كفاءة التوربينات الغازية: 5 حقائق مثيرة للاهتمام يجب معرفتها


صيغة كفاءة التوربينات الغازية

التوربينات هي آلات تسخر الطاقة الحركية لأي سائل وتساعد في تحويلها إلى شكل آخر من أشكال الطاقة (في الغالب كهربائية).

تسمى التوربينات التي تستخدم الغاز كسائل عامل باسم التوربينات الغازية. تعمل التوربينات الغازية بشكل طبيعي دورة برايتون لتحقيق الناتج المرغوب فيه.

لدورة برايتون المثالية (كما هو موضح في الشكل أدناه) ، يتم حساب الكفاءة على أنها -

الصورة: دورة التوربينات الغازية (العملية 3-4 (العمليات) تمثل التوربينات)

حيث يمثل h ال المحتوى الحراري والمنخفض يمثلان الدولة في دورة برايتون.

كفاءة التوربينات اعطي من قبل-

أين،
يشير الرمز المنخفض إلى الحالة الفعلية.

منحنى كفاءة التوربينات الغازية

دورة التوربينات الغازية ترتفع الكفاءة أضعافا مضاعفة حتى يتم الوصول إلى القيمة المثلى لنسبة الضغط ، وبعد ذلك لا يوجد تغيير كبير في الكفاءة. العوامل التي على أساسها كفاءة التوربينات الغازية يعتمد على درجة حرارة المدخل ونسبة الضغط ونسبة الحرارة المحددة لسائل العمل.

من ناحية أخرى ، يزيد منحنى كفاءة التوربينات الغازية ببطء. مع ارتفاع درجة حرارة المدخل ، تزداد كفاءة التوربينات الغازية. يوضح الرسم البياني أدناه العلاقة بين درجة حرارة المدخل وكفاءة التوربين-

الصورة: كفاءة التوربينات الغازية مقابل درجة حرارة المدخل

كفاءة توربينات غاز الهيدروجين

تنشأ الحاجة إلى توربينات الهيدروجين بسبب المخاوف البيئية. الهيدروجين كوقود صديق للبيئة للغاية. تعمل هذه التوربينات على تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

يتم خلط الهيدروجين مع سائل العمل وهذا المزيج من خليط وقود الهيدروجين يعطي كفاءة أفضل من استخدام الوقود وحده. يعد استخدام الهيدروجين بكميات كبيرة مشكلة بسبب تخزينه. تعمل الحكومات والشركات الخاصة على إيجاد مخرج من أجل نقل وتخزين وقود الهيدروجين بشكل أكثر أمانًا.

كيفية حساب كفاءة التوربينات الغازية

تؤدي الخسائر الميكانيكية إلى انخفاض معين في أداء الآلات. وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، لا يمكن لأي آلة أن تعطي كفاءة بنسبة 100٪.

يمكن حساب كفاءة التوربينات الغازية باتباع الخطوات التالية-

  1. احسب المحتوى الحراري في جميع النقاط في دورة التوربينات الغازية.
  2. احسب العمل الفعلي الذي أنجزه التوربينات باستخدام الصيغة-

    العمل المنجز = h4-h3
  3. احسب الفعلي العمل المنجز بواسطة التوربينات باستخدام القيم الفعلية للإنتاجية بعد الخسائر الميكانيكية.
  4. احسب الكفاءة باستخدام العلاقة-

كفاءة توربينات الغاز ذات الدورة المفتوحة

الدورة المفتوحة هي دورة لا يتم فيها إعادة مائع العمل إلى ظروفه الأولية. بدلا من ذلك ، يتم التخلص منها في الحوض. معادلة الكفاءة لمثل هذه الدورات لا تتغير ولكن القيم تتغير بسبب التغير في قيمة المتغيرات مثل درجة الحرارة والضغوط.

يتم عرض مثال على دورة فتح توربينات الغاز أدناه-

الصورة: توربينات الغاز ذات الدورة المفتوحة

أسئلة الممارسة

ما الذي يؤثر على كفاءة التوربينات الغازية؟

تعتمد كفاءة التوربينات الغازية بشكل أساسي على ثلاثة عوامل-

  • درجة حرارة-
    زيادة درجة حرارة التوربين الداخل يزيد من كفاءتها. بالإضافة إلى ذلك ، يؤدي خفض درجة حرارة الحوض أيضًا إلى زيادة كفاءة التوربينات الغازية ولكن يمكن تقليلها حتى الظروف المحيطة فقط بحيث لا تحدث تأثيرًا كبيرًا على الكفاءة.
  • نسبة الضغط-
    نسبة الضغط P2 / P1 هي خاصية مهمة تؤثر على كفاءة التوربينات الغازية.
  • نسبة الحرارة النوعية
    نسبة الحرارة النوعية للغازات المثالية حوالي 1.4 ، والغازات الحقيقية لها قيم حول 1.2-1.3. يجب أن يكون لسائل العمل الجيد قيمة نسبة حرارة محددة أقرب إلى قيمة متساوية تساوي 1.4.

لماذا التوربينات الغازية منخفضة الكفاءة؟

تعمل توربينات الغاز على دورات حجم ثابتة. نظرًا لأن الغازات ذات كثافة أقل ، فإنها تحتاج إلى عمل إضافي ليتم ضغطها وبالتالي زيادة عمل الضاغط.

يتم إعطاء صيغة الكفاءة كالكفاءة = العمل المنجز / الحرارة المضافة

مع زيادة العمل المنجز بواسطة الضاغط ، يقل صافي العمل المنجز وبالتالي تنخفض الكفاءة الإجمالية. يمكن زيادة كفاءة التوربينات الغازية بعدد من الطرق. أكثر الطرق شيوعًا لتحسين كفاءة التوربينات الغازية هي التبريد المتجدد ، والتبريد البيني ، وإعادة التسخين.

كيفية زيادة كفاءة التوربينات الغازية؟

هناك عدد من الطرق التي يمكن من خلالها زيادة كفاءة التوربينات الغازية. العوامل التي تؤثر على الكفاءة بشكل مباشر هي درجة الحرارة ونسبة الضغط والنسبة المحددة. يمكن أن يؤثر تغيير هذه القيم بشكل مباشر على الكفاءة.

 ومن ثم ، فإن الطرق المقترحة لزيادة الكفاءة تشمل تغيير هذه القيم. الطرق المختلفة المستخدمة لزيادة كفاءة التوربينات الغازية هي-

  • تجديد-

    في هذه الطريقة ، يتم استخدام غاز العادم لتسخين مائع العمل عند النقطة 2. وهذا يؤدي إلى انخفاض درجة حرارة غاز العادم وزيادة الكفاءة. الرسم البياني لدورة التوربينات الغازية المتجددة وصيغة الكفاءة مذكورة أدناه-
الصورة: دورة التوربينات الغازية المتجددة
  • التبريد البيني-
    في هذه الطريقة يتم تقليل عمل الضاغط بضغط الهواء على مرحلتين. يتم تبريد الهواء قبل الذهاب إلى الضاغط الثاني. يُطلق على تبريد الهواء بين مرحلتين التبريد البيني. إن تقليل عمل الضاغط مرتبط بشكل مباشر بزيادة الكفاءة.
  • إعادة التسخين-
    في هذه الطريقة ، يتم استخدام توربينين بدلاً من واحد. يتم استخدام أحد التوربينات لإنتاج العمل بينما تستخدم التوربينات الأخرى الضاغط. يتم إضافة المزيد من الحرارة في هذه العملية. بسبب انخفاض عمل الضاغط وارتفاع درجة حرارة المدخل ، تزداد الكفاءة. يظهر الرسم البياني لدورة إعادة تسخين التوربينات الغازية أدناه-
الصورة: إعادة تسخين دورة توربينات الغاز
  • إعادة التسخين والتبريد البيني والتجديد معًا-
    في هذه الطريقة ، يتم الجمع بين جميع الطرق الثلاثة. قد ترتفع تكاليف الإعداد ولكن الكفاءة الإجمالية تزيد من خلال الجمع بين الطرق الثلاثة المذكورة أعلاه.

كفاءة دورة التوربينات الغازية المجمعة

تستخدم دورة توربينات الغاز المجمعة توربينات غازية متعددة تعمل جنبًا إلى جنب لتوفير المزيد من الإنتاج.

لا يزال العادم الناتج عن دورة توربينة غازية واحدة ساخنًا بدرجة كافية بحيث يمكنه تشغيل دورة أخرى. عادة مبادل حراري يستخدم بين عادم المحرك الأول ومدخل المحرك الثاني وذلك لاستخدام سوائل عمل مختلفة. ناتج الدورة الثانية أقل من الدورة الأولى لكن الكفاءة الكلية لدورة التوربينات الغازية المركبة تزداد.

تسمى الدورة الأولى بدورة القمة وتنتج كفاءة أكبر. تسمى الدورة التالية بدورة القاع وقد تحتوي على وقود مختلف (اعتمادًا على درجة حرارة العادم للدورة الأولى) وتنتج كفاءة أقل من الأولى. بشكل عام ، يمكن أن تنتج الدورة المركبة كفاءة أكثر بنسبة 50٪.

فيما يلي صيغة حساب الكفاءة الكلية لدورة التوربينات الغازية المركبة

ابهيشيك

مرحباً .... أنا أبهيشيك خامبهاتا ، لقد تابعت درجة البكالوريوس في الهندسة الميكانيكية. طوال أربع سنوات من عملي في الهندسة ، قمت بتصميم وطيران طائرات بدون طيار. موطن قوتي هو ميكانيكا الموائع والهندسة الحرارية. استند مشروعي في السنة الرابعة إلى تحسين أداء المركبات الجوية غير المأهولة باستخدام تكنولوجيا الطاقة الشمسية. أود التواصل مع الأشخاص ذوي التفكير المماثل.

آخر المقالات