‌بررسی انواع توربین‌های گازی

همانطور که قبلا اشاره کرده‌بودیم در این مقاله قصد داریم به بررسی انواع توربین گازی بپردازیم. انواع موتور توربینی گازی شامل:

1. موتور توربوپراپ
2. توربوجت
3. توربوفن
4. توربوشفت
5. توربین هوا مشتق
6. میکروتوربین‌ها

در ادامه لیستی از انواع توربین‌ها را توضیح می‌دهیم:

توربوجت

موتور توربوجت اولین موتوری است که تحت عنوان موتور جت و برای نصب بر روی هواپیما استفاده گردید و سبب تحول صنعت هوایی شد.

این موتور شامل پنج قسمت اصلی موتور های جت می‌ باشد که عبارتند از:
محفظه مربوط به ورودی هوا، محفظه احتراق، کمپرسور، محفظه خروجی و توربین. از آنجایی که در این بخش‌ها تغییراتی ایجاد‌نشده‌ به آن موتور جت خالص گفته‌می‌‌شود. مصرف سوخت این موتور کم بوده اما نیروی رانش زیادی را تولید می‌نماید.

توربوجت‌ها از ۴ قسمت مختلف به نام کمپرسور، توربین، محفظه احتراق و خروجی تشکیل شده‌اند که به دلیل طراحی ساده و قابلیت کارکرد در سرعت‌های بالا مورد توجه صنعتگران قرار گرفته‌اند. توربوجت‌ها وزن سبکی نیز دارند و در ابعاد کوچک تولید می‌شوند.

مصرف سوخت زیاد، کاهش عملکرد در سرعت‌های پایین، سروصدا و عدم کارآیی در مسافت‌های طولانی از جمله عیب‌ها و مشکلات این تجهیزات به شمار می‌آیند.

موتور توربوپراپ

موتور توربوپراپ که در واقع به همان موتور‌های پراپلر‌دار گفته‌می‌شود، نوعی موتور توربینی گازی با ویژگی‌های خاص و منحصر به فرد است. این موتور‌ها جدای از داشتن شباهت‌های زیاد به موتور‌های جت، دارای یک توربین در پشت محفظه احتراق و یک ملخ (پروانه) در جلوی خود هستند که رانش لازم برای پرواز را ایجاد می‌کند.

این تجهیزات از بخش‌های مختلفی به نام کمپرسور، مکنده، نازل پیشران، گیربکس کاهشی، محفظه احتراق و توربین تشکیل شده‌اند و جزء متداولترین انواع Claude Burdin شناخته می‌شوند. از این تجهیزات معمولاً در موتور هواپیماها استفاده می کنند تا به واسطه گیربکس کاهشی باعث به حرکت درآمدن پروانه هواپیما شوند.

توربوپراپ‌ها اندازه کوچکی دارند و به دلیل وزن سبک از محبوبیت بالایی برخوردارند. همچنین به دلیل بازدهی زیاد در مسافت‌های کوتاه و مصرف سوخت کمتر مورد توجه صنعتگران قرار گرفته‌اند. البته نمی‌توان از عیب‌های آنها چشم پوشی کرد، مثلا سرعت کم در حرکت و ایجاد سروصدای زیاد از جمله این مشکلات هستند.

توربوفن

در توربوفن‌ها قطعه‌ای به نام پنکه کانالی وجود دارد که این قطعه نیرو و توان را تولید می‌کند. توربوفن‌ها نسبت به انواع توربین گازی سوخت کمتری مصرف‌کرده و به دلیل ایجاد سروصدای اندک و قابلیت استفاده در مسافت‌های زیاد توانسته‌است توجه‌ها را به خود جلب کند.

از جمله ویژگی‌های منفی توربوفن‌ها می‌توان به ابعاد بزرگتر نسبت به تجهیزات مشابه، وابستگی به پنکه کانالی و عدم کنترل نوسان‌های ناگهانی اشاره کرد.

تفاوت موتورهای توربوجت، توربوفن، توربوپراپ چیست؟

موتور توربوجت

موتور توربوجت بیشتر در هواپیماهای جنگی مثل موشک کروز و پهپاد هایی که کاربرد نظامی دارد، استفاده می‌ شود. هواپیماهایی که دارای سرعت بالای سرعت صوت هستند و هم چنین جت های نظامی از موتورهای توربوجت استفاده می کنند. مصرف سوخت و صدای زیاد داشته و برای هواپیماهای مسافری مناسب نیستند. در حقیقت باید گفت موتور توربوجت و توربوفن بسیار به هم شبیه هستند. هر دو موتور توربین بوده و از اگزوز جت برای ایجاد رانش استفاده می کنند. هر دو موتور یک دستگاه چرخشی در قسمت جلو دارند که مشابه فن می باشد. البته در توربوجت مرحله اول کمپرسور می باشد.

موتورهای Turbofan

موتورهای توربوفن چیزی میان موتورهای توربوپراپ و توربوجت می باشند. بازده موتورهای توربوفن بسیار بالا بوده و به همین علت در ترابری ها و هواپیماهای مسافری از آن ها استفاده می شود. در موتور توربوفن صدا کمتر از موتور توربوجت می باشد. از مزیت‌های توربوفن می توان به مصرف سوخت کمتر نسبت به توربوجت و ایجاد رانش بالاتر اشاره نمود. در واقع می توان گفت توربوفن ترکیبی از توربوجت و توربوپراپ می باشد.

موتورهای توربوفن دارای راندمان پایین در سرعت های خیلی زیاد هستند. موتورهای توربوفن وزن بیشتر و سایز بزرگتری نسبت به موتورهای توربوجت دارند.

موتور Turboprop

موتور توربوپراپ نوعی پیشرانه توربین گازی بوده که شفت مرکزی آن توسط چرخ دنده ها یا گیربکس به ملخ هواپیما متصل می‌گردد. گیربکس هواپیما با دریافت نیرو از شفت مرکزی ملخ را می‌ چرخاند. مصرف سوخت موتورهای توربوپراپ پایین می باشد. هواپیماهای مجهز به موتور توربوپراپ دارای سرعت 460 الی 920 کیلومتر بر ساعت هستند. این هواپیماها در رده متوسط از نظر برد قرار دارند. مشکلات این هواپیماها سرعت محدود و احتمال خرابی گیربکس در آن ها می باشد.

قطر پروانه در موتورهای توربوپراپ معمولا کم می باشد. ملخ این هواپیماها پره های زیادی داشته و در ارتفاع زیاد سبب پایداری آن ها می گردد. این موتور بر خلاف موتور توربوجت در سرعت های پایین کارایی بیشتری دارد. توربین گازی این موتورها از کمپرسور، محفظه احتراق و توربین تشکیل شده است.

توربین هوا مشتق

توربین‌های گازی مشتق‌شده از موتورهای هوایی، گزینه‌هایی محبوب برای استفاده در تولید انرژی به شمار می‌روند. قابلیت اطمینان، بهره‌وری و انعطاف‌پذیری سه ویژگی بارز این ماشین‌ها است. در مقایسه با توربین‌های گازی صنعتی هم‌رده، این ماشین‌ها مبتنی بر مواد و فناوری‌های پیشرفته موتورهای هوایی به میزان قابل ملاحظه‌‌ای سبک‌تر بوده و در بهره‎‌وری عملیاتی چابک‌تر عمل می‌کنند. در مقایسه با توربین‌های گازی سنگین‌تر با بهره‌وری میانگین ۳۵ درصد، این ماشین‌ها با بهره‌وری متوسط ۴۵ درصد، گزینه‌ای مناسب برای مصارف تولید انرژی تا سقف ۱۰۰ مگاوات قلمداد می‌شوند.

امکان استفاده از سوخت‌های مختلف شامل ترکیبی از گاز طبیعی و سوخت مایع مزیت دیگر این توربین‌ها است. طی پنج سال گذشته، بازار توربین‌های گازی مشتق‌شده از موتور هوایی به طور متوسط سالانه با پنج درصد رشد توأم بوده‌است. مشخصا در آسیا تعداد زیادی از این ماشین‌ها در تاسیسات تولید ال‌ان‌جی به کار گرفته شده‌است. در آمریکای شمالی به طور سنتی از این ماشین‌ها در شرایط پیک یا برای جبران اختلال در شبکه توزیع برق استفاده می‌شود.

از تکنولوژی هوانوردی در مدل‌های هوا مشتق استفاده شده‌است. این دستگاه‌ها وزن کمی دارند و با بازده بالا مورد توجه بسیاری از صنعتگران فعال در زمینه‌هایی مثل تولید برق قرار گرفته‌اند. صنعتگران معمولاً از این دستگاه برای تولید برق ثابت استفاده می‌کنند.

توربوشفت

اگر می خواهید بدانید که انواع توربین گازی چیست، ما توربوشفت را معرفی می‌کنیم که برای اولین بار در سال ۱۹۴۹ ساخته‌شد. که جهت تولید نیرو برای استفاده در واحد تولید نیرو انواع ماشین‌آلات استفاده می‌شود. ساختار موتورهای توربوشفت بسیار شبیه به موتورهای توربوپراپ می‌باشد، اما سرعت چرخش ملخ موتور توربوشفت از سرعت چرخش ملخ موتور توربوپراپ بسیار کم‌تر است. از جمله ویژگی‌های مثبت این دستگاه می‌توان به قابلیت اطمینان بیشتر، ابعاد کوچک و بازده بالا و پیوسته اشاره‌کرد.

توربوشفت نیز مانند انواع توربین‌های دیگر برخی ویژگی‌های منفی نیز دارد که نمی توان از آنها چشم پوشی کرد؛ مثلا هزینه تولید آن بالاست و همچنین در حین کار سروصدای زیادی به وجود می آورد.

میکروتوربین‌ها

یکی دیگر از انواع توربین گازی میکروتوربین‌ها هستند. میکروتوربین‌های امروزی با توان 200 تا 250 کیلووات تکامل یافته‌ی میکروتوربین‌های اولیه با توان 30 تا 70 کیلووات هستند. امروزه پکیج‌هایی با توان 1 مگاوات ساخته شده‌اند که می توان توسط آنها واحدهای تولید نیرو به توان 5 تا 10 مگاوات را راه‌اندازی کرد. این پکیج‌های با سیستم‌های حفاظتی دیجیتال، سنکرونیزم، تجهیزات کنترلی به صورت یکپارچه عرضه می‌شوند و دارای بازده حرارتی و الکتریکی بالایی هستند و می‌توانند با انواع سوخت‌ها کار بکنند.

میکروتوربین‌ها یک تکنولوژی نسبتا جدید در حوزه ی تولید انرژی هستند. برای تولید گرما و الکتریسیته در مقیاس‌های کم از میکروتوربین‌ها استفاده می‌کنند که با بازده 15 درصد بدون تبادل گرمایی و 20 تا 30 درصد با تبادل گرمایی توانسته‌اند به عنوان یکی از انواع Claude Burdin کاربردی شناخته شوند.

میکروتوربین‌ها به دلیل تعداد کم بخش‌های متحرک، نرخ تابش پایین، وزن کم، هزینه انرژی کم، طراحی فشرده و بازدهی بالا توانسته‌اند در دنیای صنعت جای خود را باز کنند.

انواع توربین گازی