولس نیکل پس از 5 سال کار بدون تجمع رسوب مقاومت در برابر خوردگی آنها نسبت به پوشش های نیکل-کادمیم و پوششهای آلومینیوم- سرامیک کمتر است. از سوی دیگر پوشش های آلومینایدی دما پایین سختی نسبتا باالیی دارند و مقاومت مناسبی در برابر فرسایش نشان می دهند. پوشش های آلومینیوم- سرامیک پوشش های آلومینیوم- سرامیک از یک زمینه پلیمری غیرآلی شیشه ای و منسجم تشکیل می شوند که ذرات آلومینیوم درون آن پراکنده اند. پوشش های اعمالی بالفاصله پس از پخت حاوی حدود 70 درصد وزنی آلومینیوم اند ولی از نظر الکتریکی رسانا نیستند. پس از پخت معموال سطح پوشش به روش های مکانیکی از قبیل بالست خشک و کم فشار توسط ساینده های مختلف پرداخت می شود. این فرآیند منجر به حذف مواد از سطح نشده ولی باعث رسانا شدن پوشش و فعالیت گالوانیکی آن می شود. هرچه فعالیت گالوانیکی پوشش نسبت به زیر الیه بیشتر باشد قابلیت فداشوندگی آن و در نتیجه قدرت محافظت از سطح در محیط های خورنده بیشتر است. باید در نظر داشت که پس از عملیات پرداخت زبری سطح پوشش افزایش یافته که می تواند بر عملکرد آیرودینامیکی کمپرسور تاثیر منفی داشته باشد. فعالیت گالوانیکی پوشش های آلومینیوم- سرامیک نسبت به کادمیم آبکاری شده کمتر و از پوشش آلومینایدی بیشتر است. بنابراین این پوشش ها مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی ایجاد کرده و عالوه بر آن مقاومت مناسبی نیز در برابر دمای باال و فرسایش دارند. شکل یک تغییر زبری سطح پوشش های مختلف آلومینیوم - سرامیک در مقایسه با پوشش نیکل- کادمیم در اثر قرار گرفتن در محیط خورنده تست مه نمک را نشان میدهد. پوشش های آلومینیوم- سرامیک توسط شرکت سرماتک توسعه یافته اند و در انواع مختلف تجاری تحت عنوان پوشش های سرمتل عرضه می شوند. پوشش سرمتل )5375( سرمتل

53 Science, Technology & Management این پوشش ها در دسته پوشش های نفوذی قرار می گیرد زیرا الیه پوشش از طریق تغییر ترکیب شیمیایی زیرالیه ناشی از نفوذ درون سوی آلومینیوم از سطح تشکیل می شود. از این منظر پوششهای آلومینایدی دما پایین با پوشش های نفوذی دما باال که روی قطعات ناحیه گرم توربین اعمال میشوند تشابه دارند»» تصویر 4. پوشش آلومینیوم - سرامیک با یک الیه روکش پلیمری تصوير 5. پوشش نیترید تیتانیم روی پره های ثابت و متحرک کمپرسور )962( و سرمتل )W( از پوشش های آلومینیوم- سرامیک مورد استفاده در قطعات کمپرسور توربین گاز است. در انواع پیشرفتهتر این پوشش ها از یک الیه خارجی سرامیکی استفاده شده است. این الیه ها نقش آب بند را ایفا کرده و با نام تجاری سری سرماسیل از قبیل سرماسیل )570A( توسط شرکت سرماتک ارائه شده اند. در ادامه به توضیح مختصری از عملکرد این نوع از پوشش های آلومینیوم - سرامیک پرداخته شده است. پوشش آلومینیوم- سرامیک روکش دار الیه روکش اعمال شده روی پوشش های آلومینیوم- سرامیک نقش آب بند و یا پوشش سدکننده روی الیه فداشونده زیرین را ایفا میکند. این روکش سدکننده حفره های موجود در سطح را پر کرده و صافی سطح را بهبود می بخشد و چون این پوشش در برابر خوردگی رسوبات سولفات یا کلرید نسبتا تاثیر ناپذیر است مقاومت در برابر آسیبهای محیطی را افزایش می دهد. بنابراین عملکرد کلی این سیستم پوشش دهی در زمینه مقاومت به خوردگی بسیار مناسب بوده و نیز به دلیل بهبود کیفیت سطحی در مقایسه با پوشش های فاقد روکش عملکرد آیرودینامیکی سطح نیز بهبود یافته است. این پوشش ها ضخامتی حدود میکرون و استحکام کششی پیوند بیش از psi8000 )بر اساس استاندارد )ASTM-C633 دارند. پوشش های آلومینیوم-سرامیک روکش دار که دارای عملکرد فداشونده هستند مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به پوشش های آبکاری نیکل-کادمیم پوشش های نفوذی آلومینیوم و پوشش های آلومینیوم- سرامیک بدون روکش از خود نشان می دهند. در آزمون مه نمک بر اساس استاندارد ASTM-B117 فوالد با پوشش آلومینیوم- سرامیک آب بندی شده پس از 2500 ساعت آزمون هیچ اثری از لکه های قرمز زنگ زدگی نشان نمی دهد. از طرف دیگر الیه آب بند رویی باعث می شود که صافی سطح قطعه پس از قرار گیری در محیط خورنده و تحت شرایط کاری حفظ شود. الزم به ذکر است که پاییزو زمستان 53 93

54 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 54 پوشش های آلومینیوم- سرامیک توسط شرکت سرماتک توسعه یافته اند و در انواع مختلف تجاری تحت عنوان پوشش های سرمتل عرضه میشوند. پوشش سرمتل )5375( سرمتل )962( و سرمتل )W( از پوششهای آلومینیوم-سرامیک مورد استفاده در قطعات کمپرسور توربین گاز است پوشش های آلومینیوم-سرامیک به دلیل کمتر بودن سختی ذاتی پوشش در مقایسه با پوشش هایی که مشخصا به منظور افزایش مقاومت به فرسایش طراحی شده اند محافظت کمتری در برابر فرسایش نشان می دهند. با این وجود در مواردی که مقاومت پوشش در برابر فرسایش حائز اهمیت است می توان با ایجاد تغییراتی در الیه روکش مقاومت به فرسایش مورد نیاز را فراهم کرد. همانطور که می دانیم صافی سطح در قطعات کمپرسور و رندمان آنها تاثیر بسزایی دارد. در بیشتر پوشش های مورد استفاده در کمپرسور از جمله پوشش آلومینیوم- سرامیک بدون روکش صافی سطح نهایی در محدوده میکرواینچ است که این مقدار در پوششهای آلومینیوم- سرامیک روکش دار حدود میکرواینچ است. پوشش های پیشرفته ای از قبیل سرمتل )5380DP( در این دسته قرار دارند. بررسی های انجام شده توسط شرکت جنرال الکتریک نشان می دهد که پس از ساعت کارکرد تقریبا در 80 درصد از پره های کمپرسور سطح دارای پوشش سرمتل )5380DP( بدون تغییر باقی مانده و 20 درصد دیگر هنوز توسط الیه پوشش زیرین محافظت می شوند و خوردگی حفره ای در هیچ قسمتی مشاهده نشده است. این در صورتی است که پرهها در شرایط بدون پوشش و همچنین با پوشش نیکل-کادمیم پس از گذشت کمتر از 2 سال دچار خوردگی حفره ای شده اند. از انواع تجاری این پوشش می توان به سرمتل )5375( و سرمتل )1141( اشاره کرد. 2- پوشش های ضدرسوب در حالت کلی ایجاد رسوب در کمپرسور توربینهای گاز صنعتی نسبت به کمپرسورهای گریز از مرکز و محوری مورد استفاده در صنایع شیمیایی کمتر است. با این وجود به دلیل آلودگی های موجود در محیطهای صنعتی تجمع رسوب روی قطعات کمپرسور می تواند عملکرد آن را به شدت تحت تاثیر قرار دهد. این پدیده در واقع تجمع و چسبیدن ذرات آلی روی سطح پره در قسمت های ناهموار است. بنابراین برای مقابله با آن پوشش مورد استفاده باید دارای صافی سطح بسیار باال صیقلی و لغزان باشد بهطوریکه احتمال چسبیدن مواد روی آن کم شود. موادی از قبیل PTFE )تفلون( برای این کاربرد مناسب اند. همانطور که گفته شد پوشش های آلومینیوم- سرامیک آب بند شده دارای صافی سطح بسیار باالیی هستند که می تواند در برابر نشستن رسوب روی سطح به خوبی مقاومت کند. پوشش های مقاوم در برابر ایجاد رسوب توسط شرکت های متخصص از قبیل شرکت سرماتک )سری پوشش های سرمالون ) توسعه داده شده اند. الیه خارجی این پوشش ها از تفلون

55 Science, Technology & Management تشکیل شده است و سطحی بسیار صیقلی داشته و مانع از چسبیدن و رسوب ذرات روی سطح می شود. این پوشش ها شامل سه الیه است الیه خارجی محافظ تفلون الیه محافظ میانی و الیه داخلی فداشونده آلومینیوم- سرامیک. شکل 2 شماتیک ساختار چند الیه پوششهای ضد رسوب را نشان می دهد. الیه میانی مانع خوردگی الیه داخلی شده و مهمتر اینکه چسبندگی مناسب الیه خارجی به سطح را فراهم می کند. همانطور که ذکر شد پوشش های حاوی تفلون با نفوذناپذیر کردن سطح در برابر محیط خورنده مقاومت بسیار مناسبی در برابر تجمع رسوب ایجاد می کند. از سوی دیگر خاصیت عدم چسبندگی ذرات موجب می شود که اتصال این ماده به سطح قطعه نیز با مشکل همراه باشد. برای حل این مشکل از مخلوط تفلون و رزین استفاده می شود. در این حالت استحکام چسبندگی پوشش بهبود یافته اما از خاصیت ضدرسوب بودن آن کاسته می شود. بنابراین با انتخاب رزین مناسب و بهینه کردن میزان تفلون در الیه خارجی می توان عملکرد پوشش را در برابر تجمع رسوب بهبود داد. باید توجه داشت که در صورت استفاده از این نوع پوشش ها دمای کاری مجاز قطعه کاهش پیدا می کند. با استفاده از پوشش حاوی تفلون حداکثر دمای قابل تحمل برای کمپرسور به 260 C محدود می شود. بنابراین در استفاده از این پوشش ها برای ردیف های میانی کمپرسور به بعد محدودیت وجود دارد. در شکل های 3 و 4 بهکارگیری پوششهای مختلف به منظور افزایش مقاومت در برابر تجمع رسوب نشان داده شده است. 3- پوشش های مقاوم در برابر فرسایش از دیدگاه مقاومت مواد در مقابل فرسایش رفتار آن ها به دو دسته نرم و ترد قابل تقسیم است. برای مواد نرم بهترین مقاومت به فرسایش در زاویه برخوردهای زیاد اتفاق می افتد و در زاویه های کم حذف ماده از سطح اتفاق می افتد. در مواد ترد مقاومت به فرسایش و از دیدگاه مقاومت مواد در مقابل فرسایش رفتار آن ها به دو دسته نرم و ترد قابل تقسیم است پوشش های ناحیه کمپرسور در توربین های گاز نام قطعه محل دارای پوشش نوع پوشش هدف از اعمال پوشش سطح در تماس پره های ثابت و متحرک سطوح ایرفویل کاربید تنگستن نیترید تیتانیوم کاربید کروم ایجاد مقاومت در برابر فرسایش ناشی از وجود ذرات جامد جریان هوا آلومینیوم-سرامیک ایجاد مقاومت در برابر خوردگی آلومینیوم-سرامیک روکشدار ایجاد مقاومت در برابر خوردگی و نشستن رسوب ایجاد سطح صاف و یکنواخت آلومیناید نفوذی ایجاد مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون تا دمای 550 C - بلیسک )پره و دیسک یکپارچه( سطوح ایرفویل آلومینیوم-سرامیک روکشدار ایجاد مقاومت در برابر نشستن رسوب خوردگی و اکسیداسیون پوسته کمپرسور دیفیوزر و ژنراتور گاز کل سطح پوسته آلومینیوم-سرامیک آلومینیوم-سرامیک روکشدار ایجاد مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون تا دمای 550 C جریان هوا دیسک و هاب کمپرسور بیشتر نواحی آلومینیوم-سرامیک آلومینیوم-سرامیک روکشدار آلومیناید نفوذی ایجاد مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون تا دمای 550 C ریشه پره ها شفت کمپرسور اسپیسر کمپرسور بیشتر نواحی آلومینیوم-سرامیک آلومینیوم-سرامیک روکشدار ایجاد مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون تا دمای 550 C جریان هوا - آب بند کمپرسور مسیر عبور گاز و نواحی غیر تماسی آلومینیوم-سرامیک آلومینیوم-سرامیک روکشدار ایجاد مقاومت در برابر خوردگی و خوردگی داغ دما پایین - حلقه های کمپرسور مسیر عبور گاز و نواحی غیر تماسی آلومینیوم-سرامیک ایجاد مقاومت در برابر خوردگی نشستن رسوب و خوردگی داغ نواحی دیفیوزر ایمپلر سطوح پره کاربید تنگستن نیترید تیتانیوم ایجاد مقاومت در برابر فرسایش ناشی از وجود ذرات با ایجاد حداقل عیب خستگی جریان هوا - سطوح ایرفویل آلومینیوم-سرامیک روکشدار ایجاد مقاومت در برابر خوردگی و ایجاد سطح کامال صاف و یکنواخت )آئرودینامیک( پره های IGV و VGV شفت سطوح داخلی و خارجی آلومینیوم-سرامیک ایجاد مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون تا دمای 550 C روغن های داغ و سیال هیدرولیک پاییزو زمستان 55 93

56 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 56 در حالت کلی ایجاد رسوب در کمپرسور توربینهای گاز صنعتی نسبت به کمپرسورهای گریز از مرکز و محوری مورد استفاده در صنایع شیمیایی کمتر است. با این وجود به دلیل آلودگی های موجود در محیطهای صنعتی تجمع رسوب روی قطعات کمپرسور می تواند عملکرد آن را به شدت تحت تاثیر قرار دهد سایش به کمانه کردن ذرات از سطوح سخت تر آنها بستگی دارد. بنابراین بهترین مقاومت به فرسایش در این مواد در زاویه برخوردهای کوچک اتفاق می افتد و در زوایای بزرگتر در اثر برخورد و محدودیت قابلیت این مواد به جذب انرژی ضربه ترک خوردگی و بهم پیوستن ترک ها می تواند باعث جدا شدن ماده از سطح شود. در قطعات کمپرسور به ویژه پره ها مکانیزم غالب فرسایش برخورد ذرات با سطح در زاویه کم است. بنابراین به منظور بهبود مقاومت به فرسایش از موادی با سختی باال استفاده می شود. از پوششهایی که در برابر فرسایش مقاوم اند می توان به پوشش های آلومینیوم- سرامیک روکش دار سخت و پوشش های نیترید تیتانیوم )TiN( کاربید تنگستن )WC( و کاربید کرم اشاره کرد. شکل 5 نمونه ای از اعمال پوشش نیترید تیتانیوم را در پره های ثابت و متحرک کمپرسور نشان می دهد. در انتخاب پوشش مناسب جهت افزایش مقاومت در برابر فرسایش پره های کمپرسور باید نکات زیر را در نظر داشت وزن استفاده از پوشش هایی که افزایش وزن قابل توجهی در پره های کمپرسور ایجاد می کنند مجاز نیست. صافی سطح پوشش های مقاوم در برابر فرسایش نباید بهگونه ای باشند که پروفیل آیرودینامیکی پره را تغییر دهند و نیز نباید منجر به افزایش زبری سطح شوند زیرا تاثیر مخربی بر راندمان آیرودینامیکی خواهند داشت. مقاومت در برابر خوردگی پوشش مورد استفاده عالوه بر مقاومت در برابر فرسایش باید در برابر محیط خورنده شرایط سرویس مقاومت خوبی داشته باشد تا دچار تخریب ناشی از خوردگی نشود. خواص خستگی افزایش مقاومت در برابر فرسایش پوشش نباید به قیمت افت مقاومت به خستگی در اثر افزایش احتمال جوانه زنی ترک و یا تغییر قابل توجه در فرکانس های تشدید پرده حاصل شود. با در نظر گرفتن این پارامترها پوشش های مقاوم به فرسایش مناسب و قابل استفاده در کمپرسور توربین های گازی عبارتند از: پوشش های آلومینیوم- سرامیک با الیه روکش سخت همانطور که ذکر شد پوشش های آلومینیوم- سرامیک می توانند مقاومت در برابر خوردگی سیستم را تامین کنند و نیز به عنوان الیه میانی برای اعمال یک الیه پوشش آلومینای سخت جهت افزایش مقاومت در برابر فرسایش

57 Science, Technology & Management عمل کنند. این الیه آلومینا می تواند به روش اسپری پالسمایی و در ضخامت های میکرون روی قسمت هایی از سطح که در معرض فرسایش قرار دارد اعمال شود. پوشش نیترید تیتانیوم پوشش نیترید تیتانیوم را می توان به روش رسوب فیزیکی بخار )PVD( و رسوب شیمیایی بخار )CVD( روی سطح پرههای کمپرسور اعمال کرد. با این روش ها میتوان پوشش هایی با ضخامت کم ایجاد کرد که تغییرات ابعاد و وزن پره ها در اثر اعمال پوشش را به حداقل می رساند. در میان پوشش های بهکار رفته در قطعات کمپرسور پوشش های آلومینیوم-سرامیک روکش دار به دلیل سهولت اعمال و دارا بودن مجموعه خواص مطلوب بیشترین و متنوعترین کاربرد را دارند. در این پوشش ها با انتخاب روکش مناسب خواص متنوعی از جمله مقاومت در برابر تجمع رسوب مقاومت به فرسایش و همچنین مقاومت به خوردگی و حتی ترکیبی از آن ها قابل دستیابی است. جمع بندی پوشش های محافظ در کمپرسور توربین های گاز عالوه بر ایجاد مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون و مقاومت به فرسایش به منظور ایجاد صافی سطح مناسب در مسیر عبور هوا روی سطوح قطعات مختلف اعمال می شوند. دستیابی به صافی سطح مناسب و حفظ آن زمان کارکرد قطعات را افزایش داده و منجر به کاهش هزینه های نگهداری و تعمیرات می شود. همانطور که در جدول زیر نشان داده شده است به منظور دستیابی به ویژگی مورد نظر در قسمتهای مختلف کمپرسور توربین گاز از پوشش های مختلفی استفاده می شود. پاییزو زمستان 57 93

58 58 پاییزوزمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین بهبود سازگاری توربین توان با توجه به دمای محیطي 4 توربینهای گاز دو شفت قابلیت تامین توان خروجی در بازههای سرعت شفت نسبتا تقی هوشیاری 1 پریسه هدایتی 2 محمد سیفی 3 ارشیا تافته وسیعی را دارند. این ویژگی در کاربردهای با سرعت شفت ثابت اهمیت چندانی ندارد اما در کاربردهای تولید توان مکانیکی اهمیت پیدا میکند. از جمله کاربردهای این دسته توربینها میتوان به تولید توان مکانیکی در راهاندازی پمپها و کمپرسورها اشاره کرد که در صنایع استخراج و پاالیش نفت و گاز به صورت عمده استفاده میشوند. در توربینهای گاز دو شفت پارامترهایی نظیر سرعت شفت فشار جریان در خروجی کمپرسور دمای خروجی از محفظه و دمای خروجی از توربین به عنوان قیدهای کنترلی محدود کننده عملکرد مطرح هستند. توان خروجی توربین گاز دو شفت سنتار در شرایط سرد آب و هوایی توسط سرعت شفت کمپرسور محدود میشود. اما در دماهای باالی محیطی مقدار دمای خوانده شده توسط سنسور نصب شده در نازل توربین توان محدود کننده میزان پاشش سوخت و به تبع آن توان تولیدی است. در این صورت میتوان با اعمال تغییر سازگاری بین توربین توان و هسته توربین گاز نحوه اثرگذاری این دو پارامتر را بر توان خروجی تنظیم کرد. در تعداد انگشتشماری از توربینهای گاز زمینی نازل توربین توان به گونهای طراحی شده است که قابلیت تغییر زاویه را به منظور بهینهسازی توان به صورت دائمدرحینعملیاتداراهستند.توربینسنتاردارایدوطبقهتوربین کمپرسورویکطبقهتوربینتوانباهندسهثابتاستکهباتغییرمساحتگلوگاه نازلآندرحینتعمیرات توربین میتواننقطهتالقی قیودحداکثرسرعتشفتوبیشینهدمایمجازرادرنمودار )دمایمحیط -توانشفت(تغییرداد. روش انجام محاسبات تغییر زاویه نصب نازل و به تبع آن مساحت گلوگاه توربین توان منجر بهتغییر ظرفیت آیرودینامیکی آن میشود که توسط اعمالیک ضریب خطی در منحنی عملکرد مدلسازی میشود. به منظور مدلسازیتغییر رفتار منحنی توان در دماهای محیطی مختلف از روشتحلیل سیکل ترمودینامیکی استفاده شده است. همچنین با استفاده از تحلی ل یکبعدی توربین محوری اثر تغییر زاویه نصب نازل توربین توان بر ظرفیت آن شناسایی شده و به این ترتیب زاویه و مساحت مناسب گلوگاه برای دستیابی به رفتار سازگار دلخواه استخراج میشود. نحوه سازگاری اجزا در توربین گاز دو شفت با قرار گرفتن کمپرسور توربین مولد گاز و توربین قدرت در کنار یکدیگر هر یک قیدهایی بر عملکرد سیستم اعمال می کنند و سبب ایجاد تعامل بین اجزا میشوند. این تعامل به گونهای درنظر گرفته شده است که اجزا عالوه بر شرایط طراحی در شرایط خارجاز طراحی نیز در نزدیکی نقطه بیشینه بازدهی با یکدیگر کار کنند. از جمله مهمترین قیدهای فیزیکی که اجزای توربین گاز بر سیستم اعمال میکنند میتوان موارد زیر را عنوان کرد: سرعت کمپرسور برابر با سرعت توربین مولد گاز است. دبی جرمی توربین برابر مجموع دبی جرمی کمپرسور و دبی سوخت است. مجموع توان کمپرسور و افت های مکانیکی برابر با توان توربین مولد گاز است. فشار بعد از توربین مولد گاز باید به میزانی باشد که مومنتوم جریان به منظور عبور از توربین تولید توان را تامین کند. در توربینهای گازی دو شفت معموال نازل ردیف اول توربین مولد گاز و نازل توربین تولید توان در شرایط خفگی کار میکنند. در این حالت دبی جرمی عبوریاز توربین براساس رابطه زیر محاسبه خواهد شد. با توجه به رابطه )1( دبی جرمی عبوری از توربین در شرایط خفگی تابعی از فشار و دمای گاز ورودی به توربین مولد گاز ترکیب گاز و هندسه نازل خواهد بود. بر اساس رابطه )1( برای یک توربین مشخص که با یک سیال کاری ثابت کار میکند مقدار دبی جرمی تصحیح شده ثابت خواهد بود. )رابطه )2(( این مقدار در توربینهای محوری با عنوان ظرفیت توربین شناخته میشود. شکل يک ارتباط عملکرد توربین تولید توان با توربین مولد گاز را نشان میدهد. برایناساس زمانی که توربین تولید توان به شرایط خفگی نرسیدهاست )نقطه يک( نسبت فشار توربین مولد گاز به گونهای تنظیم میشود که شرایط حاکم بر سازگاری بین توربینها و کمپرسور تامین شود. در مقابل زمانی که توربین تولید توان در شرایط خفگی کار کند )نقاط 2 و 3( نسبت فشار توربین مولد گاز ثابت خواهد شد. این نسبت فشار بر اساس میزان دبی عبوری از توربین تولید توان مشخص میشود. تاثیردمای محیط برعملکرد توربین گازدو شفت 1 :تقی هوشیاری: واحد مهندسي توربين شرکت مديريت پروژههاي توربين ارکان ايرانيان 2: پریسه هدایتی: واحد مهندسی شرکت توربین ماشین خاورمیانه 3: محمد سیفی: واحد تعمیرات شرکت توربین ماشین خاورمیانه 4: ارشیا تافته: مدير مهندسي توربين شرکت مديريت پروژههاي توربين ارکان ايرانيان

59 Science, Technology & Management»» تصویر 1. ارتباط عملکرد توربین تولید توان با توربین مولد گاز در پیکرهبندی دو شفت تصویر 3. مقطع ردیف پرههای نازل توربین تولید توان تصویر 2.چگونگی اعمال محدودیت دور موتور و TIT بر توان خروجی بر اساس تغییرات دمای محیط تصویر 4.مودار تغییرات توان خروجی بر اساس دمای محیط»» در توربینهای گاز دو شفت توربین توان به صورت مکانیکی به توربین مولد گاز متصل نشده است. بنابراین سرعت توربین مولد گاز بر خالف حالت تکشفت به صورت مستقیم قابل کنترل نیست و براساس میزان بارگذاری روی موتور تعیین میشود. در صورتی که به توان خروجی بیشتر نیاز باشد شیر کنترل سوخت اجازه می دهد که سوخت بیشتری وارد محفظه احتراق شود. این عمل موجب افزایش سرعت توربین مولد گاز و همچنین افزایش دمای خروجی محفظه احتراق می شود که در نهایت به بیشتر شدن توان خروجی توربین تولید توان میانجامد. با توجه به محدودیت های مکانیکی و سازهای سرعت توربین مولد گاز و دمای گاز خروجی از محفظه احتراق دارای یک مقدار بیشینه هستند که عبور از آن منجر به وارد آمدن صدمات بلندمدت به توربین میشود. نحوه اعمال این محدودیتها بر عملکرد موتور به دمای محیط بارهای جانبی و هندسه توربین به طور خاص نازلاول توربین تولید توان وابسته است. چگونگی اعمال این دو محدودیت بر توان خروجی توربین گاز در دماهای مختلف در شکل 2 نشان داده شده است. در دماهای پایین محیط پارامتر دور توربین مولد گاز محدودکننده توان خروجی موتور است. اما در دماهای باال دمای خروجی از محفظه توان شفت را محدود میکند. بر این اساس دمای سازگاری دمای محیطی است که به ازای آن هر دو محدودیت در بیشترین مقدار ممکن خود هستند. همانطور که در شکل يک نشان داده شد نازل اول توربین تولید توان نسبت فشار توربین تولید توان را برای عبور مقدار مشخصی دبی تعیین میکند. از طرفی این نازل نسبت فشار قابل دسترس برای توربین مولد گاز را نیز مشخص میکند. اگر توربین مولد گاز بااستفادهازاین نسبت فشار مشخص شده قادر به تامین توان مورد نیاز کمپرسور نباشد دور توربین مولد گاز و در نهایت دبی جرمی عبوری از توربین تولید توان کاهش مییابد. این اتفاق موجب کاهش نسبت فشار مورد نیاز توربین تولید توان میشود و در نهایت نسبت فشار بیشتری در اختیار توربین مولد گاز به منظور تامین توان کمپرسور قرار میگیرد. بر این اساس نحوه سازگاری در توربینهای گاز دو شفت با تغییر خواص جریان در نازل اول توربین تولید توان قابل تغییر است. با باز کردن دهانه دبی بیشتری از این نازل عبور میکند و مقاومت توربین تولید توان در برابر عبور جریان کاهش مییابد. بنابراین دور توربین مولد گاز دیرتر به مقدار بیشینه خود میرسد و دمای سازگاری افزایش مییابد. تغییر زاویه خروجی نازل توربین تولید توان با استفاده از ارتباط مساحت نازل اول توربین تولید توان میتوان دمای سازگاری توربینهای گاز موجود را به منظور استفاده در دماهای محیطی متفاوت تغییر داد. شکل 3 نمونهای از مقطع ردیف پرههای نازل در یک توربین محوری را نشان میدهد. همانطور که مشاهده میشود گلوگاه این نازل به عنوان کمترین مساحت عبور جریان در انتهای آن پاییزو زمستان 59 93

60 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 60»» تصویر 5. نمودار تغییرات دبی جرمی بر اساس نسبت فشار تصویر 7. اثر تغییر دهانهی نازل ردیف اول بر عملکرد توربین محوری تصویر 6. نمودار تغییرات بازده بر اساس نسبت فشار تصویر 8. نمودار توان خروجی توربین گاز بر اساس تغییرات دمای محیط»» قرار دارد. لذا با تغییر زاویه بخش انتهایی نازل این مساحت قابل تغییراست. در نتیجه میزان تغییراین مساحت با استفاده از یک شبیهساز سیکل توربین گاز در کنار یک شبیهساز یکبعدی توربین محوری قابل محاسبه است. شبیهساز سیکل توربین گاز به منظور تحلیل عملکرد توربین گاز در دماهای محیطی متفاوت از یک شبیهساز عملکرد استفاده شده است. این شبیهساز با در نظر گرفتن سیکل واقعیبرایتون و روابط ترمودینامیکی حاکم عملکرد توربین گاز را در نقطه طراحی محاسبه میکند. همچنین با در نظر گرفتن معادالت سازگاری عملکرد در شرایط خارج از نقطه طراحی محاسبه میشود.به منظوربررسی صحتنتایجاین شبیهساز از اطالعات مربوط به توربین سوالر سنتار استفاده شده است. نتایج این بررسی برای تغییرات توان خروجی بر اساس تغییر دمای محیط در شکل 4 نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میشود خروجیهای نرمافزار با نتایج موجود تطابق قابل قبولی دارند. استفاده از کد تحلیل یکبعدی به منظور ایجاد ارتباط بین شبیهسازی عملکرد و هندسه واقعی از کد تحلیل یکبعدی توربین محوری توسعه یافته در شرکت توربین ماشین خاورمیانه استفاده شده است. این نرمافزار بر اساس مدلهای تجربی افت فشار ارائه شده توسط اینلی-ماتیسون و بر مبنای روش تحلیل در خط میانی توسعه داده شده است که در آن ضریب افت کل طبق رابطه 3 تعریف میشود. این پارامتر به ضرایب افت پروفیل جریان ثانویه جریان نوک پره جریان لبه فرار افت انبساط و شوک میشکند. )رابطه 4 (این مقادیر درابتدا فرض میشوند و در ادامه با فرآیند آزمون و خطا با توجه به رابطه انتروپی و افت فشار مقادیر نهایی میگردند. در روشاستفاده شده دبی جرمی در ورودی جریان به عنوان پارامتر ورودی داده میشود و درادامه فشار طبقات به گونهای انتخاب میشوند که دبی عبوری از هر طبقه با دبی ورودی تعیین شده برابر شود. با دیفرانسیل گرفتن از رابطه 6 خواهیم داشت: با توجه به برابری دبی جرمی در طبقات دیفرانسیل فشار در هر طبقه طبق رابطه 7 محاسبه میشود: صحت عملکرد این نرمافزار با استفاده از اطالعات تجربی مربوطبه یک توربین محوری یکطبقه مورد ارزیابی قرار گرفته است که نتایج آن در شکل 5 و

61 Science, Technology & Management» تصویر 9.مقایسه مقطع میانی نازل پس از خم کردن انتهای نازل )سمت راست( و ماشینکاری شرود )سمت چپ( تصویر 10. ابزار طراحی شده به منظور تغییر زاویه پره در محل لبه فرار»» تصویر 11.گو ه مدرج شده برای اندازهگیری مساحت گلوگاه شکل 6 نشان داده شدهاند. همانطور که مشاهده میشود نتایج حاصل از نرمافزار توسعهیافته تطابق قابل قبولی با اطالعات تجربی موجود دارد. اثر تغییر ظرفیت توربین بر دمای سازگاری با تغییر مساحت نازل ردیف اول در توربین تولید توان توربین گازی سوالر سنتار نقشه عملکردی توربین به صورت نشان داده شده در شکل 7 تغییر میکند. همانطور که مشاهده میشود دراثرافزایش مساحت گلوگاه نازل نقشه عملکردی توربین به صورت خطی جابهجا میشود. با توجه بهاین ویژگی در توربینهای محوری میتوان اثر تغییر مساحت نازل را در قالب یک ضریب اعمالی بر نقشه عملکرد در نظر گرفت. با اعمال اثر تغییر ظرفیت بر نقشه عملکردی و استفاده از شبیهساز عملکرد توربین گازی نمودار توان خروجی توربین گاز بر اساس تغییرات دمای محیط به صورت شکل 8 نمودار توان خروجی توربین گاز بر اساس تغییرات دمای محیط خواهد بود. همانطور که مشاهده میشودباافزایش مساحت نازل اول توربین تولید توان دمای سازگاری توربین گازی افزایش مییابد. با استفاده از این ویژگی میتوان در دماهای محیطی باال به توان خروجی باالتری دست یافت. در ادامه میزان تغییر مورد نیاز در مساحت نازل اول توربین تولید توان با استفاده از کد تحلیل توربین محاسبه شده است. بدین منظور زاویه نصب نازل به عنوان پارامتر متغیر در یک حلقه تکرار قرار گرفته است تا تغییر ظرفیت مورد نیاز با توجه به شبیهساز توربین گازی تامین شود. نتایج حاصلازاین تحلیل برای توربین گازی سوالر سنتار دو شفت در شکل 8 آمدهاست. توجه میشود کهبااعمال تغییرات جزیی در نازل توربین توان امکان تغییر دمای سازگاری میسر خواهد بود. توربین گازی سنتار با دمای سازگاری 25 درجه سانتیگراد در دمای طراحی توانی معادل 3045 کیلووات تولید میکند. حالاگرازاین توربین گازی در محیطی با دمای 50 درجهسانتیگراد استفاده تصویر 12.مقایسه ابر نقاط سگمنت نازل توربین توان سوالر سنتار حالت اولیه )خاکستری( و پس از خم کردن )قهوهای( شود توان خروجی آن تا 2410 کیلووات کاهش خواهد یافت. اما اگر مساحت نازل اول توربین تولید توان به منظور رسیدن به دمای سازگاری 50 درجه سانتیگراد به میزان 4 درصد افزایش یابد توان خروجی در دمای 50 درجه سانتیگراد معادل 2539 کیلووات خواهد بود که به معنای افزایش 5/3 درصدی توان خروجی توربین گازی است. اعمال تغییر مساحت نازل در کارگاه در حین تعمیرات توربین اصالح مورد نظر بر نازل توربین توان به منظور انطباق با دمای محیط قابل انجام است. در صورتی که سگمنتهای نازل از نوع تک پره باشند میتوان با ماشینکاری شرود زاویه نشست نازل و به تبع آن مساحت گلوگاه را تغییر داد. در صورتی که نازلاز سگمنتهای چند پره تشکیل شده باشد تنها با استفاده از ابزار خاص طراحی شده برای تغییر شکل پره میتوان مساحت گلوگاه نازل توربین توان را به صورت نصب شده بر توربین تغییر داد.» پاییزو زمستان 61 93

62 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 62 مصاحبه با آقای مهندس نصرت اهلل سلیمانی مجری پروژههای ساخت ماشینآالت فرآیندی شرکت مناطق نفتخیز جنوب مهندس نصرتاهلل سلیمانی دارای بیش از 35 سال تجربه در ارتباط با ماشینهای دوار در صنعت نفت و گاز در حوزههای مختلف بهرهبرداری تعمیرات و نگهداری و همچنین مدیریت ارشد این دو حوزه هستند که در کنار دانش حاصله از اجرای پروژههای مختلف مربوط به ماشینهای دوار از متخصصان شناختهشده این صنعت به شمار میآیند. ایشان در حال حاضر به عنوان مجری پروژههای ساخت ماشینآالت فرآیندی در شرکت مناطق نفتخیز جنوب متولی چندین پروژه مهم ساخت تجهیزات دوار همچون توربینهای گاز هستند. دراین میان پروژهها پروژه ارتقاي توربین گاز سوالر سنتار از اهمیت ویژهای برخوردار است که در این رابطه و سایر موارد در حوزه ساخت داخل این نوع از تجهیزات با ایشان به گفتوگو نشستهایم. به عنوان اولین سوال خواهشمندم بفرمایید اهمیت پروژه ارتقای توربین گاز را چگونه ارزیابی میکنید بسم اهلل رحمن الرحیم. در پاسخ به سوال جنابعالی باید عرض کنم اهمیت ارتقا را از دو جنبه باید ارزیابی نمود. اول از همه از آنجا که توربین احتراقی گاز عمدتا در صنعت نفت محرک کمپرسورهای فرآیندی گاز و تلمبههای انتقالی نفت مورد استفاده است با تغییر در وضعیت مخازن و به تبع آن تغییر در شرایط گاز و همچنین تغییرات دمایی محیط در فصول مختلف و تغییر در جرم ملکولی گاز به توان بیشتری نیاز میشود. در ارتباط با تلمبهها که ماموریت جابه جایی و انتقال نفت و میعانات نفتی را عهدهدار است با افزایش تولید توان بیشتر محرک را به دنبال خواهد داشت و لذا ارتقای توان توربین دسترسی به توان بیشتر را میسر میگرداند. دوم اینکه با دستیابی به دانش ارتقا یک توربین گاز پایههای دانش طراحی ساخت و تولید توربینهای گاز مختلف نیز ایجاد خواهد شد. به دلیل ضرورت این نیاز و اهمیت توسعه دانش در این حوزه پروژه ارتقاي توربین گاز و بومیسازی آن تعریف شده و شرکت توربین ماشین خاورمیانه به عنوان یک شرکت دانش بنیان با سابقه خوب در انجام پروژه های ساخت توربین های گاز جهت انجام این پروژه انتخاب شد. که خوشبختانه از ابتدای شروع پروژه تا کنون پیشرفت مناسبی در پروژه داشتهاند که در صورت حفظ این سرعت در پیشرفت پروژه امیدوارم اولین توربین گاز ارتقا یافته بومیسازی شده بهزودي تحویل گردد. به عنوان سوال دوم آیا به نظر شما انجام این کار )ساخت داخل این تجهیزات( اقتصادی است پاسخ به این سوال را از چند جنبه باید مورد ارزیابی قرار داد: اوال با ساخت داخل تجهیزات پیشرفته باالخص ساخت توربین گاز به عنوان یک تجهیز بسیار پیچیده کاهش وابستگی به بیگانه را به دنبال خواهد داشت و در صورت دستیابی به فناوری بومیسازی و ساخت کامل توربین و ماشینهای فرایندی از این قبیل استقالل صنعتی را در این زمینه به دنبال خواهد داشت. دوم اینکه این عمل یعنی ساخت توربین در داخل کشور باعث کارآفرینی و اشتغالزایی میگردد. ضمن اینکه خرید و تامین تجهیزاتی از این دست باعث خروج میلیونها دالر ارز ميشود. لذا اگر توانمندی ساخت در کشور مهیا گردد مانع خروج این میزان ارز به خارج از کشور میگردد. و نهایتا با توسعه توان ساخت در کشور و دسترسی آسان به سازنده و بهره جستن از قطعات یدکی ساختهشده توسط ایشان عملیاتی بودن توربین )OPERATIVE( و در نتیجه تداوم تولید را با ثباتتر خواهد نمود که از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه است. به عنوان کسی که سابقه طوالنی در صنایع نفت و گاز آن هم در شرکت مناطق نفتخیز جنوب به عنوان بزرگترین تولیدکننده نفت کشور دارد و تجربه کار با شرکتهای خارجی و داخلی سازنده این تجهیزات را نیز در کارنامه دارد چه مقایسهای میتوانید بین شرکتهای داخلی و خارجی انجام دهید شرکتهای خارجی چون خود صاحب صنعت بودند لذا با پشتوانه تجربه چند 10 ساله صنعتی کاالهای عرضهشده آنان دارای کیفیت مطلوب بوده به عنوان مثال آنان ساخت تجهیزاتی همچون توربین را از حدود یک قرن پیش آغاز و طی این مدت با ارتقای دانش فناوری و امثالهم و ضعفهای خویش را در تولید و ساخت کاال

63 Science, Technology & Management برطرف متمادی سالهای در کیفی و مطلوب نظر از ما نوپای مملکت در طرفی از نمودند. بر را اولیه گامهای هنوز که توربین ساخت صنعت خارجی شرکتهای با زیادی فاصله لذا میدارد داخلی سازندگان که نیست معنی بدین اما دارد یابند. دست کیفیت و تکنولوژی آن به نتوانند خاورمیانه ماشین توربین شرکت آن بارز نمونه و تالش سالها از پس ساخت دانش به که است توسط ساختهشده قطعات و یافته دست کوشش توربینهای روی مطلوب کیفیت با شرکت این تا الهی قوه و به حول و نصب نفت شرکت عملیاتی برند با توربین کامل ساخت شاهد دیگر ماه چند بود. خواهیم شرکت این توسط ملی پیچیده تجهیزات ساخت توسعه چالشهای کشور داخل در را کمپرسور و توربین همانند میدانید چه از بسیاری در بلکه توربین صنعت در تنها نه و جدی بسیار چالشهای با مادر و بزرگ صنایع برای متعددی داليل هستیم. مواجه مشابه البته رفع که دارد وجود بخش این در موفقیت عدم و رشد زمینهساز میتواند هم کنار در آنها همه کرد خواهم سعی که گردد صنعت این در بالندگی کنم. اشاره آنها از بعضی به نگاه یک میبایست دولت اینکه اول نکته اولویتهای و باشد داشته تولید به استراتژیک که نگردد متمایل صنایعی سمت به تولیدی و کشور داخل در آنها تولید عدم صورت در تحریمهای یا جنگ مانند بحرانی شرایط در و مختلف روشهای به و راحتی به اقتصادی را داخل نیاز میتوان متفاوتی کشورهای از همچون تجهیزاتی کمبود آنکه حال نمود تامین تولید مهمیچون صنایع میگردد سبب توربین و نقل و حمل صنعت نفت تولید نیروگاهها برق شود. زمینگیر دیگر مهم بخشهای از بسیاری مدیران از بعضی کارشناسانه غیر نگاه دوم نکته به قریب که آنجا از است. صنعت این به دولتی کشورهای در توربینسازی صنعت از قرن یک توان داخلی نوپای شرکت میگذرد دنیا پیشرفته بدو در خود خارجی رقیبان با کمی و کیفی رقابت دولتی مدیران معموال که آنجا از ندارند. را تاسیس به را اقدام این خود مدیریت دوره در دارند سعی افتخارات از بخشی عنوان به و رسانده سرانجام کوتاه عمر به توجه با و ببالند آن به خود مدیریتی سیاسی پستهای باالخص و کشور در مدیریت با سازنده مدت دراز نگاه یک به جای مدیریتی و بی محصوالت تولید سبب خود عجوالنه نگرش نوپای شرکتهای حذف موجبات و گشته کیفیت تغییر با گاها همچنین میآورند. فراهم را داخلی در باالخص و تولید امر به نگرش دولت ساختار و گردیده عوض کامل بطور )توربین( صنعت این و گذاران سرمایه اطمینان عدم سبب امر همین است. شده کنندگان تولید ماندگاری بر اثرگذار اصلی عوامل از دیگر یکی با مقایسه در آن تمامشده قیمت صنعت یک هزینه به توجه با است. خارجی مشابه محصوالت به بخصوص اولیه مواد تامین تولید اولیه باالی کامال تقاضای بازار تحریم محدودیتهای دلیل منطقی حمایت هرگونه عدم و محدوده و داخلی قیمت لذا داخلی تولیدات از بانکی سیستم گرانتر است ممکن امر بدو در محصول تمامشده باشد. خارجی مشابه نمونه از برای سود بازگشت تضمین بعدی مساله فروش بازار اینکه به توجه با است. سرمایهگذاران میگردد تامین دولت بدنه در عمدتا محصول این خرید برای خصوصی بخش مشتری معموال و فرض به لذا بود خواهد محدود بسیار توربین میبایست تولیدکننده شرایط همه بودن مناسب پس خود سرمایه بازگشت از کافی اطمینان این نماید. کسب را تولید و سرمایه گذاری از دراز قراردادهای انعقاد از میتواند اطمینان محصول فروش از پس خدمات و خرید مدت فرصت سرمایه گذار ترتیب بدین گردد. فراهم و باالتر کیفیت با محصوالت تولید برای مناسب هزینههای کاهش و خود فنی دانش ارتقای نیز داشت. خواهد را تولید اساتید جدی توجه عدم دیگر مهم مساله یک تولید مقوله به علمیجامعه بدنه و دانشگاه دانشکدههای است. دسته این از تجهیزاتی متالورژی مهندسی مانند رشتههایی در مهندسی اساس که... و برق مهندسی مکانیک مهندسی تشکیل را دوار ماشینآالت ساخت دانش و دفاعی صنایع به بیشتر را خود نگاه میدهند سبب امر همین و نمودهاند معطوف خودرو تولید شدهاست. زمینه این در علمی ماندگی عقب است. قوانین ساختار اصالح بعدی مهم نکته حرکت رهبری معظم مقام فرموده به که درحالی مقاومتی اقتصاد و داخلی تولیدات سمت به جدی قوانین اما میباشد نظام جدی اولویتهای از مرتبط مناقصات و تجارت بازرگانی با مرتبط کار قوانین همچنین و خدمات و کاال خرید با ضرر به عمدتا و عادی شرایط اساس بر همچنان در جدی تحول نیازمند و بوده برقرار تولیدکننده هستیم. زمینه این محدودیتهای و تحریم سالهای طول در فضای اجبار ضرورت به حتی اقتصادی بازتر داخلی محصوالت پذیرش برای کار زیادی تالشهای حمداهلل به که اکنون شد زمستان پاییزو

64 93 زمستان پاییزو ماشین توربین مدیریت فنونو فصلنامهعلوم 64 در کشورها سایر با روابط عادیسازی برای صورت بایستی اقداماتی چه است جریان که داخلی صنایع دستاوردهای از تا گیرد قابلیت و بوده رشد حال در هنوز بعضا خوب ندارد را خارجی بزرگ شرکتهای با رقابت کرد صیانت انقالب از بعد دهه چندین تجربه به توجه با انقالب حامی غیر کشورهای رفتارهای و آنان با روابط عادی سازی صورت در اسالمی برقراری کنیم تصور که است سادهلوحی بسیار زمینه در خصوص به اقتصاد و سیاسی روابط حاصل آسانی به بدانها وابستگی بدون صنعتی سازندگان از حمایت دولت سیاست لذا میگردد و برنامهریزی گونهای به باید و است داخلی مالی توان که را شرکتهایی که نمایند راهبری در و نموده حمایت ندارند را مطلوب و مناسب که کنند برقرار تعدیل گونهای به ارتباط این خویش توانمندی ارائه با هم ضعیف سازندگان البته که خویش محصول کیفی ارتقاي باالخص رقابت بازار در است مناسب سرمایه نیازمند بمانند. باقی پیگیری دستور نفت وزارت عالی مقام اخیرا استراتژیک کاالی گروه ده داخل ساخت خصوص این در کردهاند. صادر را نفت صنعت را موانعی چه و شده آغاز فعالیتهایی چه هستید متصور خواستهها این تحقق برای محترم وزیر اخیر ابالغیه وفق دارید استحضار معاون توسط دهگانه کاالهای با ارتباط در نفت تخصصی کمیتههای فناوری و پژوهش محترم نیازهای با مرتبط کاال خانوادههای گروه برای نوع سه معین نفتخیز )مناطق معین کارگروه متعدد جلساتی انجام و توربین( جمله از کاال و نفت وزارت تابعه شرکتهای توسط تهران در پیگیری را مربوطه موارد و منعقد نفتخیز مناطق باشم داشته اشاره باید اینکه ضمن است نموده بومیسازی با ارتباط در آمده بوجود فضای هدایت و راهبری صورت در نفت صنعت نیازهای و داشت خواهد دنبال به را خوبی برکات صحیح سالم بهرهوری کمال آمده بوجود فضای این از باید میتوان انجامگرفته اقدامات از کنيم. را پویا و به: کرد اشاره مورد تجهیزات و اقالم فهرست 1 -استخراج ابالغی کاالی گروه 10 مشمول شرکت هر نیاز تعداد ذکر با خرید تقاضاهای تنظیم و تهیه و انجام معین کارگروههای توسط مهم این )که. گردید( ارائه و ساخت خدمات نیاز شرح تنظیم و 2 -تهیه کارگروههای از یک هر جهت )RFP( شامل: کاال خانوادههای نیاز مورد کاالی فنی مشخصات ارائه 1-2 موردنیاز الزامات و استانداردها تعیین 2-2 تحویل و تست دستورالعملهای ارائه 3-2 انجام حال در اینکار که )ITP( کاال گیری در موانعی نباید قاعدتا ارتباط این در است. اعتبار تامین مگر گردد واقع کار انجام مسیر ارتباط در عقبافتادگی و تعلل بیشتر که چرا پرداخت عدم تجهیزات ساخت پروژههای با که است سازندگان به مالی تغذیه و موقع به پیگیری به توجه با الهی قوه و بحول است امید راه کشور کالن سطح در کارگزاران توسط گردد. هموار این داخلیسازی پروژههای اهمیت چگونه را نفت صنعت در گانه ده گروههای میکنید ارزیابی اول نگاه در کشور هر توانمندی و بالندگی و اقتدار در خودکفايی از نشاتگرفته که وابستگی عدم داشتن و سیاسی فرهنگی اقتصادی زمینههای به ساری و جاری تجربه است. روز به تکنولوژی در وابستگی که مینماید گوشزد را نکته این ما میتواند صنعتی زمینه در باالخص زمینهای هر چراکه نماید مواجه چالش با را کشور آن استقالل خارجیان توسط قبلازانقالب تا که نفت صنعت در به ناباوران میگردید رهبری و مدیریت و هدایت نفت عظیم صنعت که بودند عقیده این بر انقالب مهره و پیچ یک از حتی تجهیزاتش تمامی که میشد وارد خارج از فرآیندی ماشین یک تا گرفته تالش و همت که دیدیم اما افتاد خواهد پای از کاردان نیروهای و دستاندرکاران و کارگزاران مع اما گردید نفت صادرات قطع مانع تجربه با و آمده وجود به فضای از نحوی به نتوانستیم االسف مملکت درون در تجهیزات ساخت راستای در داديم. دست از را زمان و کنيم استفاده را ضرر جلوی هرکجا که باشیم باور این بر باید اما بسر تحریم در مملکت که حال است نفع بگیریم داخلی پروژههای که است فرصت بهترین میبرد صحیح راه نقشه یک با را آالت ماشین سازی داخل ساخت موضوع اهمیت کنیم بومیسازی در اگر لذا و است یافته خوبی به را خویش جایگاه را داخل ساخت بتوانیم ملی پروژههای با ارتباط خواهیم دست مهمی اهداف به نمائیم پشتیبانی یافت.

65 Science, Technology & Management گردهمایی دورهای مدیران و کارکنان گروه توربینماشین خاورمیانه گردهمایی مدیران و کارکنان گروه توربین ماشین خاورمیانه در تاریخ 93/9/18 در محل آمفیتئاتر پژوهشکدهمهندسی برگزار شد. دراین گردهمایی که به صورت دورهای برگزار میشود مدیر عامل و اعضای هیات مدیره شرکت توربین ماشین خاورمیانه مدیران عامل شرکتهای تامین کاالی توربین ماشین خاورمیانه توربین کمپرسور آسیا مدیریت پروژههای توربین ارکان ایرانیان و نیز بیش از یکصد نفر از مدیران و کارکنان شاغل در گروه توربینماشین خاورمیانه حضور داشتند. در ابتدای این نشست آقای مهندس صدیق )مدیرعامل شرکت مدیریت پروژه های توربین ارکان ایرانیان( در خصوص ساختار شرکت و اسناد باالدستی آن مطالبیارائه کرد و پسازایشان آقای دکتر قربانیان )عضو هیات مدیره شرکت توربین ماشین خاورمیانه( به سخنانی درمورد جایگاه دانش طراحی و ساخت توربین گاز در کشورهای توسعه یافته واهمیت نقش شرکت توربین ماشین خاورمیانه در ورود به این عرصه ایراد نمود. در ادامه این مراسم آقای مهندس هاللی مدیر عامل شرکت توربین ماشین خاورمیانه ضمن ارایه مطالبی در خصوص ویژگیهای یک سازمان متعالی استراتژی توسعه شرکت و چالشهای پیش روی آن را برای حاضران تبیین نمود. در این گردهمایی همچنین از 19 نفر از مدیران و کارکنان گروه توربین ماشین خاورمیانه که شایستگی خود را در زمینه های مختلف به نمایش گذاشته بودند قدردانی شده و به آنها جوایزی اهدا گردید. در پایان این گردهمایی جلسه پرسش و پاسخی با حضور مهندس هاللی برگزار شده و حاضران برخی از مشکالت کاری و پرسنلی خود را به صورت مستقیم با مدیر عامل شرکت در میان گذاشتند. انجام تحلیلهای مهندسی ارتقای توربین پروژه بومیسازی دانش فنی و ساخت توربین گاز ارتقا یافته برای شرکت ملی مناطق نفتخیز جنوب به عنوان کارفرمای این پروژه پژوهشی توسط گروه توربین ماشین خاورمیانه در حالانجام است. در این پروژه مسئولیت و وظیفه تحلیلهای مهندسی شامل محاسبات و تحلیل سیکل و عملکرد موتور و همچنین سیستم کنترل آن تحلیلهای آیرودینامیک و ترمودینامیک مجموعه کمپرسور و توربین محاسبات و تحلیل جریان سرد و گرم در محفظه احتراق تحلیلهای مربوط به مواد و پوششدهی و محاسباتانتقال حرارت و همچنین تحلیلهای مکانیک و ارتعاشات مجموعه روتور و قطعات ثابت به شرکت مدیریت پروژههای توربین ارکان ایرانیان واگذار گردیده که با هدف دستیابی به روند و چگونگی انجام ارتقای این توربین صورت میگیرد. از بررسیها و تغییرات صورت گرفته میتوان به اعمال پوششدهیهای جدید و تغییر آلیاژهای قطعات حساس به منظور افزایش عمر مفید آنها اشاره کرد.استفادهاز پوششهای جدید در دیسکها و پرههای کمپرسور توربینارتقا یافته باعثافزایش مقاومت به خوردگی قطعات کمپرسور میگردد. این افزایش مقاومت به خوردگی عالوه بر افزایش عمر کاری قطعات میتواند فواصل زمانی الزم برای بازرسی و یا تعویض آنها را بیشتر کرده و در نتیجهباعث کاهش هزینههای تعمیرات ونگهداری توربین شود. در قطعات حساس ناحیه داغ ازجمله دیسکها جنس قطعات به سوپر آلیاژهای جدید تغییر کرده است که در دمای کاری این توربین از لحاظ عمر گسیختگی مقاومت در برابر خستگی و خواص استحکامی برتری دارد. همچنین به علت حضور عناصر نیوبیوم و مقدار بیشتر کروم قطعات از استحکام و مقاومت به خوردگی در پرههای ناحیه داغ باالتری نسبت به نمونه قبلی برخوردارند. در این راستا جایگزینی آلیاژ پایه نیکل IN-738LC باعث ارتقای خواص مواد از لحاظ خواص گسیختگی و کششی و مقاومت بیشتر در برابر خستگی خزش سولفیداسیون و خوردگی در پرههای ناحیه داغ شده است. از سوی دیگر با بازطراحی مسیرهای خنککاری محفظهاحتراق میزان سهم هوای تخصیص یافته به منظور خنککاری دیوارههای الینر افزایش یافته که منجر به ایجاد پتانسیل افزایش دمای خروجی از محفظه و در نتیجه ارتقای توان شده است و با افزایش نسبت سوخت به هوا در محفظه دمای خروجی از آن از 1600 درجه فارنهایت به 1660 درجه افزایش یافته و توان تولیدی حدود 15 درصد بهبود مییابد. با توجه به تغییر دمای کاری و جنس قطعات ناحیه داغ تنظیم فواصل جدید پرهها با سطوح مجاور با توجه به تغییر شرایط انبساطی قطعات با استفاده از نرمافزارهای عددی محاسبه شده و در مونتاژ توربین ارتقا یافته اعمال میشود. فعالیتهای مذکور برای اولین بار در کشور توسط کارشناسان و متخصصان شرکت مدیریت پروژههای توربینارکانایرانیان و تحت نظارت و هدایت گروه توربین ماشین خاورمیانه با موفقیت در حال انجام است. با انجام موفقیتآمیز این پروژه که مراحل پایانی خود را سپری میکند برای نخستین بار در کشور ارتقای توربین گاز کالس 4 مگاوات با افزایش توان حدود 500 اسب بخارانجام میگیرد. پاییزو زمستان 65 93

66 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 66 دستيابي به دانش فني اعمال پوششهاي آلومينايدي روي قطعات ناحيه گرم توربين در شرکت توربين ماشين خاورميانه دستيابي به فناوري اعمال پوششهاي آلومينايدي در شرکت توربين ماشين خاورميانه تماما به اتکاي دانش و تجربيات مهندسان و پژوهشگران اين شرکت محقق شدهاست با توجه به شرايط حاد ناحيه داغ توربين پوششدهي قطعات اين ناحيه با هدف محافظت از آنها در برابر آسيبهاي ناشي از شرايط کاري از اهميت بسيار بااليي برخوردار است. انتخاب و اعمال پوشش متناسب با شرايط کاري ضمن افزايش قابل توجه عمر کاري قطعات ميتواند ميزان آسيبهاي واردشده به آنها را در يک دوره کاري به ميزان زيادي کاهش دهد. از سوي ديگر ايجاد پوشش نامناسب ميتواند باعث افت خواص و آسيب جدي قطعات در شرايط سرويس شود. پوششهاي مرسوم قطعات ناحيه داغ توربين بهطور کلي به دو گروه پوششهاي روکشي و پوششهاي نفوذي دستهبندي ميشوند که اعمال هريک از آنها بسته به شرايط کارکرد روي قطعه اصلي ميسر است. پوشش آلومينايدي يکي از انواع پوششهاي نفوذي است که به روشهاي مختلف از جمله سمانتاسيون پودري رسوب شيميايي بخار و پوششدهي دوغابي بر روي سطح قطعات اعمال ميشود. آلومينايزينگ قطعات ناحيه گرم توربين باعث افزايش محافظت از سطح قطعات در مقابل پديدههاي مخربي مانند اکسيداسيون دماي باال و خوردگي داغ ميشود. با توجه به فراواني و تنوع قطعات داراي پوشش آلومينايدي که در شرکت توربينماشين خاورميانه توليد و يا بازسازي ميشوند و نياز به اعمال پوششهاي با کيفيت باال روي آنها تدوين دانش فني اعمال اين پوششها در قالب يک پروژه در دستور کار واحد مهندسي اين شرکت قرار گرفت. اين پروژه در سه فاز تحقيقاتي نيمهصنعتي و صنعتي انجام شد و در نهايت در خرداد ماه سال 1393 با موفقيت به پايان رسيد. در اين پروژه با توجه به بررسيهاي صورت گرفته از ميان روشهاي موجود روش سمانتاسيون پودري براي آلومينايزينگ قطعات انتخاب شد. همچنين پارامترهاي پوششدهي از قبيل دما زمان تعداد سيکلهاي عمليات و ترکيب شيميايي مخلوط پودري بر اساس يافتههاي آزمايشگاهي در مقياس صنعتي بهينه شد. ضمن اينکه تجهيزات صنعتي الزم براي اعمال اين پوششها متناسب با هندسه و ابعاد قطعات و ويژگيهاي متالورژيکي مواد بهکاررفته در آنها در واحد بازسازي شرکت ساخته و راهاندازي گرديد. در حال حاضر و با تکيه بر دستاوردهاي اين پروژه پوششهاي آلومينايدي روي نازلهاي رديف اول دوم و سوم توربين سوالر- سنتار و ديگر قطعات مشابه به صورت صنعتي در شرکت توربينماشين خاورميانه اعمال ميشوند. الزم به ذکر است قطعات پوشش داده شده در اين پروژه هم اکنون تحت سرويس بوده و زمان کارکرد آنها از 3500 ساعت گذشته است. شايان ذکر است دانش فني اعمال پوششهاي قطعات ناحيه گرم توربين در دنيا در انحصار شرکتهاي معدودي است و اطالعات مربوط به آن در اختيار ديگر شرکتها قرار نميگيرد. از اين رو دستيابي به فناوري اعمال پوششهاي آلومينايدي در شرکت توربين ماشين خاورميانه تماما به اتکاي دانش و تجربيات مهندسان و پژوهشگران اين شرکت محقق شدهاست. نمونههايي از نازلهاي توربين های گازی زير 10 مگاوات که در شرکت توربينماشين خاورميانه پوششدهي شدهاند

67 Science, Technology & Management چهره ماندگار صنعت معدن و تجارت ایران مهندس حسن هاللی به عنوان چهره ماندگار صنعت معدن و تجارت ایران معرفی شد. در هشتمین جشنواره ملی مدیران و تولید کنندگان جوان با حضور معاون محترم ریاست جمهور معاون محترم وزیر نفت استاندار تهران ریاست سازماناستاندارد قائم مقام مدیر عامل مناطق ویژه و آزاد تجاری کشور و روسای خانه صنعت معدن و تجارت و جوانان و بیش از 500 نفر از فعاالن بخش خصوصی نشان ویژه چهره ماندگارامسال به آقای مهندس هاللی مدیرعامل شرکت توربینماشین خاوریانه و سه نفر دیگر از فعاالن صنعت در طی مراسمی اهدا گردید. همچنین دراین مراسم بااهدای لوح تقدیر و تندیس جشنوارهاز تعدادیاز واحدهای تولیدی فعال در حوزه طراحی ساخت و تولید در بخش صنعت معدن و تجارت نیز تقدیر و تشکر به عمل آمد. برگزیدگان این مراسم بر اساس معیارهای ویژه هیات داوری خانه صنعت و معدن و با همکاری و اشراف سازمان Unido با محوریت کارآفرینی ابتکار خالقیت نوآوری کاهش هزینههای تولیدی و صنعتی مدیریت بحران پردازش ایدههای جدید و دیگر فعالیتهای علمی و صنعتی و پژوهشی انتخاب و برگزیده شدهاند. مهندس حسن هاللی مدير عامل شرکت توربين ماشين خاورميانه به عنوان چهره ماندگار صنعت معدن و تجارت ایران معرفی شد پاییزو زمستان 67 93

68 93 زمستان پاییزو ماشین توربین مدیریت فنونو فصلنامهعلوم 68 ازکتابوفیلم سالمهندسیایرانیرونماییشد 5000 با تهران دانشگاه فنی دانشکده تاسیس سالگرد هشتادمین مناسبت تهران به دانشگاه سايت از نقل به دکتر شد. رونمایی ایرانی مهندسی سال 5000 فیلم و کتاب از خارجی و داخلی اندیشمندان حضور گفت: مراسم برگزاری محل به اشاره با مراسم این در تهران دانشگاه سرپرست احمدآبادی نیلی محمود این فارغالتحصیالن پرافتخارترین از یکی نام به که تهران دانشگاه فنی دانشکده چمران شهید سالن چرا است چنین هم امشب و بوده بسیاری رویدادهای شاهد همواره است شده نامگذاری دانشکده کند. عرضه جهانیان و ایرانیان به را مهندسی ساله هزار 5 تاریخ است قرار که در گردهمایی کنفرانس سالن پتروشیمی امام بندر خاورمیانه توربینماشین گروه توانمندی پیرو صنایع ویژه به دوار ماشینآالت خصوص در 93/10/30 مورخه در پتروشیمی و گاز نفت محترم شرکت کنفرانس سالن در گردهمایی بازرگانی مدیریت حضور با بندرامام پتروشیمی ارشد کارشناسان و مهندسان تعمیرات روسای پتروشیمی محترم شرکت از تعمیرات واحد و آبنیرو و خوارزمی کیمیا فرآورش امام بندر کارشناسان و بازرگانی مدیر مدیره هیات اعضای در که شد برگزار خاورمیانه ماشین توربین گروه پس توربینماشین گروه اعضای نشست این آن انبارهای و عملیاتی واحدهای از بازدید از همکاری مورد موارد بررسی و محترم شرکت زمینه در داخل ساخت توانمندیهای معرفی به و گاز توربینهای جمله از دوار ماشینآالت پرداختند مرکز از گریز کمپرسورهای و بخار انتقال زمینه در مفیدی تعامالت ادامه در و مدیران استقبال با که پذیرفت صورت تجربیات از استفاده با رابطه در پتروشیمی محترم بهینهسازی و داخل ساخت توانمندیهای کاهش هدف با عملیاتی واحدهای ماشینآالت محصوالت کردن رقابتی و تولید هزینههای زمینه جهانی بازارهای در بندرامام پتروشیمی شد. هموار شرکت دو آتی همکاریهای

69 Science, Technology & Management كيش انرژي بينالمللي نمايشگاه يازدهمين كيش انرژي بينالمللي نمايشگاه يازدهمين در کشور توانمندی معرفی جایگاه بهعنوان از نو انرژيهاي و آب برق گاز نفت زمینه مركز در ۱۳۹۳ ماه دي ۲۵ لغايت ۲۲ تاريخ گردید. برگزار كيش بينالمللي نمايشگاههاي كيش انرژي بينالمللي نمايشگاه يازدهمين در خارجي شركت ۶۰ و داخلي شركت ۱۵۰ از ايتاليا كره چين كشورهاي از نمايندگي هب فضايي در هند و هلند فرانسه ترکیه آلمان مختلف بخشهاي در مربع متر ۱۸۰۰۰ وسعت معرض به را خود كاالهاي و خدمات نمايشگاه در موجود اطالعات اساس بر دادند. قرار نمايش كشورهاي از تجار و خريداران دوره دهمين افغانستان ميانه آسياي فارس خليج حوزه صاحبان متخصصان مديران همچنين و عراق و كشور از خارج دانشگاهي و علمي مراكز ع اي صن داشتند. حضور خارجي بازديدكنندگان شامل خاورمیانه توربینماشین گروه ارکان توربین پروژههای مدیریت شرکتهای توربینماشین کاالی تامین شرکت و ایرانیان این در گذشته سالهای همچون نیز خاورمیانه پتروشیمی شرکتهای و کرده شرکت نمایشگاه شرکت جنوبی پارس شرکت چون نفتی و گاز انتقال گچساران گاز و نفت بهرهبرداری مارون پتروشیمی ایران گاز شرکت ایران نفت شرکت POGC پارس گاز و نفت شرکت شرکت این غرفه از کیش برق و آب و قاره فالت آوردند. بهعمل بازدید کامل پکیج دو تحویل پروژه شرکت این شرکت مجدد طراحی با سانتریفیوژ کمپرسور طراحی از بعد را خاورمیانه توربینماشین دستگاه دو برای اندازی راه و نصب ساخت گاز و نفت بهرهبرداری شرکت به Elliot توربین گزارشات و داده تحویل رسمی بهطور گچساران مسئوالن با نمایشگاهی محیط در نیز آن فنی شد. گذاشته ارائه و بحث به ذیربط معرفی نمایشگاه این در شرکت از ثانی هدف گاز توربینهای پایه بر شیرینکن آب پکیجهای توسط شده بومی درصد 100 دانش با تولیدی بود. خاورمیانه توربینماشین شرکت بدون کوچک پکیجهای در تولید تجهیزات این وارد فارس خلیج به محیطی زیست آسیب آنکه خلیج شمالی حاشیه در بهرهبرداری قابل کنند همزمان تولید بستههای از هریک هستند. فارس ظرفیت تا حداکثر میتوانند آب و برق کنند. تامین را شرب قابل آب روز در مکعب متر يازدهمين در بينالمللي نمايشگاه ۱۵۰ از کیش انرژي و داخلي شركت خارجي شركت ۶۰ از نمايندگي ه ر ك ن چي كشورهاي ه ترکی ن آلما ايتاليا هند و هلند ه فرانس وسعت به فضايي در در مربع متر ۱۸۰۰۰ مختلف بخشهاي و خدمات نمايشگاه در را خود كاالهاي قرار نمايش معرض دادند این نمودند. بازدید ADIPEC 2014 نمایشگاه از خاورمیانه ماشین توربین شرکت نمایندگان است خاورمیانه گاز و نفت صنعت در گردهماییها بزرگترین از یکی عنوان به که نمایشگاه و فنی متعدد مذاکرات و گوها و گفت شد. برگزار ابوظبی در نوامبر تاریخ در امسال انجام بینالمللی شرکتهای با گسترده ارتباط ایجاد برای بازار توسعه درخصوص بازرگانی داشت. خواهد سازندهای نقش شرکت آتی فعالیتهای در که شد بازدید نمایشگاه از A DIPEC زمستان پاییزو

70 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 70 پانزدهمین نمایشگاه دستاوردهای پژوهش و فناوری ایران پانزدهمین نمایشگاه دستاوردهای پژوهش و فناوری ایران از تاریخ 23 الی 26 آذرماه در محل نمایشگاه بینالمللی تهران برگزار شد. گروه توربینماشین خاورمیانه با دو محصول موتور توربوژنراتور در غرفه شماره 39 و روتور توربین 5 مگاوات در غرفه شماره 44 )غرفه فناوريهاي منتخب( در این نمایشگاه حضوری فعال داشت. ششمین نمایشگاه تخصصی صنعت نفت خوزستان ششمین نمایشگاه تخصصی صنعت نفت خوزستان در آذرماه سال جاری برگزار گردید و گروه توربینماشین خاورمیانه با توجه به حوزه فعالیت خود در صنایع نفت گاز پاالیش و پتروشیمی در این نمایشگاه حضور یافت و با توجه به دستیابی این مجموعه به تکنولوژی ساخت روتور کمپرسور گریز از مرکز بورسیگ فشار باال روتور ساخته شده توسط این شرکت در غرفه شرکت ملی مناطق نفتخیز جنوب توسط جناب آقای مهندس جوادی مدیرعامل محترم شرکت ملی نفت ایران رونمایی شد. کمپرسورهای بورسیگ اشارهشده ساخت کشور آلمان بوده و از نظر عملکردی با توان کاری 10 مگاوات و فشار افزایی تا 200 بار جهت تزریق گاز در سایت CS600 شرکت بهرهبرداری نفت و گاز آغاجاری در حال سرویسدهی میباشد و آخرین تکنولوژی کمپرسورهای موجود در سطح شرکت ملی نفت محسوب میشود که مورد بازدید و استقبال بهرهبرداران محترم از شرکتهای ملی نفت ایران شرکت ملی گاز شرکت ملی مناطق نفتخیز جنوب پتروشیمیهای بندر امام رازی مارون فنآوران و دیگر شرکتهای تابعه وزارت نفت قرار گرفت. همچنین در این نمایشگاه معاونت محترم نیروی انسانی و روابط عمومی وزارت نفت و مدیریت محترم شرکت ملی مناطق نفتخیز جنوب شرکت ملی حفاری ایران از غرفه این گروه صنعتی بازدید بهعمل آوردند. الزم به ذکر است دراین نمایشگاه پکیج کامل ساخت داخل توربینهای تولیدی گروه توربین ماشین خاورمیانه مورد بازدید مدیران و کارشناسان محترم صنایع نفت و انرژی قرار گرفت و نقش مهم و استراتژیک این تجهیز به عنوان قلب تپنده صنعت نفت و گاز و انرژی توسط بهرهبرداران و متقاضیان این توربینها مورد تاکید قرار گرفت.

71 Science, Technology & Management تولید اقتصادی آب شیرین با استفاده از توربینهای گاز تمام مراحل شناسایی مهندسی طراحی معکوس بازطراحی و ساخت اجزا و قطعههای توربین گاز بدون هیچگونه کمک فنی از سوی شرکتهای خارجی صورت گرفته است. مدیر دفتر مطالعهها و بهرهوری منابع تولید سازمان بهرهوری انرژی ایران )سابا( از تولید اقتصادی آب شیرین با استفاده از توربینهای گاز خبر داد. مهندس غالمرضا بیاتی در گفتوگو با پایگاه اطالعرسانی وزارت نیرو )پاون( اظهار داشت: توربین گازی بهعنوان محرک اصلی مهمترین بخش یک مولد همزمان برق و حرارت است که ساخت و بومیسازی این مولدها در کشور بزرگترین گام در توسعه فناوریهای تولید انرژی و سامانههای تولید همزمان است. وی با بیان اینکه تمام مراحل شناسایی مهندسی طراحی معکوس بازطراحی و ساخت اجزا و قطعههای این توربین گاز بدون هیچگونه کمک فنی از سوی شرکتهای خارجی صورت گرفته است گفت: دانش فنی فرآیندهای مهندسی تدوینشده و زنجیره تامین شکلگرفته در آن نیاز بخشهای مختلف کشور ازجمله وزارتخانههای صنایع نیرو و نفت در زمینه توربینهای گاز و تجهیزات دوار مشابه را رفع خواهد کرد. وی ادامه داد: یکی از راهکارهای اساسی در گسترش منابع آب شیرین استفاده از سامانههای آب شیرینکن و استحصال آب شیرین از آب دریا است که در زمان حاضر بسیاری از واحدهای آب شیرینکن مورد استفاده در داخل کشور از سامانه غشایی )RO( استفاده میکنند که این روش توان الکتریکی باالیی نیاز دارد و محدودیتهای تامین حجم باالی برق از شبکه سراسری توسعه استفاده از این آب شیرینکنها را با مشکل مواجه کرده است. مدیر دفتر مطالعهها و بهرهوری منابع تولید سابا یکی از روشهای مناسب افزایش منابع آب را استفاده از حرارت اتالفی واحدهای گازی در سامانههای تولید همزمان آب و برق با ظرفیت پایین و بهطور پراکنده عنوان کرد و گفت: در این سامانه بهمنظور تامین انرژی موردنیاز واحد آب شیرینکن از مولدهای )مصرفکننده سوخت فسیلی( تولید برق در مجاورت آن استفاده شده است که افزونبر امکان بهرهبرداری جهت تامین برق بهصورت مستقل از شبکه از تلفات حرارتی مولد در سامانه آب شیرینکن حرارتی نیز استفاده میشود. وی یادآور شد: نتایج بررسیهای دوجانبه در شرکت توربین ماشین خاورمیانه و سابا نشان میدهد که اقتصادیترین گزینه برای تولید آب شیرین استفاده از توربین گاز ملی است. تدوین برنامه 5 ساله بومیسازی تجهیزات مورد نیاز مناطق نفتخیز مدیر تداركات و امور كاالی شركت ملی مناطق نفت خیز جنوب گفت: بهمنظور بومیسازی بخش عمدهای از تجهیزات استراتژیك مورد نیاز این شركت برنامه پنج سالهای تدوین شده است. مهندس ناصر خردمند افزود: این برنامه بهگونهای تهیه شده است تا مهمترین قطعات و تجهیزات مورد استفاده مانند توربینها كمپرسورها و پمپهای فرآیندی به ترتیب اولویت بومیسازی شود. وی اظهار کرد: در سالهای گذشته نسبت به بومیسازی برخی قطعات توربینها و پمپها اقداماتی صورت گرفت كه اكنون برای ساخت تمام مجموعه توربین و پمپ گامهای مهمی برداشته شده است. مهندس خردمند گفت: سال گذشته در مورد پمپ BB3 به نتایج قابل قبولی دست یافتیم و یك سازنده توانمند داخلی برای ساخت آن در نظر گرفته شد كه امیدواریم ساخت آن را در مدت یک سال به انجام برساند. مدیر تداركات و امور كاالی شركت ملی مناطق نفت خیز جنوب گفت: در خصوص کمپرسورهای فرآیندی نیز این روند را پیگیری کردیم و خوشبختانه نتیجه خوبی گرفتیم و در آینده نزدیك مجموعه كامل توربین گازی ساخته خواهد شد. وی افزود: در سالجاری یکی از اقالم پیچیده توربینهای گازی كه تا یک سال پیش هیچ تولیدی از آن نداشتیم بومیسازی شد كه در نمایشگاه تخصصی تجهیزات صنعت نفت خوزستان در آذرماه امسال رونمایی میشود. مهندس خردمند با اشاره به افزایش تالشهای این شركت برای بومیسازی تجهیزات صنعت نفت در سالهای اخیر گفت: طی دهه 80 حدود 1850 قلم کاال داخلی سازی شده بود اما از سال 90 تاكنون بیش از 10 هزار قلم کاال و تجهیز مهم در داخل كشور ساخته شده و در حال ساخت است. پاییزو زمستان 71 93

72 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 72 چهارمین کنفرانس بینالمللی و هشتمین کنفرانس ملی مدیریت چهارمین کنفرانس بینالمللی و هشتمین کنفرانس ملی مدیریت فناوری روز دوشنبه دهم آذر ماه 1393 در مرکز همایشهای بینالمللی کیش آغاز به کار کرد. نمایندگان شرکت توربینماشین خاورمیانه به عنوان سازنده توربین گاز 4 مگاوات با بهرهگیری از دانش ایجادشده طی سالها فعالیت و تجربه و براساس روشهای نوین مدیریت فناوری در این همایش که به مدت دو روز با محورهای نقش شبکه بنگاههای کوچک متوسط بزرگ و دانشبنیان درتجاریسازی دانش و فناوری مدیریت نوآوری در شبکه بنگاههای فوقالذکر نقش یکپارچهکنندههای دانش و فناوری درشبکه بنگاههای کوچک متوسط بزرگ و دانشبنیان دیپلماسی فناوری درخدمت توسعه و انتقال دانش و فناوری و بسترهای ملی الزم برای تجاریسازی دانش و فناوری )در کشورهای در حال توسعه( برگزار گردید حضور یافتند. کوهپیمایی اعضای شرکت توربین ماشین خاورمیانه به همراه مدیرعامل

73 Science, Technology & Management You Will Read Solar Centaur Performance Improvement Using Steam Injection Steam Injection is one of the most effective methods to improve the performance and decrease the emission of gas turbine engines. In this study, the effect of using steam injection system on the performance of Solar Centaur gas turbine engine was simulated and output power, thermal efficiency, compressor surge margin, velocity field in axial turbine and turbine isentropic efficiency was examined. In two-shaft engines, turbine inlet temperature and gas generator spool speed are two parameters which limit the output power. On the other hand, matching between compressor turbine and power turbine is a significant phenomenon that affects the performance of engine under steam injection condition. Based on these parameters, three different scenarios for steam injection in the engine were established and, the performance of gas turbine under the condition of these scenarios was simulated. According to the results, there is a new matching point which maximizes the output power and efficiency of gas turbine engine under steam injection. Rotor Dynamic Analysis of a Steam Turbine By Using Finite Element Method Rotor Dynamics is one of the main branch of mechanical engineering that scrutiny lateral and torsional vibration. The most important parts, which influence on dynamic systems are include: Disc, shaft, blade, bearing and seal. The purpose of this study is to find the critical speed of the turbine shaft, analysis of each row blades and possibility of resonance phenomena in the blades. To achieve this goal, modal analysis has been used. Why Industrial Estates should use CHP in Iran? What infrastructure is required for this use?element Method Due to centralization of different industries in Industrial Estates, the consumption of electricity power is high. Most of these estates are far away from power plants which cause huge waste of power in a transmission system (distribution grid). In addition, because of the existence of a variety of industries in these estates, the possibility of heating energy and cooling energy usage during the whole of the year have increased. As a result, power generation at Industrial Estates will reduce the transmission waste and also, with recovering energy from the initial stimulus, they can be used in heating and cooling systems which is a great advantage for CHP/ CCHP systems. At last, the requirement of processed viper in industries will be another competitive advantage for these systems. Solar Centaur Combustion Chamber Cooling Design Upgrade The combustor liner of the Solar Centaur is of annular type with 10 fuel injectors. The compressor outlet flow is divided into three streams being the bypass flow between the outer liner and the combustor case, the main flow entering the liner and the flow passing the channel between the shaft and the inner liner. The bypassing flows further make cold air film, protecting the inner and outer liner walls from hot combustion gases. The cooling air holes were redesigned in a fashion to reduce temperature gradients and the number of points with high metal temperature. The new design is superior to the base model in both life time and performance, where burner exit temperature is increased by 35 degrees of Fahrenheit and shaft power is 15% higher. Three dimensional simulation of hot and cold flows were done using CFD for both base and upgraded models and the resulting discharge coefficients and air fractions were compared. پاییزو زمستان 73 93

74 Modeling, Validation and Parameter Study of Three Dimensional Turbomachinery Flows Simulation پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 74 This paper presents the parameters required to simulate axial turbomachinery flows. Turbomachines may be involved several physical phenomena and geometrical effects such as unsteady flow, boundary layer separation, transition to turbulence, tip leakage and secondary flows. Because of the method of simulation must follow the physics of flow field, before starting turbomachinery simulation it should be determined what phenomena affect the results. By using several simulations, a method is described for steady state flow simulation of turbomachinery stage. Turbulent boundary layer grid generation parameters and domain mesh resolution is introduced and best method for parameter selection is stated. Two equation turbulence models (k-ε, k-ω and SST) have been chosen. Finally, flow equations discretization methods are compared to select the best model to ensure the experimental results. To validate the different models, CFD results of reference compressor stage and turbine compared with experimental results. This comparison demonstrates the effects of these parameters on CFD simulation for turbomachinery performance parameters prediction. Weldability of 17-4 PH stainless steel in manufacturing centrifugal compressor impeller Weldability of 17-4PH stainless steel for centrifugal compressor impeller was considered. Welding test were carried out on the precipitation hardened steel of the 17-4 PH type. As well as following heat treatment have been considered. The best result: high tensile strength and high corrosion resistance were obtained for solution the sample welded in temperature 1313 K followed by ageing in 893 K. Protective Coatings for Compressor Components in Gas Turbines The dimensional and mechanical integrity of the compressor parts of a gas turbine play a critical role in the performance and availability of the system as a whole. Due to a variety of mechanisms serving to deteriorate the surface condition of compressor parts, significant losses in efficiency, up to 3%, can occur as a result of increased aerodynamic drag. If left unchecked, these damage mechanisms can ultimately compromise mechanical strength, which can then potentially lead to catastrophic failure. Industry-wide estimates indicate that catastrophic compressor blade failures account for approximately 20% of the total damage occurring in industrial gas turbines. The primary mechanisms causing compressor parts surface deterioration are corrosion/oxidation, wear/erosion and roughness/fouling. Given the relatively corrosive/ erosive operating environment of a modern industrial gas turbine compressor section, and the predominant usage of stainless steels as materials of construction for compressor components, it is clear that the use of protective coatings could maximize component life and increase compressor efficiency. Temperature Matching of Solar Centaur by Modifying The Throat Area of The Power Turbine The maximum continuous power of a gas turbine engine is often governed by parameters such as compressor discharge pressure and temperature, spool speed and exhaust gas temperature. The performance of the two-shaft gas turbine studied here is limited by either gas producer spool speed or power turbine rotor inlet temperature, based on working condition. In all ambient temperatures lower than the match day, the turbine runs at full load speed limited and as a result, at lower than rated firing temperature. On the other hand, all ambient hotter than the matching temperature tend the turbine to run rated temperature limited, hence at lower than nominal gas producer speed. Ambient matching can be accomplished by altering the flow capacity of the power turbine so that rated speed and maximum firing temperature occur simultaneously at full load in an ambient temperature of choice. A method utilizing combination of off-design thermodynamic cycle calculations and mean-line analysis of the flow passing through power turbine nozzle was developed in order to relate optimal matching temperature to throat area. The approach was further used to compare the performance of four different temperature matched cases. Finally some suggestions with regard to applying the modification in a repair facility were made.

75 Science, Technology & Management پاییزو زمستان 75 93

76 پاییزو زمستان 93 فصلنامهعلوم فنونو مدیریت توربین ماشین 76 Turbine Science,Technology & Management Machine 4