مقدمه:

توربین گاز موتوری است که از نظر مراحل و فازهای کاری مشابه موتورهای توربوجت معمولی می باشد اما به جهت صرفه جویی اقتصادی و کاهش بار طراحی و محدودیت های تکنیکی تولید پره توربین و کمپرسور از یک توربو‌شارژر تجاری مختص خودرو استفاده می شود . می توانیم با تغییر در ساختار یک موتور توربو شارژر و همچنین افزودن محفظه احتراق ؛ نوع سوخت رسانی ، نحوه هدایت و سرعت بخشیدن به کارکرد این نوع موتور، نیروی جلوبرندگی با فشار بالایی ایجاد کنیم.
در طراحی و ساخت موتور توربو شارژر جت، از قطعاتی نظیر محفظه احتراق، توربو شارژر، استارت و برق رسانی، شمع، سیستم سوخت رسانی، استفاده شده است. در این طرح از فن هوای توربوشارژر به عنوان کمپرسور و از پره دود به عنوان توربین موتور توربوجت استفاده می شود . با طراحی و ساخت محفظه احتراق مناسب و سیستم سوخت رسانی ، روغنکاری و خنک کاری لازم ، می توان این نمونه آزمایشی را در آزمایشگاه ترمودینامیک و انتقال حرارت و با توجه به پذیرش دانشجو در گرایشهای مختلف رشته هوافضا، در آزمایشگاه پیشرانش و احتراق مورد استفاده قرار داد . در صورتی که این طرح پارامترهای مورد نظر را برآورده کند ، می توان آنرا با بهینه سازی و انجام آزمایشات و بدست آوردن کارایی مناسب ، به عنوان موتور پیشران در هواپیماهای RPV و در کاربردهای مهندسی که در آنها در فضای کم به کار شفت نیاز است.

فهرست مطالب

چکیده …………………………………………………………………………………….. 1
مقدمه ……………………………………………………………………………………… 2

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل اول : کلیات موتورهای جت .

موتور جت نوعی موتور است که از شتاب دادن و تخلیه شاره برای ایجاد پیش‌رانش برپایه قانون سوم نیوتن استفاده می‌کند. با این تعریف گسترده موتورهائی مانند توربوجت و توربوفن و رام‌جت و موتور موشک ، گونه‌ای موتور جت به‌شمار می‌روند . ولی معمولاً منظور از موتور جت توربینی است که با بیرون‌دادن گاز داغ برای پیشرانش به‌کار می‌رود.
اصول پایه کارکرد این نوع موتورها تقریبا ساده است، هوا از طریق یک مجرای ورودی به بخش کمپرسور وارد شده و متراکم می‌شود، سپس هوای متراکم وارد محفظه احتراق شده و با اضافه شدن سوخت مشتعل می‌شود . گرمای ناشی از احتراق مخلوط هوا و سوخت باعث منبسط شدن و جریان یافتن آن به سمت انتهای موتور می‌گردد، این جریان منبسط شونده از میان یک سری پره‌های توربین عبور می‌کند که از طریق یک شفت به کمپرسور متصل شده‌اند . هوای منبسط شده ، توربین را به گردش در می‌آورد که در نتیجه باعث به حرکت در آمدن کمپرسور نیز می‌شود.
زمانی که هوای منبسط شونده بخش توربین را نیز پشت سر گذاشت با سرعتی بسیار بیشتر از زمانی که وارد موتور شده از آن خارج می‌شود که این تفاوت سرعت بین هوای ورودی و خروجی ، رانش مورد نیاز را ایجاد می‌کند . در واقع موتورهای توربو جت شتاب بسیار زیادی به حجم کمی از هوا می‌دهند. موتور جت یک موتور واکنشی است که سیال را بر اساس قانون سوم نیوتن با سرعت بالا به حرکت در می آورد.
به طور عمومی بیشتر موتورهای جت از نوع موتورهای احتراق درونی (internal combustion) هستند ولی انواع غیر درونی وجود دارد . در استفاده های عمومی لفظ “موتور جت” به یک توربین گازی که از داخل احتراق پیدا می کند اتلاق می شود ، موتوری که با یک متراکم کننده گردشی که از یک توربین نیرو می گیرد کار می کند . این موتورها اولین ساختاری بودند که در موتورهای جت به کار رفتند.
موتورهای جت بر عکس موتورهای پیستونی که در آنها نیروی محرکه از طریق یک پیستون که در یک سیلندر بالا و پایین می شود تأمین می شود ، با چرخش مداوم یک توربین و کمپرسور نیروی محرکه را تأمین می کنند . در نتیجه بازده بالاتر و صدای کمتری نسبت به موتورهای پیستونی تولید می کنند . موتورهای جت از سه قسمت اصلی تشکیل شده اند که عبارتند از کمپرسور،‌ محفظه ی احتراق و توربین.
توربین در قسمت انتهایی موتور قرار دارد که نیروی محرکه کمپرسور را از طریق یک یا چند میله(Shaft) به کمپرسور منتقل می کند.
12
تاریخچه …………………………………………………………………………………… 6
نحوه کارکرد انواع موتورهای جت………………………………………………………… 8
اجزای اصلی موتورهای جت ……………………………………………………………. 14
توربوشارژ………………………………………………………………………………….. 17

فصل دوم : بررسی ترمودینامیکی سیکل برایتون و اجزای مکانیکی سیکل .

تاریخچه:

چرخه توربین گاز به افتخار مهندس اهل بوستون جورج برایتون که برای اولین بار چرخه برایتون در حدود سال 1870 ارئه کرد نام گذاری شده است.در حال حاضر، چرخه برایتون برای توربین گازهایی که دو فرایند فشرده سازی و فرآیندهای انبساط گاز در آن رخ می دهد مورد استفاده قرار می گیرد .
جان باربر اولین توربین گاز را در سال 1791 به ثبت رساند . دو زمینه از کاربرد های عمده از موتورهای توربین گاز در نیروی محرکه هواپیما و تولید برق است . توربین گازی که به عنوان نیروگاه های ثابت استفاده می شود ، برای تولید برق به عنوان واحد های مستقل و یا در رابطه با نیروگاه های بخار در قسمت دمای بالا است . در این نیروگاه ها ، گازهای خروجی از اگزوز به عنوان منبع گرمایی برای تولید بخار مورد استفاده قرار می گیرد . نیروگاه های بخار به عنوان موتورهای احتراق خارجی ، که در آن احتراق خارج از موتور صورت می گیرد در نظر گرفته شده است . سپس انرژی حرارتی آزاد شده در طی این فرآیند به بخار به صورت گرما منتقل می شود . توربین گاز برای اولین بار در نمایشگاه ملی سوئیس در زوریخ در سال 1939 با موفقیت به حرکت درآمد . چرخه ساده توربین های گازی اولیه ساخته شده در دهه 1940 و حتی 1950 دارای بازده در حدود 17 درصد بود . این به دلیل راندمان کم کمپرسور و توربین و درجه حرارت کم ورودی توربین با توجه به محدودیت های علم متالوژی در آن زمان بود. اولین توربین گاز برای تولید برق در سال 1949 در اوکلاهما به عنوان بخشی از یک نیروگاه سیکل ترکیبی نصب شدکه توسط جنرال الکتریک ساخته شد و 3.5 مگا وات تولید قدرت داشت .
در گذشته ، نیروگاههای بزرگ زغال سنگ و نیروگاههای هسته ای بار اصلی تولید برق را بر عهده داشتند . از مزایای توربین های گاز در حال حاضر توانایی شروع به کار سریع تر ، راندمان بالاتر ، کاهش هزینه های سرمایه گذاری ، زمان نصب کوتاه تر ، تصاعد گازی کمتر ، و فراوانی منابع گاز طبیعی است .
هزینه های ساخت نیروگاه های توربین گاز تقریبا نصف نیروگاه های هم تراز بخاری با سوخت فسیلی است. پیش بینی می شود بیش از نیمی از نیروگاه های نصب شده در آینده ، توربین گاز یا ترکیب توربین گاز – بخار است. جنرال الکتریک در اوایل دهه 1990 ، یک توربین گاز برجسته که نسبت فشار 13.5 و قدرت خالص 135.7 مگا وات در راندمان 33 درصد بود را ارائه کرد . بیشتر توربین گاز تولید شده اخیر توسط جنرال الکتریک با درجه حرارت ورودی ° C 1425 (2600 ° F) تا 282 مگاوات در راندمان حرارتی 39.5 درصد در حالت چرخه ساده تولید می کند . قیمت های پایین سوخت ( مانند دیزل ، نفت سفید ، سوخت موتور جت ، سوخت پاک وگاز طبیعی) باعث تبدیل شدن آنها به سوخت مطلوب برای توربین های گازی شده است . با این حال ، این سوخت ها بسیار گران تر خواهد شد و در نهایت از رده خارج خواهد شد . بنابراین مقرراتی برای سوخت جایگزین باید وضع شود شود .

12
چرخه برایتون: چرخه ایده آل برای موتورهای توربین گاز …………………………… 21
اجزای چرخه برایتون ……………………………………………………………………. 23
مفروضات هوا استاندارد ………………………………………………………………… 28
انحراف چرخه توربین گاز و واقعی از آنهایی که ایده آل………………………………. 33

فصل سوم : نحوه طراحی موتور

توربو بایستی از نظر اندازه چنان انتخاب شود تا بتواند از نظر کارکرد توان لازم خواسته کاربر را تامین کند توربو های کوچک کارایی و عملکرد مطلوب در هنگام راه اندازی و روشن بودن ندارند اگرچه کمپرسور و توربین آنها برای کارکرد مختص خود روی خودرو با یکدیگر تطبیق داشته باشد ولی برای موتور توربینی گاز سازگاری مطلوب نخواهد داشت.محور توربو بایستی براحتی چرخیده و هیچ گونه لقی محوری و جانبی نداشته باشد و تیغه های توربین و کمپرسور بدون هر نوع آسیب نظیر خمیدگی یا شکستگی باشد .بهتر است از توربو ای که دهانه ورودی هوا (Inducer) آن حداقل 1.75 تا 2 اینچی و بزرگتر باشد استفاده کرد . در برخی از موتورهای صنعتی و مولد برق از توربو ای که دارای کمپرسور فشار قوی است استفاده می شود این نوع توربو ها گزینه خوبی به شمار می روند. کمپرسور باید چنان باشد که مساحت در معرض ورودی هوای آن 3/2 مساحت کل صفحه را تشکیل دهد تناسب مساحت ورودی چرخ کمپرسور با مساحت کل چرخ توربین از نکات مهم است که در بهترین حالت می توان گفت مساحت چرخ توربین 20 تا 25 در صد بزرگتر از مساحت ورودی کمپرسور باشد .جدول زیر اندازه های مطلوب دهانه ورودی کمپرسور با دهانه خروجی توربین را نشان می دهد.شایان ذکر هست که این اندازه ها ممکن است دقیقا در توربو های موجود در بازار منطبق نباشند و فقط به عنوان راهنمایی مطرح شده است . مثلا توربو با دهانه ورودی کمپرسور 2 اینچ و دهانه خروجی توربین با 2.2 یا 2.4 اینچ مورد مناسبی می تواند باشد .متغیر های مختلفی نظیر زاویه تیغه های کمپرسور و توربین در کارایی یک توربو شارژر موثرند . در این ارتباط تیغه های موجود در لوله ورودی گاز به توربین در کاهش کارایی آن به دلیل ایجاد اصطکاک زیاد گاز ها با جدارهای آن بسیار تاثیر گذار است . بر روی بدنه برخی توربو ها دریچه کوچک خروج گاز تعبیه شده که این قسمت در عملکرد عادی توربو شارژر ها بر روی موتور های خودرو ها از طریق ارتباط پنوماتیکی نقش دارد که این دریچه در توربو شارژر ها به کار رفته در موتورهای توربین گاز بایستی بسته باشد .

12
انتخاب توربین ………………………………………………………………………… 36
محفظه احتراق ………………………………………………………………………… 41
روغن کاری …………………………………………………………………………….. 43
سوخت …………………………………………………………………………………. 44
جرقه ……………………………………………………………………………………. 46
راه اندازی اولیه …………………………………………………………………………. 47
لوله و نازل جت …………………………………………………………………………. 48
جریان کمپرسور…………………………………………………………………………. 49

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل چهارم : موتور طراحی شده.

محفظه احتراق دولایه ………………………………………………………………………… 51
محفظه احتراق یک تکه ……………………………………………………………………… 62

منابع و ماخذ ……………………………………………………………………………………..68



  مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان