Powerplant story...3...2...1....نیروگاهها از سیر تا پیاز
- شروع کننده موضوع spow
- تاریخ شروع
spow
اخراجی موقت
سلام دوست عزیز
نه من فایل به دردبخوری دراین زمینه جز همون مباحث کتب ترمودینامیکی سراغ ندارم ولی اگه چیزی پیدا کردم حتما همین جا قرار خواهم داد
بهتره از مدیر تالار هم یه سوالی بفرمایید شاید راهنماییتون کردن
موفق باشید
Avon
عضو جدید
اتصال آئرودینامیک
اتصال آئرودینامیک
با سلام خدمت همه دوستان و مهندسان عزیز
مطلبی رو که میخوام بذارم واسه همه دوستان یه چیز ساده هست اما چون تو این تایپک ندیدمش گفتم که شاید ارائة اون خالی از فایده نباشه.
دوستان همه میدونن که یه مولد گاز یا توربین یا انجین باید به یه صورت گشتاور خودشو به driven منتقل کنه. خوب بیشترین موردی که وجود داره استفاده از شافت و کوپلینگ و در صورت نیاز گیربکسه.
اما تو پکیج‌ها یه حالت دیگه هم وجود داره. به این صورت که در میان مولد گاز و driven یه توربین گازی (که این توربین فقط از دیسک ، vane ، blade تشکیل شده) قرار میدن و بین انجین(مولد گاز) و driven هیچ گونه اتصال دینامیکی وجود نداره. فقط یه داکت مخروطی (جهت افزایش فشار-یعنی تبدیل ترم سرعت به فشار ) وجود داره که گازهای داغ خروجی از انجین رو به سمت اون توربین گازی که به عنوان توربین قدرت (power turbine) شناخته میشه منتقل میکنه و گردش توربین قدرت ، گردش driven رو به همراه داره.
به این حالت میگن اتصال آئرودینامیکی.
خوب نکته‌ای که اینجا وجود داره اینه که دور driven با انجین (بسته به مشخصات پکیج) تفاوت قابل ملاحظه‌ای داره و توربین قدرت هم بسته به توانی که مورد نیاز driven میباشد میتونه یک یا چند مرحله‌ای باشه(من خودم سه مرحله‌ایشو دیدم)
قرار دادن دو پنکه رومیزی روبروی هم یه مثال ساده واسه این حالته.به این صورت که یکی از اونا با تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی باعث ایجاد یک جریان هوا میشه که این جریان ، چرخش پنکه دومی رو که هیچ ارتباطی با پنکه اول نداره رو فراهم میکنه.
اتصال آئرودینامیک
با سلام خدمت همه دوستان و مهندسان عزیز
مطلبی رو که میخوام بذارم واسه همه دوستان یه چیز ساده هست اما چون تو این تایپک ندیدمش گفتم که شاید ارائة اون خالی از فایده نباشه.
دوستان همه میدونن که یه مولد گاز یا توربین یا انجین باید به یه صورت گشتاور خودشو به driven منتقل کنه. خوب بیشترین موردی که وجود داره استفاده از شافت و کوپلینگ و در صورت نیاز گیربکسه.
اما تو پکیج‌ها یه حالت دیگه هم وجود داره. به این صورت که در میان مولد گاز و driven یه توربین گازی (که این توربین فقط از دیسک ، vane ، blade تشکیل شده) قرار میدن و بین انجین(مولد گاز) و driven هیچ گونه اتصال دینامیکی وجود نداره. فقط یه داکت مخروطی (جهت افزایش فشار-یعنی تبدیل ترم سرعت به فشار ) وجود داره که گازهای داغ خروجی از انجین رو به سمت اون توربین گازی که به عنوان توربین قدرت (power turbine) شناخته میشه منتقل میکنه و گردش توربین قدرت ، گردش driven رو به همراه داره.
به این حالت میگن اتصال آئرودینامیکی.
خوب نکته‌ای که اینجا وجود داره اینه که دور driven با انجین (بسته به مشخصات پکیج) تفاوت قابل ملاحظه‌ای داره و توربین قدرت هم بسته به توانی که مورد نیاز driven میباشد میتونه یک یا چند مرحله‌ای باشه(من خودم سه مرحله‌ایشو دیدم)
قرار دادن دو پنکه رومیزی روبروی هم یه مثال ساده واسه این حالته.به این صورت که یکی از اونا با تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی باعث ایجاد یک جریان هوا میشه که این جریان ، چرخش پنکه دومی رو که هیچ ارتباطی با پنکه اول نداره رو فراهم میکنه.
spow
اخراجی موقت
ژنراتورهاي القايي يا آسنكرون
يكي از حالت‌هاي عملكردي ماشينهاي الكتريكي القايي (آسنكرون)، حالت ژنراتوري است، بدين معني كه در شرايط خاص كاري، ميتواند انرژي مكانيكي دريافتي را به انژري الكتريكي تبديل كند. از اين پديده در برخي از نيروگاههاي آبي كوچك در نقاط مختلف دنيا استفاده شده است. با توجه به اينكه در كشور ما نيز جايگاههاي فراوان جهت احداث نيروگاههاي آبي كوچك وجود دارد و فعاليت‌هايي نيز در زمينه شناسايي، طراحي و اجراي آنها در جريان است، ضروري است مسائل فني و اقتصادي استفاده از اين ژنراتورها مورد بررسي قرار گيرد.
در اين مقاله كه عمدتاً از يكي از گزارشات فني يكي از سازندگان اقتباس شده است، ژنراتور القايي به صورت فشرده توضيح داده شده است.
ژنراتور القايي، يك موتور القايي از نوع روتور قفس سنجابي است كه با يك محرك اوليه در مافوق سرعت سنكرون گردانده و براي توليد نيروي برق استفاده ميشود و ساختار و مشخصه‌هاي آن عيناً مثل روتور القايي است.
ساختارهاي روتور و ياتاقانهاي آن براي تحمل سرعت فرار توربين طراحي شده است.
مشخصه‌هاي الكتريكي
وقتي يك موتور القايي با ولتاژ نامي و در حالت بي‌باري مورد بهره‌برداري قرار ميگيرد، با سرعتي ميچرخد كه فقط براي توليد گشتاور لازم براي غلبه بر افت ناشي از اصطكاك و افت ناشي از مقاومت هوا كافي باشد. اگر يك نيروي مكانيكي خارجي برابر با اين افت‌ها به موتور القايي در همان جهت چرخش اعمال شود،روتور آن به سرعت سنكرون خواهد رسيد.
هنگامي كه روتور در سرعت سنكرون ميچرخد، روتور با همان سرعت ميدان مغناطيسي ناشي از ولتاژ تغذيه ميچرخد وولتاژ ثانويه‌اي القاء نمي‌شود زيرا فلوي مغناطيسي هيچيك از هاديهاي ثانويه را قطع نمي‌كند و هيچ جرياني از سيم‌پيچهاي روتور نمي‌گذرد و فقط جريان تحريك در سيم‌پيچهاي اوليه جريان مي‌يابد.
در صورتي كه روتور بواسطه يك نيروي خارجي در سرعتي بالاتر از سرعت سنكرون خود، چرخش كند، جهت ولتاژ القايي ثانويه خلاف موقعي خواهد بود كه بعنوان موتور القايي چرخش مي‌كرد، زيرا سرعت چرخش هادي روتور فراتر از سرعت چرخش ميدان مغناطيسي ميشود و گشتاوري كه چرخش روتور را كند ميكند بين جريان ثانويه ناشي از اين ولتاژ القايي و ميدان مغناطيسي ايجاد شده و واحد مثل يك ژنراتور كار ميكند. يعني، توان مكانيكي خارجي اعمال شده به توان الكتريكي تبديل ميشود كه در سيم‌پيچهاي اوليه توليد شده‌اند.
همانطوري كه قبلاً توضيح داده شده، ژنراتور القايي يك موتور القايي است كه مافوق سرعت سنكرون كار ميكند، مزايا و معايب آن در مقايسه با ژنراتور سنكرون بشرح زير است:
مزاياي ژنراتور القايي
1- چون به سيستم تحريك احتياج ندارد و ساختمان آن ساده است در نتيجه تعمير و نگهداري آن آسان است.
2- راه‌اندازي و بهره‌برداري از آن آسان است، زيرا نيازي به سنكرونيزاسيون يا تنظيم تحريك ندارد.
3- جريان اتصال كوتاه آن كم است و زمان كاهش آن در مقايسه با ماشينهاي سنكرون كوتاهتر است، زيرا در هنگام اتصال كوتاه، تحريك قطع ميشود و جريان اتصال كوتاه فقط در يك مدت فوق‌العاده كوتاه جريان مي‌يابد تا اينكه فلوي مغناطيسي ناپديد شود.
4- چون هميشه بطور موازي با ژنراتور سنكرون كار ميكند و هرگز مستقلاً مورد بهره‌برداري قرار نمي‌گيرد، به ژنراتور سرعت نيازي ندارد.
5- وقتي بار پس زده ميشود، جريان تحريك قطع ميشود و ولتاژ ناپديد ميشود و لذا هيچگونه صدمه و خسارتي به بخشهاي عايقي دستگاه از جانب ولتاژ اضافي صرفنظر از ميزان افزايش سرعت رخ نمي‌دهد.
6- وقتي ولتاژ سيستم افت ميكند، جريان تحريك خودبه‌خود كاهش مي‌يابد.
7- جون گاورنر سرعت مورد استفاده قرار نمي‌گيرد، لذا تا حدي كه سرعت آن از سرعت مجاز توربين هيدروليكي بيشتر نشود به توليد انرژي ادامه ميدهد.
8- در مواقعي كه سيستم دچار اختلال ميشود، اين دستگاه ميتواند به صورت پايدار و بدون قطع شدن به كار خود ادامه دهد.
معايب ژنراتور القايي
1- فقط وقتي مثل يك ژنراتور كار ميكند كه با ماشين سنكرون موازي شده باشد و نمي‌تواند مستقلاً توليد برق كند.
2- چون جريان اوليه ژنراتور در ارتباط با ولتاژ خروجي در پيش‌فاز است. (يعني با ضريب قدرت پيش فاز ژنراتور سنكرون مطابقت ميكند)
3- ضريب قدرت جريان بار بوسيله ضريب قدرت بار تعيين نمي‌شود، بلكه بوسيله ضريب قدرت ذاتي خود ژنراتور تعيين ميشود.
اين بدان معني است كه ضريب قدرت بوسيله ظرفيت تعيين ميشود و قابل كنترل نيست. ژنراتور سنكروني كه بطور موازي به ژنراتور القايي متصل شده است. بايد علاوه بر جريان تاخير فاز مورد نياز بار جريان تحريك مورد نياز ژنراتور القايي را هم تامين كند.
بنابراين، ضريب قدرت ژنراتور سنكرون بدتر شده و ظرفيت قابل حصول آن نيز كاهش مي‌يابد. اين امر همچنين باعث افزايش تلفات در خطوط انتقال ميشود.
براي جبران اين تلفات لازم است از كندانسورها استفاده شود.
4- در بهره‌برداري موازي، جريان هجومي بالايي جريان مي‌يابد و ولتاژ سيستم راتحت تاثير قرار ميدهد.
5- به طور كلي، ماشينهاي القايي با سرعتهاي پايين و قطبهاي زياد، نسبت به ماشينهاي سنكرون از لحاظ ضريب قدرت و ابعاد ماشين نامرغوبتر هستند.
ملاحظات:
ظرفيت كندانسور تصحيح‌كننده قدرت از معادله زير تعيين ميشود:
COSØ: ضريب قدرت ژنراتور القايي
COSØ: مقدار تصحيح شده ضريب قدرت به منظور جلوگيري از خود تحريكي ژنراتور القايي، نبايد ظرفيت كندانسور بسيار زياد باشد. معمولاً COSØ برابر 95/0 انتخاب ميشود.
پديده ناپايداري ژنراتورهاي القايي
جريان هجومي در بهره‌برداري موازي
جريان اتصال ژنراتورهاي القايي به شبكه، با باز كردن پره‌هاي هادي توربين، سرعت ژنراتور بتدريج افزايش داده ميشود و پس از آنكه رله سرعت نشان داد كه لغزش ژنراتور از مقدار معيني كمتر شده است، ژنراتور به شبكه متصل خواهد شد.
جريان هجومي در لغزشهاي كوچك نيز وجود دارد، حتي اگر ژنراتور درهنگام اتصال به شبكه كاملاً سنكرون شده باشد.
اين جريان از نظر تئوري دو برابر جريان حالت روتور قفل شده است. به هر حال اين جريان گذرا در يك زمان خيلي كوتاه و حداكثر پس از 10 سيكل از بين مي‌رود.
اتصال كوتاه سه‌فاز ناگهاني
وقتي اتصال كوتاهي در ژنراتور القايي حين بهره برداري بروز ميكند، جريانهاي تحريك بسيار منابع از بين مي‌روند. بهرحال، فلوي مغناطيسي هسته آهني آن به نقطه صفر كاهش نمي‌يابد. بنابراين يك جريان اتصال كوتاه در مدت فوق‌العاده كوتاه جريان مي‌يابد تا اينكه به نقطه صفر برسد.
حداكثر مقدار اين جريان حدوداً برابر با مقدار جريان هجومي است.
اين جريان معمولاً چند با حداكثر 10 سيكل و به مقدار بسيار ناچيزي كاهش مي‌يابد، لذا سبب بروز جريان اتصال كوتاه پايدار و بادوام نمي‌شود.
اتصال كوتاه تك‌فاز
وقتي اتصال كوتاه بين دو خط بروز ميكند، حداكثر جريان اتصال كوتاه حدوداً 3√ برابر جريان روتور قفل شده خواهد بود.
پديده خود تحريكي
خود تحريكي هنگامي بروز ميكند كه ژنراتور و كندانسورها با هم از سيستم قطع شوند كه در نتيجه عايق ژنراتور يا كندانسورها ممكن است با افزايش ولتاژ آسيب ببيند.
خودتحريكي در حالتي بوجود مي‌آيد كه ژنراتور توسط جريان پيش‌فازي كه به كندانسور (خازن) تحويل ميدهد تحريك شود.
مقدار اين ولتاژ با استفاده از منحني اشباع بي‌باري ژنراتور و مشخصه‌هاي ولتاژ و جريان كندانسور تعيين ميشود.
در ناحيه ولتاژهاي زير نقطه «Ve» ولتاژ ژنراتور تمايل به افزايش دارد زيرا جريان تحريك تامين شده زير «Ve» در مقايسه با جريان تحريك مورد نياز بيشتر است. در ناحيه ولتاژهاي بالا نقطه «Ve» ولتاژ ژنراتور به دليل رابطه معكوس كاهش پيدا ميكند. بنابراين، در اين مثال ولتاژ خود تحريكي نقطه «Ve» خواهد بود كه دو منحني همديگر را قطع كرده‌اند.
اگر ظرفيت كندانسور كم باشد، شيب خط مشخصه ولتاژ جريان افزازيش خواهد يافت و «Ve» به تدريج پايين مي‌افتد و وقتي از نقطه‌اي مشخص پايين‌تر بيايد، با منحني اشباع در حالت بي‌باري ژنراتور تقاطع نخواهد كرد وپديده خودتحريكي به وجود نخواهد آمد.
افزايش سرعت در ژنراتور القايي نياز به توجه ويژه دارد. با افزايش سرعت، منحني اشباع در حالت بي‌باري و ولتاژ كندانسور و منحني مشخصه‌هاي جريان به سمت منحني‌هاي ديگري انتقال مي‌يابد.
تحت اين شرايط، ولتاژهاي خودتحريكي قوي ممكن است بوجود آيند.
سيستم بهره‌برداري و كنترل
همانطوري كه قبلاً توضيح داده شده، سنكرونيزاسيون براي بهره برداري از ژنراتورهاي القايي در حالت موازي الزامي نيست، همچنين گاورنر سرعت توربين را ميتوان حذف كرد، زيرا اين ژنراتورها هيچگاه مستقلاً مورد بهره‌برداري قرار نمي‌گيرند.
راه‌اندازي
وقتي شرايط راه‌اندازي توربين هيدروليك (آبي) فراهم باشد، فرمان راه‌اندازي صادر ميشود و پره‌هاي هادي بتدريج باز مي‌شوند و توربين هيدروليكي شروع به چرخش ميكند.
پره‌هاي هادي موقتاً در وضعيت مربوط به راه‌اندازي متوقف مي‌شوند. سپس، توربين هيدروليكي به تدريج شتاب ميگيرد و در آغاز از سرعت سنكرون پيشي گرفته و سپس به آن برمي‌گردد.
بهره‌برداري موازي
چنانچه تنظيم مقدار بازشدگي دريچه‌هاي متناظر با حالت بي‌باري قبلاً به دست آمده باشد، در فاصله زماني‌اي كه سرعت توربين در هنگام راه‌اندازي از سرعت سنكرون بيشتر ميشود و مجدداً به سرعت سنكرون برمي‌گردد، تفاضل حداكثر سرعت توربين و سرعت سنكرون به كمترين مقدار كاهش داده خواهد شد. موازي كردن ژنراتور، در فاصله زماني فوق‌الذكر بايد انجام شود. هنگاميكه رله سرعت، لغزش ژنراتور را كمتر از 3 درصد تشخيص داد بريگر مربوط به موازي كردن، فرمان وصل دريافت خواهد كرد.
به عنوان نمونه، مشخصات اصلي تعدادي از نيروگاههاي آبي كه در كشور اتريش در برخي از استانهاي آن احداث شده است و در آنها از ژنراتور آسنكرون استفاده شده است. ذيلاً ليست شده است.
اين جزوه مربوط به شركت الين است.
بارگذاري
پس از كامل شدن عمليات راه‌اندازي، ميزان بار واحد توسط گاورنر تراز آب كنترل خواهد شد. دريچه‌هاي هادي، متناسب با سطح آب مخزن بالادست گشوده خواهند شد و ژنراتور القايي بار لازم را با افزايش لغزش توليد خواهد كرد.
توقف آهسته
پره‌هاي هادي را به طرف موقعيت بازشدگي مربوط به حالت بي‌باري بتدريج ببنديد و دژنكتور موازي را نزديك وضعيت لغزش صفر باز كنيد. پس از اينكه پره‌هاي هادي كاملاً بسته شد و بعد از آنكه سرعت ژنراتور به زير 30 درصد كاهش يافت، ترمز مكانيكي اعمال شده و سرعت را به صفر مي‌رساند.
از كار افتادن (SHUT DOWN)
اگر در حين كار ژنراتور القايي بطور ناگهاني قطع بار روي دهد، چنانچه باز شدگي پره‌هاي هادي بدون تغيير بماند، بديهي است كه سرعت توربين افزايش خواهد يافت.
معمولاً توربينها به گاورنرهايي مجهز هستند كه اضافه سرعت را حس كرده و فوراً اقدام به بستن پره‌هاي هادي ميكند.
بهرحال توربينهاي ژنراتورهاي القايي به اينگونه گاورنرها مجهز نيستند.
پره‌هاي هادي بايد سريعاً با استفاده از سيگنال كنتاكت كمكي دژنكتور و يا عملكرد رله اضافه سرعت بسته شوند.
بهرحال توربينهاي ژنراتورهاي القايي به اينگونه گاورنرهاي مجهز نيستند.
پره‌هاي هادي بايد سريعاً با استفاده از سيگنال كنتاكت كمكي دژنكتور و يا عملكرد رله اضافه سرعت بسته شوند.
لذا چنانچه دژنكتور نيروگاه دچار «تريپ» شود مشكلي بوجود نخواهد آمد و از كنتاكت كمكي آن ميتوان استفاده كرد. هنگامي كه دژنكتور انتهاي خط ارتباطي قطع شود، پره‌هاي هادي پس از آنكه رله اضافه سرعت عمل كرد، بسته خواهند شد.
به هر حال رله اضافه سرعت به نحوي تنظيم شده است كه در سرعتهاي 105 درصد تا 110 درصد سرعت نامي عمل ميكند. بدليل اينكه مدتي طول مي‌كشد تا اينكه پره‌هاي هادي شروع به تغيير وضعيت بدهند، افزايش سرعت اجتناب‌ناپذير است.
در ژنراتورهاي القايي، قطع بار به معني فرو نشستن ولتاژ تحريك در چند سيكل است. اين پديده از بروز صدمات به عايق در اثر ولتاژ اضافي جلوگيري ميكند. بعلاوه، هيچ افزايش در فركانس، با توجه به فرونشستن سريع ولتاژ، بوجود نخواهد آمد و بنابراين جاي هيچ نگراني از سرعتهاي اضافي در موتورهاي كمكي كه به شبكه داخلي نيروگاه متصل هستند وجود نخواهد داشت.
spow
اخراجی موقت
رله چیست؟
حفاظت تجهیزات و دستگاه های سیستم قدرت در مقابل عیوب و اتصالیها ، به وسیله كلید قدرت انجام می گیرد قبل از اینكه كلید قدرت بتواند باز شود ، سیم پیچی عمل كنندة آن باید تغذیه شود این تغذیه به وسیله رله های حفاظتی انجام می پذیرد . رله به دستگاهی گفته می شود كه در اثر تغییر كمیت الكتریكی مانند ولت و جریان و یا كمیت فیزیكی مثل درجه حرارت و حركت روغن ( در رله بوخهولس ) تحریك شده و باعث به كار افتادن دستگاههای دیگر و نهایتاً قطع مدار به وسیله كلید قدرت ( در سیستم تولید و انتقال و توزیع ) یا دژنكتور می گردد .
بنابراین به وسیله رله : · محل وقوع عیب از شبكه جدا سازی شده باعث می شود كه سایر قسمتهای سالم شبكه همچنان به كار خود
ادامه دهند و پایداری و ثبات شبكه به همان حالت قبلی محفوظ بماند .· تجهیزات و دستگاهها در مقابل عیوب و اتصالی ها محافظت شده و میزان خسارات وارده به آنها محدود گردد . سبب به وجود آمدن اتصالی ها و تأثیرات آنبه دو علت زیر اتصالی ها می توانند به وجود آیند : الف – تأثیرات داخلی تأثیرات داخلی كه باعث خراب شدن و از بین رفتن دستگاهها یا خطوط انتقال و توزیع می شود عبارتند از :فاسد شدن قسمتهای عایق در یك مولد ، ترانسفورماتور ، خط ، كابل و غیره . این ضایعات و امكانات مكن است مربوط به عمر عایق ، عدم تنظیم صحیح ، عدم ساخت صحیح و یا عدم نصب صحیح عایق باشد . ب – تأثیرات خارجیتأثیرات خارجی شامل تأثیرات زیادی است از آن جمله رعد و برق ، اضافه بار كه باعث به وجود آمدن حرارت شود ، برف و باران ، باد و طوفان ، شاخة درختها ، حیوانات و پرندگان ، سقوط اشیاء اشتباه در عملیات و خسارتهایی كه یه وسیله مردم وارد می شود و غیره . وقتی كه یك اتصالی در مداری رخ دهد ، جریان افزایش یافته و ولتاژ ( اختلاف پتانسیل ) نقصان پیدا می كند افزایش جریان حرارت زیادی را به وجود آورده كه ممكن است منجر به آتش سوزی یا انفجار شود . اگر اتصالی به صورت جرقه باشد ممكن است خسارت زیادی به بار آورد . برای مثال اگر جرقه ای بر روی خط انتقال نیرو به وجود آمده و سریعاً بر طرف نشود خط را سوزانده و باعث پاره شدن آن خواهد شد و نتیجه سبب قطع برق برای مدت طولانی خواهد شد . نقصان ولتاژ كه در اثر یك اتصالی به وجود آید می آید برای دستگاههای الكتریكی بسیار زیان آور است و اگر این ولتاژ ضعیف برای چند ثانیه ایی ادامه داشته باشد ، موتورهای مشتركین از كار باز ایستاده ، دوران مولدهای برق نامنظم و نا مرتب خواهد شد پس در صورت وقوع جریان شدید و ولتاژ ضعیف به سبب اتصالی در مدار می بایست به فوریت اتصالی كشف و برطرف گردد و جریان ولتاژ به حالت عادی باز گردانده شود.رله های جریانی : رله های جریانی به منظور حفاظت شبکه های الکتریکی در مقابل عیوب ناشی از خطاهای جریان بکار میروند . عمده عیوبی که توسط رله های جریانی تشخیص داده می شوند عبارت است از : þاتصال کوتاه در شبکهþاضافه جریان þاضافه بارþجریان نشتی (ارت فالت) þعدم تقارن جریان سه فازþکاهش بار ( در مورد موتورها)þافزایش مدت زمان راه اندازی (در مورد موتورها)þقفل بودن روتور (در مورد موتورها) حفاظت اتصال کوتاه و اضافه جریان و اتصالی زمین : اولین و یکی از مهمترین حفاظت هایی که در یک سیستم وجود دارد حفاظت اتصال کوتاه و اضافه جریان و نشتی زمین می باشد . این حفاظت ها با حفاظت اضافه بار تفاوت آشکاری دارد چون حفاظت اضافه بار بر اساس ظرفیت حرارتی واحد می باشند . در این نوع حفاظت جریان سه فاز توسط سه عدد ترانسفورمر جریان حس می گردند و به رله انتقال می یابند و بر اساس آن حفاظت صورت می گیرد . در مورد حفاظت فوق منحنی قطع رله از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است زیرا حفاظت صحیح بر اساس آن صورت میگیرد .این رله ها می توانند دارای دو گروه منحنی قطع باشند :þ نوع زمان ثابت که پارامتر جریان و زمان به هم وابستگی ندارند و به صورت جداگانه تنظیم می گردند و رله بر اساس جریان تنظیمی در زمان تنظیم شده فرمان قطع را صادر می کنند .þ نوع زمان کاهشی که در این حالت زمان قطع رله با یک منحنی به جریان عبوری از رله مرتبط می باشد . به این صورت که هر چه جریان عبوری از رله بیشتر گردد زمان قطع رله کمتر خواهد بود .بسته به عملکرد و نوع استفاده از رله منحنی های استانداردی برای این رله ها تعریف می گردد که بشرح زیر است : Standard Inverse Curve (SIT)Very Inverse Curve (VIT)Extremely Inverse Curve (EIT)Ultra Inverse Curve (UIT) حفاظت سیستم های الکتریکی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است و امروزه کمپانی های متعددی در حال طراحی و ساخت رله های حفاظتی می باشند . برخی از کمپانی های معتبر که در این زمینه مشغول به فعالیت می باشند را معرفی می کنیم.Siemens , Alstom , ABB , GE Power , Schneider , CEE , Reyroll به طور کلی رله های حفاظتی باید دارای مشخصات زیر باشند : þسرعت عملکرد : این پارامتر در رله های حفاظتی بسیار حائز اهمیت است چون رله های حفاظتی هنگام خطا موظفند با سرعت هرچه تمامتر بخش های معیوب را از قسمت های سالم جدا نمایند . þحساسیت : این پارامتر به حداقل جریانی که سبب قطع رله می گردد بر میگردد .þتشخیص و انتخاب در شرایط خطا : این پارامتر نیز بسیار مهم است زیرا در شبکه هایی که دارای چند باس بار و رله حفاظتی هستند هنگام وقوع خطا می باید قسمت معیوب به درستی تشخیص داده شده و از شبکه جدا گردد و قسمتهای سالم به کار خود ادامه دهد.þپایداری : این پارامتر به این باز میگردد که یک رله حفاظتی به تمامی خطاهایی که در محدوده حفاظتی خود به درستی عکس العمل نشان دهد و در مقابل خطاهای این محدوده عکس العملی نشان ندهد . دسته بندی رله های حفاظتی بر اساس پارامترهای اندازه گیری : الف) رله های جریانی : این رله ها بر اساس میزان جریان ورودی به رله عمل می کند . حال این جریان می تواند جریان فازها , جریان سیم نول , مجموع جبری جریانهای فازها باشد (رله های جریان زیاد – رله های ارت فالت و .... ) و جریان ورودی رله می تواند تفاضل دو یا چند جریان باشد ( رله های دیفرانسیل و رستریکت ارت فالت ) ب) رله های ولتاژی : این رله ها بر اساس ولتاژ ورودی به رله عمل میکند این ولتاژ می تواند ولتاژ فازها باشد (رله های اضافه یا کمبود ولتاژ و ....) و یا میتواند مجموع جبری چند ولتاژ باشد ( رله تغییر مکان نقطه تلاقی بردارهای سه فاز) ج) رله های فرکانسی : این رله ها بر اساس فرکانس ولتاژ ورودی عمل میکند ( رله های افزایش و کمبود فرکانس) د) رله های توانی : این رله ها بر اساس توان عمل می کنند به عنوان مثال رله هایی که جهت توان را اندازه گیری می کنند یا رله هایی که توان اکتیو و راکتیو را اندازه گیری می کنند . ه) رله های جهتی : این رله ها از جنس رله های توانی هستند که بر اساس زاویه بین بردارهای ولتاژ و جریان عمل میکنند مانند رله های اضافه جریان جهتی که در خطوط چند سو تغذیه رینگ و پارالل بکار می روند و یا رله های جهت توان که جهت پرهیز از موتوری شدن ژنراتور هنگام قطع کوپلینگ آن بکار میرود . و) رله های امپدانسی : مانند رله های دیستانس که در خطوط انتقال کاربرد فراوانی دارند . ز) رله های وابسته به کمیت های فیزیکی : مانند حرارت – فشار – سطح مایعات و .... مانند رله بوخ هلتس ترانسفورمرها
ح) رله های خاص : رله هایی هستند که برای منظورهای خاص به کار میروند مثلا رله تشخیص خطای بریکر – رله مونیتورینگ مدار تریپ بریکر – رله لاک اوت و .....
spow
اخراجی موقت
اشنایی با منابع تولید نیرو
هیدروالکتریسیته (انرژی برق-آبی) اصطلاحی است که به انرژی الکتریکی تولیدی از نیروی آب اطلاق میشود. در حال حاضر هیدروالکتریسیته چیزی در حدود ۷۱۵۰۰۰ مگاوات یا ۱۹٪ (۱۶٪ در سال ۲۰۰۳) از کل انرژی الکتریکی تولیدی جهان را پوشش میدهد. هیدروالکتریسیته همچنین ۶۳٪ از انرژی الکتریکی تولیدی از منابع تجدیدپذیر را نیز شامل میشود.
بیشتر نیروگاههای برق-آبی انرژی مورد نیاز خود را از انرژی پتانسیل آب پشت یک سد تامین میکنند. در این حالت انرژی تولیدی از آب به حجم آب پشت سد و اختلاف ارتفاع بین منبع و محل خروج آب سد وابسته‌است. به این اختلاف ارتفاع، ارتفاع فشاری می‌گویند و آن را با H (مخفف Head) نمایش میدهند. در واقع میزان انرژی پتانسیل آب با ارتفاع فشاری آن متناسب است. برای افزایش فاصله یا ارتفاع فشاری، آب معمولاً برای رسیدن به توربین آبی فاصله زیادی را در یک لوله بزرگ (penstock) طی میکند.
نیروگاه آب تلمبه‌ای، نوعی دیگر از نیروگاه آبی است. وظیفه یک نیروگاه آب تلمبه‌ای پشتیبانی شبکه الکتریکی در ساعات اوج مصرف (ساعات پیک) است. این نیروگاه تنها آب را در ساعات مختلف بین دو سطح جابجا میکند. در ساعاتی که تقاضای برای انرژی الکتریکی پایین است با پمپ کردن آب به یک منبع مرتفع انرژی الکتریکی را به انرژی پتانسیل گرانشی تبدیل میکند. در زمان اوج مصرف آب دوباره از مخزن به سمت پایین جاری میشود و با چرخاندن توربین آبی موجب تولید برق و رفع نیاز شبکه میگردد. این نیروگاهها با ایجاد تعادل در ساعات مختلف موجب بهبود ضریب بار شبکه و کاهش هزینه‌های تولید انرژی الکتریکی میشوند.
هیدروالکتریسیته (انرژی برق-آبی) اصطلاحی است که به انرژی الکتریکی تولیدی از نیروی آب اطلاق میشود. در حال حاضر هیدروالکتریسیته چیزی در حدود ۷۱۵۰۰۰ مگاوات یا ۱۹٪ (۱۶٪ در سال ۲۰۰۳) از کل انرژی الکتریکی تولیدی جهان را پوشش میدهد. هیدروالکتریسیته همچنین ۶۳٪ از انرژی الکتریکی تولیدی از منابع تجدیدپذیر را نیز شامل میشود.
در صد استفاده از نیرو گاههای برق آبی در جهان
بیشتر نیروگاههای برق-آبی انرژی مورد نیاز خود را از انرژی پتانسیل آب پشت یک سد تامین میکنند. در این حالت انرژی تولیدی از آب به حجم آب پشت سد و اختلاف ارتفاع بین منبع و محل خروج آب سد وابسته‌است. به این اختلاف ارتفاع، ارتفاع فشاری می‌گویند و آن را با H (مخفف Head) نمایش میدهند. در واقع میزان انرژی پتانسیل آب با ارتفاع فشاری آن متناسب است. برای افزایش فاصله یا ارتفاع فشاری، آب معمولاً برای رسیدن به توربین آبی فاصله زیادی را در یک لوله بزرگ (penstock) طی میکند.
نیروگاه آب تلمبه‌ای، نوعی دیگر از نیروگاه آبی است. وظیفه یک نیروگاه آب تلمبه‌ای پشتیبانی شبکه الکتریکی در ساعات اوج مصرف (ساعات پیک) است. این نیروگاه تنها آب را در ساعات مختلف بین دو سطح جابجا میکند. در ساعاتی که تقاضای برای انرژی الکتریکی پایین است با پمپ کردن آب به یک منبع مرتفع انرژی الکتریکی را به انرژی پتانسیل گرانشی تبدیل میکند. در زمان اوج مصرف آب دوباره از مخزن به سمت پایین جاری میشود و با چرخاندن توربین آبی موجب تولید برق و رفع نیاز شبکه میگردد. این نیروگاهها با ایجاد تعادل در ساعات مختلف موجب بهبود ضریب بار شبکه و کاهش هزینه‌های تولید انرژی الکتریکی میشوند.
از دیگر انواع نیروگاههای آبی میتوان به نیروگاههای جزر و مدی اشاره کرد. همانطور که از نام این نیروگاههای مشخص است این نیروگاهها نیروی مورد نیاز خود را از اختلاف ارتفاع آب در بین شبانه روز تامین میکنند. منابع در این دسته از نیروگاهها نسبت به بقیه کاملاً قابل پیشبینی هستند. این نیروگاهها همچنین می‌توانند در مواقع اوج مصرف به عنوان پشتیبان شبکه عمل کنند.
برخی نیروگاههای آبی که تعداد آنها زیاد هم نیست از انرژی جنبشی آب جاری استفاده میکنند. در این دسته از نیروگاهها نیازی به احداث سد نیست توربین این نیروگاهها شبیه یک چرخ آبی عمل میکند. این نوع استفاده از انرژی شاخه نسبتاً جدیدی از علم جنبش مایعات است.
معادله :
یک معادله ساده برای محاسبه تقریبی انرژی الکتریکی در یک نیروگاه برق آبی وجود دارد که به صورت زیر است:
P=h \times r \times k
در معادله بالا P توان خروجی در واحد وات، h ارتفاع فشاری در واحد متر، r میزان آب خارج شده در واحد مترمربع در ثانیه و K ضریب تبدیل در ۷۵۰۰ وات است (با پیش شرط راندمان ۷۶٪ ،شتاب ثقل ۹٫۸۱ متر بر مجذور ثانیه و آب تازه با چگالی ۱۰۰۰ کیلوگرم به ازای هر متر مربع. البته در توربین‌های بزرگ و پیشرفته راندمان معمولاً بالاتر این مقدار است و در توربین‌ها فرسوده این راندمان کمتر است).
میزان تولید انرژی الکتریکی در یک نیروگاه آبی به شدت به میزان آب موجود وابسته‌است و در فصول مختلف میزان تولید میتواند به نسبت ۱۰ به ۱ متفاوت باشد.
سد :
سد دیواری محکم از سنگ وسیمان و یا ساروج است که به منظور مهار کردن آب در عرض دره یا میان دو کوه ایجاد میشود. برعکس خاکریزها که برای جلوگیری از ورود آب رودخانه یا دریا به مناطق اطراف ساخته میشوند در سدها هدف از مهار کردن آب استفاده از آن است.سدها از نظر مشخصه‌های مختلف طبقه‌بندی میشوند این مشخصه‌ها معمولاً شامل:
*
طول سد: از نظر طول سدهای با طول بیش از ۱۵ متر را سدهای بزرگ و سدهای با طول بیش از ۱۵۰ متر را سدهای بسیار بزرگ می‌نامند.
*
هدف از احداث سد: اهداف ساخت یک سد می‌توانند متفاوت باشند به طوری که بسیاری از سدها بیشتر از یک هدف را دنبال میکنند این اهداف می‌توانند شامل آبیاری یا تامین آب مناطق شهری یا زمین‌های کشاوزی، تولید انرژی الکتریکی، ایجاد فضای تفریحی، کنترل سیل و... باشند.
*
ساختار سد: از نظر ساختار، با توجه به مصالح مصرف شده یا تکنولوژی ساخت سدها باهم متفاوت هستند. سدها از نظر مصالح مصرف شده می‌توانند چوبی، خاکی یا بتنی باشند.
ملاحظات اقتصادی :
بیشترین مزیت استفاده از نیروگاهها آبی عدم نیاز به استفاده از سوخت‌ها و در نتیجه حذف هزینه‌های مربوط به تامین سوخت است. درواقع هزینه انرژی الکتریکی تولیدی در یک نیروگاه آبی تقریباً از تغییرات قیمت سوخت‌های فسیلی نظیر نفت، گاز طبیعی و زغال سنگ مصون است. همچنین عمر متوسط نیروگاههای آبی در مقایسه با نیروگاههای گرمایی بیشتر است، به طوری که عمر برخی از نیروگاههای آبی که هم‌اکنون در حال استفاده هستند به ۵۰ تا ۱۰۰ سال پیش بازمی‌گردد. هزینه کار این نیروگاهها در حالی که به صورت خودکار کار کنند کم است و بجز در موارد اضطراری به پرسنل زیادی در نیروگاه نیاز نخواهد بود.
در موقعیت‌هایی که استفاده از سد چندین هدف را پوشش میدهد، ساخت یک نیروگاه آبی هزینه نسبتاً کمی را به هزینه‌های ساخت سد اضافه میکند. ایجاد یک نیروگاه هیمچنین میتواند هزینه‌های مربوط به ساخت سد را جبران کند. برای مثال درآمد ناشی از فروش انرژی الکتریکی در سد «Three Gorges» که بزرگ‌ترین سد جهان است با فروش انرژی الکتریکی تولیدی در سد در طول ۵ تا ۷ سال جبران شده‌است.
انتشار گازهای گلخانه ای :
در صورتی که سوختی در نیروگاه سوخته نشود، دی اکسید کربن (که یک گاز کلخانه‌ای است) نیز در نیروگاه تولید نخواهد شد. البته در مراحل احداث نیروگاه مقدار ناچیزی گاز دی‌اکسید کربن تولید میشود که در مقابل میزان دی‌اکسید کربن تولیدی در نیروگاههای گرمایی که از سوخت‌های فسیلی برای تولید انرژی گرمایی استفاده میکنند بسیار ناچیزاست. البته در این نیروگاهها بر اثر اجتماع آب پشت سد گازهایی متساعد میشود که در پایین به آنها اشاره شده‌است.
فعالیت های وابسته :
آب ذخیره شده در پشت یک سد در واقع میتواند بخشی از امکانات مربوط به ورزش‌های آبی باشد و به این ترتیب میتواند به جاذبه‌ای برای گردشگران تبدیل شود. در برخی از کشورها از این آب برای پرورش موجودات آبزی مانند ماهی‌ها استفاده میشود به این ترتیب که در برخی سدها محیط‌های خاصی برای پرورش موجودات آبزی اختصاص یافته که همیشه از نظر داشتن آب پشتیبانی میشوند.
معایب :
آسیب به محیط زیست :
پروژه‌های احداث سد معمولاً با تغییرات زیادی در اکوسیستم منطقه احداث سد همراه هستند. برای مثال تحقیقات نشان میدهد که سدهای ساخته شده در سواحل دریای آتلانتیک و اقیانوس آرام در آمریکای شمالی از میزان ماهی‌های قزل‌آلای رودخانه‌ها به شدت کاسته‌است و این به دلیل جلوگیری سد از رسیدن ماهی‌ها به بالای رودخانه برای تخم‌گذاری است و این درحالی است که برای عبور این ماهی‌ها به بالای رودخانه محل‌های خاصی در سد در نظرگرفته شده‌است. همچنین ماهی‌های کوچک در طول مهاجرت از رودخانه به دریا در بین توربین‌ها آسیب می‌بینند که برای رفع این عیب نیز در قسمتی از سال ماهی‌ها را با قایق‌های کوچک به پایین رودخانه می‌برند. با تمام فعالیت‌هایی که برای ایجاد محیط مناسب برای ماهی‌ها انجام میشود بازهم با ساخت سد از میزان ماهی‌ها کاسته میشود. در کشورهایی مانند ایالات متحده بستن مسیر مهاجرت ماهی‌ها و دیگر موجودات آبزری به وسیله سد ممنوع است و حتماً باید برای عبور آنها تمهیداتی اندیشیده شود. به این ترتیب در برخی موارد سدها می‌توانند واقعاً برای ماهی‌ها آسیب رسان باشند که نمونه‌ای از آنها سد مارموت (Marmot Dam) در ایالات متحده‌است که عملیات حذف آن در ۲۰ اکتبر ۲۰۰۷ به پایان رسید. پس از تخریب این سد رودخانه برای اولین بار پس از۱۰۰ سال جریان آزاد خود را آغاز کرد. عملیات حذف این سد بزرگ‌ترین عملیات حذف سد در ایالات متحده بود.
ایجاد سدها معمولاً باعث به وجود آمدن تغییراتی در قسمتهای پایینی رودخانه میشوند. آب خروجی از توربین‌ها معمولاً حامل مقدار کمتری از رسوبات است و این خود باعث پاک شدن بستر رودخانه و از بین رفتن حاشیه‌های رودخانه میشود. به دلیل اینکه توربین‌ها معمولاً به نوبت کار میکنند نوساناتی در جریان آب خروجی ایجاد میشود که شدت فرسایش بستر رودخانه را افزایش میدهد. همچنین ظرفیت اکسیژن حل شده در آب به دلیل کار توربین‌ها کاهش می‌یابد چراکه آب خروجی توربین‌ها معمولاً گرمتر از آب ورودی آنهاست که این خود میتواند جان برخی گونه‌های حساس را به خطر بیاندازد. برخی دیگر از سدها برای افزایش ارتفاع فشار مسیر رودخانه را منحرف کرده و باعث عبور آب از مناطق پر شیب‌تر میشوند و به این ترتیب مسیر قبلی رودخانه را خشک میکنند. برای مثال در رودخانه‌های تپاکو (Tekapo) و پیوکیکی (Pukaki) از این روش استفاده شده‌است که نه تنها موجب به خطر افتادن برخی گونه‌های موجودات آبزی شده بلکه پرندگان مهاجر منطقه را نیز به شدت در خطر قرار داده‌است.
سدهای بسیار بسیار بزرگ مانند سد Aswan (در مصر) و سد Three Gorges (در چین) تغییرات زیادی را در بالا و پایین رودخانه به وجود می‌آورند.
انتشار گازهای گلخانه ای :
آب جمع شده در پشت سد در مناطق گرمسیری میتواند مقدار قابل توجهی از گاز متان و گاز دی‌اکسیدکربن را تولید کند. این گازها در اثر پوسیدگی قسمتهای مختلف گیاهان و زباله‌هایی به وجود می‌آیند که از بالای رودخانه آمده‌اند و به وسیله باکتری‌های ناهوازی تجزیه میشوند. بیشتر گاز تولیدی در اثر پوسیدگی را گاز متان تشکیل میدهد که از نظر آثار گلخانه‌ای از دی‌اکسیدکربن خطرناک‌تر است. براساس گزارش کمیسیون جهانی سدها، در سدهایی که منبع آنها نسبت به برق تولیدی آنها کوچک است (کمتر از ۱۰۰ وات به ازای هر مترمربع از آب) و درخت‌های اطراف مسیر رودخانه پاکسازی نشده‌اند، میزان گاز گلخانه‌ای تولیدی از یک نیروگاه گرمایی با سوخت نفت بیشتر است.
جابجائی جمعیت :
از دیگر معایب ساخت سدها، جابجایی جمعیت ساکن در مناطق زیر آب رفته توسط آب پشت سد است. این مناطق ممکن است شامل مناطقی باشد که از نظر فرهنگی یا اعتقادی دارای ارزش بالایی هستند و بدین ترتیب دلبستگی زیادی بین مردم ساکن با منطقه و آن منطقه خاص وجود دارد و به این ترتیب با بالا آمدن آب این مکان‌های تاریخی یا فرهنگی از بین خواهند رفت. از جمله سدهایی که در مراحل ساخت با این قبیل مشکلات روبه‌رو شدند میتوان به سد Three Gorges یا سد Clyde اشاره کرد.
شکست سد :
شکسته شدن سدها گرچه به ندرت اتفاق می‌افتد اما خطری جدی و خطرناک است. برای نمونه میتوان به شکسته شدن سد بانکیاو (Banqiao) در جنوب چین اشاره کرد که موجب کشته شدن ۱۷۱۰۰۰ تن و بی‌خانمان شدن حدود نیم میلیون نفر شد. همچنین سدها می‌توانند هدف خوبی برای دشمن در طول جنگ یا اقدامات خرابکارانه تروریست‌ها باشند. سدهای کوچک در این حملات کمتر آسیب رسان هستند.
انتخاب محلی نامناسب برای احداث سد میتواند به فاجعه منجر شود، برای مثال میتوان به سد واجنت (Vajont) در ایتالیا اشاره کرد که در سال ۱۹۶۳ موجب مرگ حدوداً ۲۰۰۰ نفر شد.
مقایسه با دیگر روشها :
هیدروالکتریسیته با ایجاد انرژی الکتریکی بدون سوزاندن سوخت‌ها از ایجاد آلوده کننده‌های متصاعد شده از سوختن سوخت‌های فسیلی مانند دی‌اکسید گوگرد، اسید نیتریک، منواکسید کربن، گرد غبار و سرب (موجود در زغال سنگ) جلوگیری میکند. همچنین هیدروالکتریسیته با از بین بردن ضرورت استفاده از سوخت‌هایی مانند زغال سنگ به طور غیرمستقیم خطرات ناشی از استخراج زغال سنگ را کاهش میدهد.
در مقایسه با نیروگاه هسته‌ای این نیروگاهها زباله هسته‌ای تولید نمی‌کنند. همچنین خطرات مربوط به تماس با اورانیوم در معادن یا نشت مواد هسته‌ای را نیز ندارند و برعکس اورانیوم در این دسته از نیروگاهها از انرژی‌های تجدید پذیری استفاده میشود.
در مقایسه با مولدهای بادی، منابع انرژی در نیروگاههای آبی خیلی قابل پیش‌بینی‌تر هستند. همچنین این نیروگاهها می‌توانند ضریب بار شبکه را بهبود دهند و در زمان نیاز شروع به تولید انرژی الکتریکی کرده و به این ترتیب موجب تعدیل شبکه در طول ساعات پیک شوند.
برعکس نیروگاههای گرمایی در نیروگاههای آبی زمان زیادی صرف مطالعات مربوط به سد میشود. معمولاً برای انجام دقیق محاسبات، داده‌های حدود ۵۰ سال از رفتارهای رودخانه برای انتخاب بهترین مکان احداث سد و روش ساخت آن لازم است. برعکس نیروگاه‌هایی که از سوخت‌ها برای تامین انرژی استفاده میکنند، مکان‌های مناسب برای احداث نیروگاههای آبی محدود هستند. همچنین بیشتر نیروگاههای آبی از مراکز تجمع جمعیت دور هستند و باید برای انتقال آنها نیز هزینه‌ای صرف کرد. از دیگر ضعف‌های این نیروگاه وابستگی شدید به میزان آب ورودی است و از آنجایکه میزان آب پشت سد به بارش‌ها وابسته‌است و در صورتیکه که میزان بارش برف و باران کاهش یابد میزان تولید انرژی الکتریکی نیز کاهش می‌یابد.
هیدروالکتریسیته (انرژی برق-آبی) اصطلاحی است که به انرژی الکتریکی تولیدی از نیروی آب اطلاق میشود. در حال حاضر هیدروالکتریسیته چیزی در حدود ۷۱۵۰۰۰ مگاوات یا ۱۹٪ (۱۶٪ در سال ۲۰۰۳) از کل انرژی الکتریکی تولیدی جهان را پوشش میدهد. هیدروالکتریسیته همچنین ۶۳٪ از انرژی الکتریکی تولیدی از منابع تجدیدپذیر را نیز شامل میشود.
بیشتر نیروگاههای برق-آبی انرژی مورد نیاز خود را از انرژی پتانسیل آب پشت یک سد تامین میکنند. در این حالت انرژی تولیدی از آب به حجم آب پشت سد و اختلاف ارتفاع بین منبع و محل خروج آب سد وابسته‌است. به این اختلاف ارتفاع، ارتفاع فشاری می‌گویند و آن را با H (مخفف Head) نمایش میدهند. در واقع میزان انرژی پتانسیل آب با ارتفاع فشاری آن متناسب است. برای افزایش فاصله یا ارتفاع فشاری، آب معمولاً برای رسیدن به توربین آبی فاصله زیادی را در یک لوله بزرگ (penstock) طی میکند.
نیروگاه آب تلمبه‌ای، نوعی دیگر از نیروگاه آبی است. وظیفه یک نیروگاه آب تلمبه‌ای پشتیبانی شبکه الکتریکی در ساعات اوج مصرف (ساعات پیک) است. این نیروگاه تنها آب را در ساعات مختلف بین دو سطح جابجا میکند. در ساعاتی که تقاضای برای انرژی الکتریکی پایین است با پمپ کردن آب به یک منبع مرتفع انرژی الکتریکی را به انرژی پتانسیل گرانشی تبدیل میکند. در زمان اوج مصرف آب دوباره از مخزن به سمت پایین جاری میشود و با چرخاندن توربین آبی موجب تولید برق و رفع نیاز شبکه میگردد. این نیروگاهها با ایجاد تعادل در ساعات مختلف موجب بهبود ضریب بار شبکه و کاهش هزینه‌های تولید انرژی الکتریکی میشوند.
هیدروالکتریسیته (انرژی برق-آبی) اصطلاحی است که به انرژی الکتریکی تولیدی از نیروی آب اطلاق میشود. در حال حاضر هیدروالکتریسیته چیزی در حدود ۷۱۵۰۰۰ مگاوات یا ۱۹٪ (۱۶٪ در سال ۲۰۰۳) از کل انرژی الکتریکی تولیدی جهان را پوشش میدهد. هیدروالکتریسیته همچنین ۶۳٪ از انرژی الکتریکی تولیدی از منابع تجدیدپذیر را نیز شامل میشود.
در صد استفاده از نیرو گاههای برق آبی در جهان
بیشتر نیروگاههای برق-آبی انرژی مورد نیاز خود را از انرژی پتانسیل آب پشت یک سد تامین میکنند. در این حالت انرژی تولیدی از آب به حجم آب پشت سد و اختلاف ارتفاع بین منبع و محل خروج آب سد وابسته‌است. به این اختلاف ارتفاع، ارتفاع فشاری می‌گویند و آن را با H (مخفف Head) نمایش میدهند. در واقع میزان انرژی پتانسیل آب با ارتفاع فشاری آن متناسب است. برای افزایش فاصله یا ارتفاع فشاری، آب معمولاً برای رسیدن به توربین آبی فاصله زیادی را در یک لوله بزرگ (penstock) طی میکند.
نیروگاه آب تلمبه‌ای، نوعی دیگر از نیروگاه آبی است. وظیفه یک نیروگاه آب تلمبه‌ای پشتیبانی شبکه الکتریکی در ساعات اوج مصرف (ساعات پیک) است. این نیروگاه تنها آب را در ساعات مختلف بین دو سطح جابجا میکند. در ساعاتی که تقاضای برای انرژی الکتریکی پایین است با پمپ کردن آب به یک منبع مرتفع انرژی الکتریکی را به انرژی پتانسیل گرانشی تبدیل میکند. در زمان اوج مصرف آب دوباره از مخزن به سمت پایین جاری میشود و با چرخاندن توربین آبی موجب تولید برق و رفع نیاز شبکه میگردد. این نیروگاهها با ایجاد تعادل در ساعات مختلف موجب بهبود ضریب بار شبکه و کاهش هزینه‌های تولید انرژی الکتریکی میشوند.
از دیگر انواع نیروگاههای آبی میتوان به نیروگاههای جزر و مدی اشاره کرد. همانطور که از نام این نیروگاههای مشخص است این نیروگاهها نیروی مورد نیاز خود را از اختلاف ارتفاع آب در بین شبانه روز تامین میکنند. منابع در این دسته از نیروگاهها نسبت به بقیه کاملاً قابل پیشبینی هستند. این نیروگاهها همچنین می‌توانند در مواقع اوج مصرف به عنوان پشتیبان شبکه عمل کنند.
برخی نیروگاههای آبی که تعداد آنها زیاد هم نیست از انرژی جنبشی آب جاری استفاده میکنند. در این دسته از نیروگاهها نیازی به احداث سد نیست توربین این نیروگاهها شبیه یک چرخ آبی عمل میکند. این نوع استفاده از انرژی شاخه نسبتاً جدیدی از علم جنبش مایعات است.
معادله :
یک معادله ساده برای محاسبه تقریبی انرژی الکتریکی در یک نیروگاه برق آبی وجود دارد که به صورت زیر است:
P=h \times r \times k
در معادله بالا P توان خروجی در واحد وات، h ارتفاع فشاری در واحد متر، r میزان آب خارج شده در واحد مترمربع در ثانیه و K ضریب تبدیل در ۷۵۰۰ وات است (با پیش شرط راندمان ۷۶٪ ،شتاب ثقل ۹٫۸۱ متر بر مجذور ثانیه و آب تازه با چگالی ۱۰۰۰ کیلوگرم به ازای هر متر مربع. البته در توربین‌های بزرگ و پیشرفته راندمان معمولاً بالاتر این مقدار است و در توربین‌ها فرسوده این راندمان کمتر است).
میزان تولید انرژی الکتریکی در یک نیروگاه آبی به شدت به میزان آب موجود وابسته‌است و در فصول مختلف میزان تولید میتواند به نسبت ۱۰ به ۱ متفاوت باشد.
سد :
سد دیواری محکم از سنگ وسیمان و یا ساروج است که به منظور مهار کردن آب در عرض دره یا میان دو کوه ایجاد میشود. برعکس خاکریزها که برای جلوگیری از ورود آب رودخانه یا دریا به مناطق اطراف ساخته میشوند در سدها هدف از مهار کردن آب استفاده از آن است.سدها از نظر مشخصه‌های مختلف طبقه‌بندی میشوند این مشخصه‌ها معمولاً شامل:
*
طول سد: از نظر طول سدهای با طول بیش از ۱۵ متر را سدهای بزرگ و سدهای با طول بیش از ۱۵۰ متر را سدهای بسیار بزرگ می‌نامند.
*
هدف از احداث سد: اهداف ساخت یک سد می‌توانند متفاوت باشند به طوری که بسیاری از سدها بیشتر از یک هدف را دنبال میکنند این اهداف می‌توانند شامل آبیاری یا تامین آب مناطق شهری یا زمین‌های کشاوزی، تولید انرژی الکتریکی، ایجاد فضای تفریحی، کنترل سیل و... باشند.
*
ساختار سد: از نظر ساختار، با توجه به مصالح مصرف شده یا تکنولوژی ساخت سدها باهم متفاوت هستند. سدها از نظر مصالح مصرف شده می‌توانند چوبی، خاکی یا بتنی باشند.
ملاحظات اقتصادی :
بیشترین مزیت استفاده از نیروگاهها آبی عدم نیاز به استفاده از سوخت‌ها و در نتیجه حذف هزینه‌های مربوط به تامین سوخت است. درواقع هزینه انرژی الکتریکی تولیدی در یک نیروگاه آبی تقریباً از تغییرات قیمت سوخت‌های فسیلی نظیر نفت، گاز طبیعی و زغال سنگ مصون است. همچنین عمر متوسط نیروگاههای آبی در مقایسه با نیروگاههای گرمایی بیشتر است، به طوری که عمر برخی از نیروگاههای آبی که هم‌اکنون در حال استفاده هستند به ۵۰ تا ۱۰۰ سال پیش بازمی‌گردد. هزینه کار این نیروگاهها در حالی که به صورت خودکار کار کنند کم است و بجز در موارد اضطراری به پرسنل زیادی در نیروگاه نیاز نخواهد بود.
در موقعیت‌هایی که استفاده از سد چندین هدف را پوشش میدهد، ساخت یک نیروگاه آبی هزینه نسبتاً کمی را به هزینه‌های ساخت سد اضافه میکند. ایجاد یک نیروگاه هیمچنین میتواند هزینه‌های مربوط به ساخت سد را جبران کند. برای مثال درآمد ناشی از فروش انرژی الکتریکی در سد «Three Gorges» که بزرگ‌ترین سد جهان است با فروش انرژی الکتریکی تولیدی در سد در طول ۵ تا ۷ سال جبران شده‌است.
انتشار گازهای گلخانه ای :
در صورتی که سوختی در نیروگاه سوخته نشود، دی اکسید کربن (که یک گاز کلخانه‌ای است) نیز در نیروگاه تولید نخواهد شد. البته در مراحل احداث نیروگاه مقدار ناچیزی گاز دی‌اکسید کربن تولید میشود که در مقابل میزان دی‌اکسید کربن تولیدی در نیروگاههای گرمایی که از سوخت‌های فسیلی برای تولید انرژی گرمایی استفاده میکنند بسیار ناچیزاست. البته در این نیروگاهها بر اثر اجتماع آب پشت سد گازهایی متساعد میشود که در پایین به آنها اشاره شده‌است.
فعالیت های وابسته :
آب ذخیره شده در پشت یک سد در واقع میتواند بخشی از امکانات مربوط به ورزش‌های آبی باشد و به این ترتیب میتواند به جاذبه‌ای برای گردشگران تبدیل شود. در برخی از کشورها از این آب برای پرورش موجودات آبزی مانند ماهی‌ها استفاده میشود به این ترتیب که در برخی سدها محیط‌های خاصی برای پرورش موجودات آبزی اختصاص یافته که همیشه از نظر داشتن آب پشتیبانی میشوند.
معایب :
آسیب به محیط زیست :
پروژه‌های احداث سد معمولاً با تغییرات زیادی در اکوسیستم منطقه احداث سد همراه هستند. برای مثال تحقیقات نشان میدهد که سدهای ساخته شده در سواحل دریای آتلانتیک و اقیانوس آرام در آمریکای شمالی از میزان ماهی‌های قزل‌آلای رودخانه‌ها به شدت کاسته‌است و این به دلیل جلوگیری سد از رسیدن ماهی‌ها به بالای رودخانه برای تخم‌گذاری است و این درحالی است که برای عبور این ماهی‌ها به بالای رودخانه محل‌های خاصی در سد در نظرگرفته شده‌است. همچنین ماهی‌های کوچک در طول مهاجرت از رودخانه به دریا در بین توربین‌ها آسیب می‌بینند که برای رفع این عیب نیز در قسمتی از سال ماهی‌ها را با قایق‌های کوچک به پایین رودخانه می‌برند. با تمام فعالیت‌هایی که برای ایجاد محیط مناسب برای ماهی‌ها انجام میشود بازهم با ساخت سد از میزان ماهی‌ها کاسته میشود. در کشورهایی مانند ایالات متحده بستن مسیر مهاجرت ماهی‌ها و دیگر موجودات آبزری به وسیله سد ممنوع است و حتماً باید برای عبور آنها تمهیداتی اندیشیده شود. به این ترتیب در برخی موارد سدها می‌توانند واقعاً برای ماهی‌ها آسیب رسان باشند که نمونه‌ای از آنها سد مارموت (Marmot Dam) در ایالات متحده‌است که عملیات حذف آن در ۲۰ اکتبر ۲۰۰۷ به پایان رسید. پس از تخریب این سد رودخانه برای اولین بار پس از۱۰۰ سال جریان آزاد خود را آغاز کرد. عملیات حذف این سد بزرگ‌ترین عملیات حذف سد در ایالات متحده بود.
ایجاد سدها معمولاً باعث به وجود آمدن تغییراتی در قسمتهای پایینی رودخانه میشوند. آب خروجی از توربین‌ها معمولاً حامل مقدار کمتری از رسوبات است و این خود باعث پاک شدن بستر رودخانه و از بین رفتن حاشیه‌های رودخانه میشود. به دلیل اینکه توربین‌ها معمولاً به نوبت کار میکنند نوساناتی در جریان آب خروجی ایجاد میشود که شدت فرسایش بستر رودخانه را افزایش میدهد. همچنین ظرفیت اکسیژن حل شده در آب به دلیل کار توربین‌ها کاهش می‌یابد چراکه آب خروجی توربین‌ها معمولاً گرمتر از آب ورودی آنهاست که این خود میتواند جان برخی گونه‌های حساس را به خطر بیاندازد. برخی دیگر از سدها برای افزایش ارتفاع فشار مسیر رودخانه را منحرف کرده و باعث عبور آب از مناطق پر شیب‌تر میشوند و به این ترتیب مسیر قبلی رودخانه را خشک میکنند. برای مثال در رودخانه‌های تپاکو (Tekapo) و پیوکیکی (Pukaki) از این روش استفاده شده‌است که نه تنها موجب به خطر افتادن برخی گونه‌های موجودات آبزی شده بلکه پرندگان مهاجر منطقه را نیز به شدت در خطر قرار داده‌است.
سدهای بسیار بسیار بزرگ مانند سد Aswan (در مصر) و سد Three Gorges (در چین) تغییرات زیادی را در بالا و پایین رودخانه به وجود می‌آورند.
انتشار گازهای گلخانه ای :
آب جمع شده در پشت سد در مناطق گرمسیری میتواند مقدار قابل توجهی از گاز متان و گاز دی‌اکسیدکربن را تولید کند. این گازها در اثر پوسیدگی قسمتهای مختلف گیاهان و زباله‌هایی به وجود می‌آیند که از بالای رودخانه آمده‌اند و به وسیله باکتری‌های ناهوازی تجزیه میشوند. بیشتر گاز تولیدی در اثر پوسیدگی را گاز متان تشکیل میدهد که از نظر آثار گلخانه‌ای از دی‌اکسیدکربن خطرناک‌تر است. براساس گزارش کمیسیون جهانی سدها، در سدهایی که منبع آنها نسبت به برق تولیدی آنها کوچک است (کمتر از ۱۰۰ وات به ازای هر مترمربع از آب) و درخت‌های اطراف مسیر رودخانه پاکسازی نشده‌اند، میزان گاز گلخانه‌ای تولیدی از یک نیروگاه گرمایی با سوخت نفت بیشتر است.
جابجائی جمعیت :
از دیگر معایب ساخت سدها، جابجایی جمعیت ساکن در مناطق زیر آب رفته توسط آب پشت سد است. این مناطق ممکن است شامل مناطقی باشد که از نظر فرهنگی یا اعتقادی دارای ارزش بالایی هستند و بدین ترتیب دلبستگی زیادی بین مردم ساکن با منطقه و آن منطقه خاص وجود دارد و به این ترتیب با بالا آمدن آب این مکان‌های تاریخی یا فرهنگی از بین خواهند رفت. از جمله سدهایی که در مراحل ساخت با این قبیل مشکلات روبه‌رو شدند میتوان به سد Three Gorges یا سد Clyde اشاره کرد.
شکست سد :
شکسته شدن سدها گرچه به ندرت اتفاق می‌افتد اما خطری جدی و خطرناک است. برای نمونه میتوان به شکسته شدن سد بانکیاو (Banqiao) در جنوب چین اشاره کرد که موجب کشته شدن ۱۷۱۰۰۰ تن و بی‌خانمان شدن حدود نیم میلیون نفر شد. همچنین سدها می‌توانند هدف خوبی برای دشمن در طول جنگ یا اقدامات خرابکارانه تروریست‌ها باشند. سدهای کوچک در این حملات کمتر آسیب رسان هستند.
انتخاب محلی نامناسب برای احداث سد میتواند به فاجعه منجر شود، برای مثال میتوان به سد واجنت (Vajont) در ایتالیا اشاره کرد که در سال ۱۹۶۳ موجب مرگ حدوداً ۲۰۰۰ نفر شد.
مقایسه با دیگر روشها :
هیدروالکتریسیته با ایجاد انرژی الکتریکی بدون سوزاندن سوخت‌ها از ایجاد آلوده کننده‌های متصاعد شده از سوختن سوخت‌های فسیلی مانند دی‌اکسید گوگرد، اسید نیتریک، منواکسید کربن، گرد غبار و سرب (موجود در زغال سنگ) جلوگیری میکند. همچنین هیدروالکتریسیته با از بین بردن ضرورت استفاده از سوخت‌هایی مانند زغال سنگ به طور غیرمستقیم خطرات ناشی از استخراج زغال سنگ را کاهش میدهد.
در مقایسه با نیروگاه هسته‌ای این نیروگاهها زباله هسته‌ای تولید نمی‌کنند. همچنین خطرات مربوط به تماس با اورانیوم در معادن یا نشت مواد هسته‌ای را نیز ندارند و برعکس اورانیوم در این دسته از نیروگاهها از انرژی‌های تجدید پذیری استفاده میشود.
در مقایسه با مولدهای بادی، منابع انرژی در نیروگاههای آبی خیلی قابل پیش‌بینی‌تر هستند. همچنین این نیروگاهها می‌توانند ضریب بار شبکه را بهبود دهند و در زمان نیاز شروع به تولید انرژی الکتریکی کرده و به این ترتیب موجب تعدیل شبکه در طول ساعات پیک شوند.
برعکس نیروگاههای گرمایی در نیروگاههای آبی زمان زیادی صرف مطالعات مربوط به سد میشود. معمولاً برای انجام دقیق محاسبات، داده‌های حدود ۵۰ سال از رفتارهای رودخانه برای انتخاب بهترین مکان احداث سد و روش ساخت آن لازم است. برعکس نیروگاه‌هایی که از سوخت‌ها برای تامین انرژی استفاده میکنند، مکان‌های مناسب برای احداث نیروگاههای آبی محدود هستند. همچنین بیشتر نیروگاههای آبی از مراکز تجمع جمعیت دور هستند و باید برای انتقال آنها نیز هزینه‌ای صرف کرد. از دیگر ضعف‌های این نیروگاه وابستگی شدید به میزان آب ورودی است و از آنجایکه میزان آب پشت سد به بارش‌ها وابسته‌است و در صورتیکه که میزان بارش برف و باران کاهش یابد میزان تولید انرژی الکتریکی نیز کاهش می‌یابد.
spow
اخراجی موقت
ساخت اجزاي توربين بخار با فولادهاي پيشرفته كروم دار
با افزايش دما و فشار بخار بايد مواد مورد استفاده در توربين بخار، اصلاح و تقويت‌شود. اغلب از فولادهايي حاوي 9 تا 12 درصد كروم براي دماهاي بيشتر از 600 درجه سانتيگراد استفاده ميشود. وجود عناصر مختلف در اين نوع فولادهاي‌آلياژي، مشكلاتي را در انجماد شمشهاي بزرگ، براي فرايند آهنگري (فورجينگ) روتور،ايجاد ميكند. در ساخت روتور بايد عواملي مانند طراحي شمش و ساخت فولاد، كنترل مراحل آهنگري و عمليات حرارتي را مدنظر داشت. بايد به مشكل سايش قسمتهايي ازروتور كه در تماس با ياتاقانهاست نيز توجه شود. پوششها و حفاظهاي توربين باريخته‌گري فولاد CrMo 9% ساخته شده است. عوامل مهم در ريخته‌گري اين قطعات‌عبارت است از:ساخت فولاد، طراحي قالب، عمليات حرارتي و روش جوش تعميراتي.
در اين نوشتار شرايط عمليات حرارتي و مراحل آهنگري، مطرح و بهبود يا تضعيف‌خواص مكانيكي، ارزيابي شده است.
براي گريز از مسائل زيست محيطي وكاهش مصرف انرژي، بايد بازده نيروگاههاي بخار، افزايش يابد. راه مستقيم افزايش بازده سيكلهاي بخار، افزايش دما و فشار بخاراست، ولي بايد قطعاتي كه با اين جريان بخار، در تماسند، تقويت شوند. به طور معمول‌از فولادهاي كم آلياژ در اين موارد استفاده‌مي‌شود ولي براي اين فولادها محدوديت‌دماي حداكثر 540 تا 560 درجه سانتي‌گرادوجود دارد. به تازگي فولادهاي فريتي حاوي 9تا 12 درصد كروم براي دماهاي بالاتر از 600درجه سانتيگراد توسعه يافته است.در اين‌نوشتار ساخت اجزاي توربين بخار از اين مواد پيشرفته و كنترلهاي لازم در عمل‌آوري‌رضايت بخش آنها توضيح داده شده است.
بر طبق قراردادي با گروه توربين بخارجك آلستوم، دو توربين بخار 412 مگاواتي بابازگرمكن دوگانه براي نيروگاههاي‌سكيربيك و نورديلند در دانمارك ساخته شده‌است. شرايط بخار C285bar/580 است، كه‌ايجاب ميكند اجزايي كه در معرض دماي بالاهستند از فولادهاي 9 تا 12 درصد كروم‌دارپيشرفته ساخته شوند. در شكلهاي (1و2)اجزاي توربين HP/IP(فشار متوسط/فشاربالا) و شير VHPكه از فولادهاي 9 تا 12درصد كروم‌دار ساخته مي‌شوند، نشان داده‌شده است.
انتخاب مواد
پيشرفتهاي جديد انجام شده در موادسازنده توربينهاي بخار در اروپا در برنامه‌تحقيقاتي COST501، طي 12 سال انجام‌شده و نتايج رضايت بخشي را به دنبال داشته‌است. همكاران برنامه COSTعبارت بودنداز كارگاههاي آهنگري (فورجينگ)،كارخانه‌هاي ريخته‌گري فولاد، سازندگان توربين و ديگ بخار، مراكز تحقيقاتي و دانشگاهي.
هدف اين برنامه نه تنها توسعه مواد براي‌داشتن خواص لازم بود، بلكه شرح عمليات‌آهنگري و ريخته‌گري در اندازه‌هاي مورداستفاده در نيروگاهها و همچنين تهيه‌مجموعه داده‌هايي از مواد در دماهاي بالاست. مشابه اين برنامه تحقيقاتي در ژاپن نيز انجام شده است.
روتور: برنامه COST فهرستي از موادي‌كه قابليت ساخت در اندازه‌هاي بزرگ را براي‌روتور داشته باشند، ارايه كرده است. با اضافه‌كردن Mo، V، W، Nb، Nو B به آلياژ، به‌خواص مطلوبي در انجماد شمشهاي بزرگ مي‌رسيم كه براي آهنگري روتور استفاده مي‌شوند. قسمت مهم در اين برنامه، انجام‌بررسيهاي مخرب براي ارزيابي خواص‌مطلوب مركز مقاطع آهنگري شده بزرگ وكيفيت مشخصه‌هاي بازرسي
اولتراسون است.
از فولادهاي آزمايش شده، سه فولادداراي خواص مطلوب بودند، زمان گسيختگي خزشي در 50 درجه سانتيگراد براي آنهاحدود 105 ساعت بود كه بيشتر از فولادهاي1CrMoV% است. براي روتورتوربينهايي كه جك آلستوم قرار بود بسازد، از فولاد بدون تنگستن استفاده شده است.
قطعات ريخته‌گري شده: اولين فولادهاي 9 تا 12 درصد كروم‌دار جديد در سال 1980ساخته شده بود. در برنامه COST، ريخته‌گري پيشرفته، مطالعه شده و با اضافه‌كردن كمي كربن و يك درصد تنگستن به اينگونه فولادها، آلياژ خوبي به‌دست آمده است.اين خانواده از فولادها را بايد طوري اصلاح‌كرد كه قابليت ريخته‌گري و جوشكاري خوبي‌داشته باشند و عمليات سخت‌سازي اين گونه قطعات ضخيم، بهتر انجام شود. آلياژهاي بررسي شده در COST(با يك درصدتنگستن) مقاومت گسيختگي خوبي درزمانهاي كوتاه از خود نشان داده‌اند، ولي در زمانهاي طولاني اين طور نيست. جوشكاري راحت‌تر فولادهاي 9CrMo% قديمي و زيادبودن مقاومت گسيختگي بلند مدت آنهاباعث شده كه جك‌آلستوم از اين فولادهاي‌آلياژي براي قطعات ريخته‌گري خود استفاده كند.
براي جوشكاري قطعات ريخته شده درعمليات بهسازي و جوشكاري متعلقات (مثل‌رابطهاي بخار ورودي و خروجي) به روش‌جوشكاري با خصوصيات مطلوب، نياز است.براي جوشكاري فولاد9CrMo% به يك الكترود مناسب نياز داريم. اگرچه اين آلياژ به‌خوبي، جوشكاري ميشود، ولي تركيبات‌بعضي از الكترودهاي موجود، خواص خزشي را ضعيف ميكند. در جك‌آلستوم سعي شده كه‌با استفاده از الكترودهاي سازگار، خواص‌خزشي حفظ شود.
تشخيص و ارزيابي سازندگان
قبل از دادن سفارشها براي ساخت اجزا بافولادهاي جديد 9 تا 12 درصد كروم‌دار لازم‌است سازندگاني انتخاب شوند كه به طورذاتي در توليد محصولاتي از اين نوع مواد،توانايي داشته باشند. تا سال 1993 تجربيات محدودي در آهنگري قطعات بزرگ وريخته‌گري با اين نوع فولادهاي جديد وجودداشت.
براي قطعات حساس، مثل روتور وقطعات ريخته‌گري تحت فشار، جك آلستوم به سازندگاني احتياج داشت كه كاملا واجدشرايط باشند. مسلما با توجه به تجربيات‌قبلي سازندگان در ساخت قطعات با اين نوع فولادهاي جديد، ميتوان بهترين سازنده راانتخاب كرد ولي چنين تجربياتي وجودنداشت. براي ارزيابي يك سازنده خوب به‌مواردي توجه شده است كه عبارتند از:
-تجربيات قبلي در توليد اجزاي مشابه با آلياژمورد نظر
-تجربيات قبلي در توليد اجزاي مورد نظر بامواد مشابه
-قراردادهاي قبلي با جك‌آلستوم
-كارشناسي فني .
براي آخرين مورد، ميتوان با يك‌سفارش مشروط به سازنده، آزمون تعيين‌صلاحيت را نيز موازي با ساخت قطعه اصلي‌انجام داد. بر مبناي پاسخ به پرسشنامه‌هايي‌كه قبلا بين سازندگان، توزيع شده بود، تعدادي از آنها براي مصاحبه‌هاي فني بعدي‌انتخاب شدند.
روتور: براي اطمينان از صلاحيت سازنده درساخت روتور، مواردي انجام شد شامل:
-آهنگري يك تكه آزمايشي از روتور اصلي‌ولي جدا از آن
-آهنگري يك تكه آزمايشي از روتور اصلي‌ولي همراه آن
-آهنگري يك قطعه با طول بيشتر از روتوراصلي و انجام آزمايشهاي خواص خط مركزي(مقدار ماده اضافي در طي عمليات‌ماشين‌كاري انتهاي شافت برداشته ميشود).
استفاده از آلياژي با بيشتر از سه درصدكروم براي ياتاقانها در توربين بخار، پديده‌سايش را ايجاد ميكند. اين مشكل باجايگذاري سطح ياتاقانها با ماده‌اي حاوي‌درصد كمتري كروم (كمتر از مقدار بحراني)رفع ميشود. براي حفاظت بيشتر از روكش‌جوشي استفاده شده است.
قطعات ريخته‌گري: با بررسي پرسشنامه‌هامعلوم شد كه تعدادي از كارخانه‌هاي‌ريخته‌گري، تجربيات محدودي درريخته‌گري فولادهاي 9CrMo% داشته‌اند.ولي اين سازندگان درك درستي از اختلاف‌بين فولادهاي حاوي كروم زياد با فولادهاي‌كم عيار ساده كربني نداشتند، به خصوص در طراحي قالب، حد مجاز انقباض و كار با ماسه،بعضي از سازندگان ديگر، تجربيات بيشتري‌در توليد فولادهاي كروم‌دار داشتند و ازمشكلات، آگاه بودند. از سازندگان ديگري كه‌تجربه قبلي در ريخته‌گري با اين مواد را نداشته ولي توانايي ساخت قطعات بزرگ رادارند، آزمونهايي انجام گرفت تا عواملي مثل‌عمليات حرارتي، خواص مورد نظر و عمليات جوشكاري ارزيابي شود.
تعداد زيادي از قطعات ريخته‌گري، كمتراز دو تن، وزن دارند و بايد كيفيت جوشكاري در كارخانه‌هاي مورد نظر را بررسي كرد.هزينه اين بررسي، بخش مهمي ازهزينه‌هاي ريخته‌گري است. بنابراين ريخته‌گران قطعات بزرگ به ساخت قطعات‌كوچكتر تشويق شده‌اند.هزينه بررسيهاي‌كيفي جوشكاري در قطعات بزرگ، به قطعات‌كوچكتر، اختصاص پيدا كرد. سپس قطعات‌كوچكتر به صورت گروهي، تشكيل قطعه‌بزرگي را داده و در نتيجه در هزينه‌هاي‌بررسي كيفي، صرفه‌جويي زيادي انجام شده است.
تهيه مواد
روتور:براي ساخت روتورهاي مورد نياز،HP/IP وVHP (فشار متوسط/ فشار زياد وفشار خيلي زياد)، با كارخانه‌هاي انگليسي،ژاپني و اتريشي قرارداد بسته شد. كارخانه‌انگليسي يكي از همكاران برنامه تحقيقاتيCOST بود، از اين رو به غير از بررسي كيفيت‌عمل جوش روكشي، به هيچ آزمون ديگري‌براي آهنگري روتور مورد نظر، نياز نبود. براي كارخانه‌هاي ژاپني و اتريشي انتخاب شده،آزمونهاي تعيين كيفيت انجام شد تا به وسيله‌بررسيهاي مخرب، خواص مكانيكي در محلهاي مختلف جسم آهنگري شده وروكش جوشي در محل ياتاقانها تاييد شود.
در ساخت روتور، بدون توجه به آلياژ،موارد مهمي را بايد در نظر گرفت كه عبارتنداز:
-ساخت فولاد و طراحي شمش
-كنترل فرايند آهنگري
-عمليات حرارتي
-بررسيهاي غير مخرب.
چون كروم زيادي در ماده وجود دارد، بايدفرايند ساخت فولاد به دقت كنترل شود تا ازاكسيداسيون ماده و وجود عيب در قطعه‌آهنگري شده نهايي جلوگيري شود. براي‌اجتناب از اكسيداسيون دوباره فولاد، شمش‌ريزي با حفاظت آرگون انجام شد. كروم‌زياد و وجود عناصر ديگر در فولاد باعث تجمع‌ناخالصيها در طي انجماد شمش شده كه‌خواص نامطلوبي را در آهنگري نهايي ايجادمي‌كند. با طراحي مناسب شمش، ذوب دوباره‌سرباره‌ها براي تغذيه قالب و انجماد مناسب‌شمش ميتوان اين اثرات را كاهش داد.
ثابت شده كه ترك خوردگي فولاد 9 تا 12درصد كروم‌دار وقتي رخ ميدهد كه كرنش‌اضافي در يكي از عمليات آهنگري، اعمال‌شود. لازم است كه تعداد عمليات آهنگري‌براي تغيير شكل كلي، افزايش يابد. تحكيم و كنترل ساختارها با تعداد بيشتر مراحل‌آهنگري باعث ميشود كه ماده، بازيافت شده‌و براي كرنشهاي بعدي در مراحل آهنگري‌آماده شود.
بررسيهاي غير مخرب دقيقي روي روتورآهنگري شده انجام ميشود تا عيبهاي باقي‌مانده از عمليات آهنگري در طي كارروتور زيادتر نشود. توانايي اولتراسون براي‌آشكار كردن عيبها به ساختار ماده بستگي‌دارد. فولادهاي حاوي كروم زياد، شفافيت(قابليت عبور) كمتري در برابر اولتراسون‌دارند. قابليت نفوذ اولتراسون با افزايش‌ضخامت قطعه، كمتر ميشود. بنابراين مهم‌است كه ساختار ماده براي بررسيهاي‌اولتراسون بهينه شود.
عمليات حرارتي، يكي از فرايندهاي‌مهم در كنترل ساختار ماده است. علاوه بركيفيت عمليات حرارتي كه خواص مكانيكي‌مطلوبي را ايجاد ميكند، كاربرد عمليات‌تابكاري (آنيل كردن)، كه باعث ساختارحساس به عمليات حرارتي ميشود نيز مهم‌است. جك‌آلستوم حداكثر اندازه عيب آشكارشده توسط روش FBHE را mm 1/6 در نظر گرفته است.
روكش جوشي در محل ياتاقانها با روش‌جوشكاري با الكترود شناور انجام شده است.بنابر طبيعت فرايند جوشكاري، ممكن است‌عيبهايي به روتور وارد شود كه براي‌محصولات آهنگري شده، مطلوب نيست. شرايط كار نيز چنين عيبهايي را ايجاد ميكند.بررسيهاي اولتراسون در محل ياتاقانها بااستفاده از روش موج برشي انجام شده است.بعضي از روكشهاي قرار داده شده در محل‌ياتاقانها كه غير قابل قبول تشخيص داده‌شده‌اند، بيرون آورده و حفره‌هاي ايجاد شده،با عمليات جوشكاري بعدي تعمير ميشود.
ضرايب انبساط حرارتي روكش در محل‌ياتاقانها (فولاد كمتر از دو درصد كروم) و ماده‌اصلي روتور به قدر كافي اختلاف دارند تاتنشهاي كششي در روكش زياد شود. بعد ازكامل شدن روكش، محيط جوش داده شده رادر 620 تا 640 درجه سانتيگراد عمليات‌حرارتي مي‌دهند تا از تنشهاي ناشي ازجوشكاري رهايي يابد. انبساط روكش و روتوربين دماي تنش‌گيري و محيط باعث ايجادتنشهاي كششي در روكش ميشود. اين اثر رامي‌توان با نورد سرد سطح ياتاقان، كم كرد وهرگونه كاهش در مقاومت خستگي جسم را،كه بر اثر تنش كششي زياد ايجاد شده، از بين‌برد.
ريخته‌گري: 40 قطعه ريخته‌گري شده‌حساس و 40 قطعه معمولي ديگر از جنس‌فولاد9CrMo% نياز بود كه توسطكارخانه‌هايي در انگلستان، ايتاليا، فرانسه،اتريش و آلمان انجام شد. عوامل مهم درريخته‌گري عبارتند از:
-ساخت فولاد
-طراحي شمش و ماسه
-روش جوشكاري
-ميزان جوش تعميراتي .
براي حداقل كردن پارگي داغ در حين انجماد،بايد رويه ساخت فولاد طوري باشد كه سولفوركمي ايجاد كند.
همچنين تزريق به موقع نيتروژن از ايجادگازها در طي انجماد، جلوگيري ميكند.
حد انقباض قالب بايد طوري باشد كه‌مشخصه‌هاي انبساط حرارتي به خوبي برقرارشود. از ماسه‌هاي كروميتي ديرگداز استفاده‌شده و قسمتهايي از قالب كه در تماس با ماده‌مذاب است با رنگ زيركونيا پرداخت شده‌است.
مشكل مهمي در فرايند ريخته‌گري رخ نداده و به خواص مورد نظر، حتي درضخيم‌ترين قسمتها نيز، رسيده‌ايم.
همه كارخانه‌ها بايد اصلاح روشهاي‌جوشكاري را بر عهده مي‌گرفتند تا كيفيت مورد نياز در جوشهاي تعميراتي و ساختماني‌برقرار شود. اين كار نيز توسط كارخانه‌هاي‌مربوط انجام شد.
بررسيهاي غير مخرب مرسوم (بازبيني باذرات مغناطيسي و بررسي اولتراسون) براي‌ارزيابي قطعات ريخته‌گري شده بكار رفت.بررسي اولتراسون با روشهاي موج فشاري وبرشي براي آشكار كردن عيبهاي چروكي وپارگي داغ استفاده شده است.عيوب به وجودآمده برطرف و اصلاح حفره‌هاي ايجاد شده به‌جوشهاي تعميراتي بعدي موكول شده است.ميزان جوشهاي تعميراتي براي قطعات‌ريخته شده با فولاد9CrMo% در جدول (4)آمده است. افزايش نسبتٹ كمي در ميزان‌جوشهاي تعميراتي ديده ميشود كه مربوط به‌كارخانه‌هايي است كه تجربه كمتري در ريخته‌گري با فولادهاي 9CrMo% داشته‌اند.
آهنگري عمومي، حلقه‌ها و صفحات نوردشده: رابطهاي بخار و قطعات داخلي شير باآهنگري معمولي ساخته مي‌شوند براي‌ساخت ديافراگم نيز از نورد استفاده ميشود.تمام اين فرايندهاي آهنگري در اروپا(انگلستان، ايتاليا و فرانسه) انجام شده است.فولاد 9CrMo% اصلاح شده كه براي اين‌قطعات انتخاب شده به عنوان مواد اصلي درلوله‌ها كاربرد زيادي دارد. مشكل خاصي درتهيه اين مواد به صورت شمش، يا قطعات‌نيمه آهنگري شده، براي سازندگان وجودندارد. اين آلياژ هيچ مشكلي را در فرايندهاي‌كارگرم (آهنگري و نورد) ايجاد نمي‌كند.
رابطها يا اتصالات لوله‌هاي بخار: براي‌ساخت محفظه بخار از فولاد 9CrMo%اصلاح شده و براي سيلندر خارجي ازفولادهاي كم عيار استفاده ميشود. ارتباطفولاد كم عيار با 9CrMo% مشكلاتي راايجاد ميكند. اتصال آلياژهاي غيرمشابه‌مسائلي را ايجاد ميكند كه ناشي از اختلاف خواص مكانيكي و اختلاف در عمليات‌حرارتي است و اختلاف غلظت باعث‌نقل‌مكان كربن ميشود. به دليل عمليات‌حرارتي متفاوت اين دو ماده، دماي‌جوشكاري، فرق كرده و استحكام قطعات‌ريخته‌گري شده كمتر از نيازهاي طراحي‌مي‌شود. براي حل اين مشكل از يك قطعه واسطه بين قطعات فولادي كم عيار با قطعات‌آهنگري شده 9CrMo% استفاده ميشود.
قطعه واسطه نخست به قطعه آهنگري‌شده 9CrMo% جوش داده ميشود و سپس‌تنشهاي ايجاد شده در اين كار، گرفته‌مي‌شود. براي اجتناب از تنش‌گيري زياد،قطعه واسطه طوري تهيه ميشود كه دماي تنش‌گيري جوشها از دماي تنش‌گيري قطعه‌واسطه بيشتر نباشد. قطعه واسطه با يك فلزپركننده (فلز جوش) از فولاد كم عيار، به‌قطعات ريخته‌گري شده جوش داده ميشود.تمام تنش ايجاد شده در اين كار در دماي‌كمتري نسبت به فولاد كم‌عيار، گرفته مي‌شودتا استحكام قطعات ريخته‌گري كاهش نيابد.
اجزاي شير: براي حفاظت از فرسايش،سطوح لغزش اجزاي شير با لايه محافظي پوشيده شده است. اجزا از قطعات‌ماشين‌كاري شده 9CrMo% ساخته شده وحفاظت سخت‌سازي سطحي كبالت بكاررفته است. روي فولاد 9CrMo% راحت‌تر ازفولادهاي پركربن ميتوان عمليات سخت‌سازي سطحي انجام داد.
جمع بندي
تجربه جك‌آلستوم و سازندگان همكارآن در ساخت قطعات با فولاد 9 تا 12 درصدكروم‌دار پيشرفته، موفقيت‌آميز بود.اختلافهايي در روند ساخت قطعات با اين نوع‌فولاد نسبت به فولادهاي كم عيار وجود داردكه اين اختلاف شناخته شد و عمل‌آوري‌قطعات تغيير كرد. اين نوع فولادها مشكلات‌خاصي را در توليد ايجاد نمي‌كنند ولي بايد به‌كنترل فني در همه مراحل ساخت، توجه‌داشت. ساخت انواع قطعات آهنگري و ريخته‌گري شده از فولادهاي 9 تا 12 درصدكروم‌دار و سوار كردن آنها زيربناي محكمي‌است براي آينده كه با افزايش دما و فشاربخار از اين خانواده فولادها بيشتر استفاده‌مي‌شود.
با افزايش دما و فشار بخار بايد مواد مورد استفاده در توربين بخار، اصلاح و تقويت‌شود. اغلب از فولادهايي حاوي 9 تا 12 درصد كروم براي دماهاي بيشتر از 600 درجه سانتيگراد استفاده ميشود. وجود عناصر مختلف در اين نوع فولادهاي‌آلياژي، مشكلاتي را در انجماد شمشهاي بزرگ، براي فرايند آهنگري (فورجينگ) روتور،ايجاد ميكند. در ساخت روتور بايد عواملي مانند طراحي شمش و ساخت فولاد، كنترل مراحل آهنگري و عمليات حرارتي را مدنظر داشت. بايد به مشكل سايش قسمتهايي ازروتور كه در تماس با ياتاقانهاست نيز توجه شود. پوششها و حفاظهاي توربين باريخته‌گري فولاد CrMo 9% ساخته شده است. عوامل مهم در ريخته‌گري اين قطعات‌عبارت است از:ساخت فولاد، طراحي قالب، عمليات حرارتي و روش جوش تعميراتي.
در اين نوشتار شرايط عمليات حرارتي و مراحل آهنگري، مطرح و بهبود يا تضعيف‌خواص مكانيكي، ارزيابي شده است.
براي گريز از مسائل زيست محيطي وكاهش مصرف انرژي، بايد بازده نيروگاههاي بخار، افزايش يابد. راه مستقيم افزايش بازده سيكلهاي بخار، افزايش دما و فشار بخاراست، ولي بايد قطعاتي كه با اين جريان بخار، در تماسند، تقويت شوند. به طور معمول‌از فولادهاي كم آلياژ در اين موارد استفاده‌مي‌شود ولي براي اين فولادها محدوديت‌دماي حداكثر 540 تا 560 درجه سانتي‌گرادوجود دارد. به تازگي فولادهاي فريتي حاوي 9تا 12 درصد كروم براي دماهاي بالاتر از 600درجه سانتيگراد توسعه يافته است.در اين‌نوشتار ساخت اجزاي توربين بخار از اين مواد پيشرفته و كنترلهاي لازم در عمل‌آوري‌رضايت بخش آنها توضيح داده شده است.
بر طبق قراردادي با گروه توربين بخارجك آلستوم، دو توربين بخار 412 مگاواتي بابازگرمكن دوگانه براي نيروگاههاي‌سكيربيك و نورديلند در دانمارك ساخته شده‌است. شرايط بخار C285bar/580 است، كه‌ايجاب ميكند اجزايي كه در معرض دماي بالاهستند از فولادهاي 9 تا 12 درصد كروم‌دارپيشرفته ساخته شوند. در شكلهاي (1و2)اجزاي توربين HP/IP(فشار متوسط/فشاربالا) و شير VHPكه از فولادهاي 9 تا 12درصد كروم‌دار ساخته مي‌شوند، نشان داده‌شده است.
انتخاب مواد
پيشرفتهاي جديد انجام شده در موادسازنده توربينهاي بخار در اروپا در برنامه‌تحقيقاتي COST501، طي 12 سال انجام‌شده و نتايج رضايت بخشي را به دنبال داشته‌است. همكاران برنامه COSTعبارت بودنداز كارگاههاي آهنگري (فورجينگ)،كارخانه‌هاي ريخته‌گري فولاد، سازندگان توربين و ديگ بخار، مراكز تحقيقاتي و دانشگاهي.
هدف اين برنامه نه تنها توسعه مواد براي‌داشتن خواص لازم بود، بلكه شرح عمليات‌آهنگري و ريخته‌گري در اندازه‌هاي مورداستفاده در نيروگاهها و همچنين تهيه‌مجموعه داده‌هايي از مواد در دماهاي بالاست. مشابه اين برنامه تحقيقاتي در ژاپن نيز انجام شده است.
روتور: برنامه COST فهرستي از موادي‌كه قابليت ساخت در اندازه‌هاي بزرگ را براي‌روتور داشته باشند، ارايه كرده است. با اضافه‌كردن Mo، V، W، Nb، Nو B به آلياژ، به‌خواص مطلوبي در انجماد شمشهاي بزرگ مي‌رسيم كه براي آهنگري روتور استفاده مي‌شوند. قسمت مهم در اين برنامه، انجام‌بررسيهاي مخرب براي ارزيابي خواص‌مطلوب مركز مقاطع آهنگري شده بزرگ وكيفيت مشخصه‌هاي بازرسي
اولتراسون است.
از فولادهاي آزمايش شده، سه فولادداراي خواص مطلوب بودند، زمان گسيختگي خزشي در 50 درجه سانتيگراد براي آنهاحدود 105 ساعت بود كه بيشتر از فولادهاي1CrMoV% است. براي روتورتوربينهايي كه جك آلستوم قرار بود بسازد، از فولاد بدون تنگستن استفاده شده است.
قطعات ريخته‌گري شده: اولين فولادهاي 9 تا 12 درصد كروم‌دار جديد در سال 1980ساخته شده بود. در برنامه COST، ريخته‌گري پيشرفته، مطالعه شده و با اضافه‌كردن كمي كربن و يك درصد تنگستن به اينگونه فولادها، آلياژ خوبي به‌دست آمده است.اين خانواده از فولادها را بايد طوري اصلاح‌كرد كه قابليت ريخته‌گري و جوشكاري خوبي‌داشته باشند و عمليات سخت‌سازي اين گونه قطعات ضخيم، بهتر انجام شود. آلياژهاي بررسي شده در COST(با يك درصدتنگستن) مقاومت گسيختگي خوبي درزمانهاي كوتاه از خود نشان داده‌اند، ولي در زمانهاي طولاني اين طور نيست. جوشكاري راحت‌تر فولادهاي 9CrMo% قديمي و زيادبودن مقاومت گسيختگي بلند مدت آنهاباعث شده كه جك‌آلستوم از اين فولادهاي‌آلياژي براي قطعات ريخته‌گري خود استفاده كند.
براي جوشكاري قطعات ريخته شده درعمليات بهسازي و جوشكاري متعلقات (مثل‌رابطهاي بخار ورودي و خروجي) به روش‌جوشكاري با خصوصيات مطلوب، نياز است.براي جوشكاري فولاد9CrMo% به يك الكترود مناسب نياز داريم. اگرچه اين آلياژ به‌خوبي، جوشكاري ميشود، ولي تركيبات‌بعضي از الكترودهاي موجود، خواص خزشي را ضعيف ميكند. در جك‌آلستوم سعي شده كه‌با استفاده از الكترودهاي سازگار، خواص‌خزشي حفظ شود.
تشخيص و ارزيابي سازندگان
قبل از دادن سفارشها براي ساخت اجزا بافولادهاي جديد 9 تا 12 درصد كروم‌دار لازم‌است سازندگاني انتخاب شوند كه به طورذاتي در توليد محصولاتي از اين نوع مواد،توانايي داشته باشند. تا سال 1993 تجربيات محدودي در آهنگري قطعات بزرگ وريخته‌گري با اين نوع فولادهاي جديد وجودداشت.
براي قطعات حساس، مثل روتور وقطعات ريخته‌گري تحت فشار، جك آلستوم به سازندگاني احتياج داشت كه كاملا واجدشرايط باشند. مسلما با توجه به تجربيات‌قبلي سازندگان در ساخت قطعات با اين نوع فولادهاي جديد، ميتوان بهترين سازنده راانتخاب كرد ولي چنين تجربياتي وجودنداشت. براي ارزيابي يك سازنده خوب به‌مواردي توجه شده است كه عبارتند از:
-تجربيات قبلي در توليد اجزاي مشابه با آلياژمورد نظر
-تجربيات قبلي در توليد اجزاي مورد نظر بامواد مشابه
-قراردادهاي قبلي با جك‌آلستوم
-كارشناسي فني .
براي آخرين مورد، ميتوان با يك‌سفارش مشروط به سازنده، آزمون تعيين‌صلاحيت را نيز موازي با ساخت قطعه اصلي‌انجام داد. بر مبناي پاسخ به پرسشنامه‌هايي‌كه قبلا بين سازندگان، توزيع شده بود، تعدادي از آنها براي مصاحبه‌هاي فني بعدي‌انتخاب شدند.
روتور: براي اطمينان از صلاحيت سازنده درساخت روتور، مواردي انجام شد شامل:
-آهنگري يك تكه آزمايشي از روتور اصلي‌ولي جدا از آن
-آهنگري يك تكه آزمايشي از روتور اصلي‌ولي همراه آن
-آهنگري يك قطعه با طول بيشتر از روتوراصلي و انجام آزمايشهاي خواص خط مركزي(مقدار ماده اضافي در طي عمليات‌ماشين‌كاري انتهاي شافت برداشته ميشود).
استفاده از آلياژي با بيشتر از سه درصدكروم براي ياتاقانها در توربين بخار، پديده‌سايش را ايجاد ميكند. اين مشكل باجايگذاري سطح ياتاقانها با ماده‌اي حاوي‌درصد كمتري كروم (كمتر از مقدار بحراني)رفع ميشود. براي حفاظت بيشتر از روكش‌جوشي استفاده شده است.
قطعات ريخته‌گري: با بررسي پرسشنامه‌هامعلوم شد كه تعدادي از كارخانه‌هاي‌ريخته‌گري، تجربيات محدودي درريخته‌گري فولادهاي 9CrMo% داشته‌اند.ولي اين سازندگان درك درستي از اختلاف‌بين فولادهاي حاوي كروم زياد با فولادهاي‌كم عيار ساده كربني نداشتند، به خصوص در طراحي قالب، حد مجاز انقباض و كار با ماسه،بعضي از سازندگان ديگر، تجربيات بيشتري‌در توليد فولادهاي كروم‌دار داشتند و ازمشكلات، آگاه بودند. از سازندگان ديگري كه‌تجربه قبلي در ريخته‌گري با اين مواد را نداشته ولي توانايي ساخت قطعات بزرگ رادارند، آزمونهايي انجام گرفت تا عواملي مثل‌عمليات حرارتي، خواص مورد نظر و عمليات جوشكاري ارزيابي شود.
تعداد زيادي از قطعات ريخته‌گري، كمتراز دو تن، وزن دارند و بايد كيفيت جوشكاري در كارخانه‌هاي مورد نظر را بررسي كرد.هزينه اين بررسي، بخش مهمي ازهزينه‌هاي ريخته‌گري است. بنابراين ريخته‌گران قطعات بزرگ به ساخت قطعات‌كوچكتر تشويق شده‌اند.هزينه بررسيهاي‌كيفي جوشكاري در قطعات بزرگ، به قطعات‌كوچكتر، اختصاص پيدا كرد. سپس قطعات‌كوچكتر به صورت گروهي، تشكيل قطعه‌بزرگي را داده و در نتيجه در هزينه‌هاي‌بررسي كيفي، صرفه‌جويي زيادي انجام شده است.
تهيه مواد
روتور:براي ساخت روتورهاي مورد نياز،HP/IP وVHP (فشار متوسط/ فشار زياد وفشار خيلي زياد)، با كارخانه‌هاي انگليسي،ژاپني و اتريشي قرارداد بسته شد. كارخانه‌انگليسي يكي از همكاران برنامه تحقيقاتيCOST بود، از اين رو به غير از بررسي كيفيت‌عمل جوش روكشي، به هيچ آزمون ديگري‌براي آهنگري روتور مورد نظر، نياز نبود. براي كارخانه‌هاي ژاپني و اتريشي انتخاب شده،آزمونهاي تعيين كيفيت انجام شد تا به وسيله‌بررسيهاي مخرب، خواص مكانيكي در محلهاي مختلف جسم آهنگري شده وروكش جوشي در محل ياتاقانها تاييد شود.
در ساخت روتور، بدون توجه به آلياژ،موارد مهمي را بايد در نظر گرفت كه عبارتنداز:
-ساخت فولاد و طراحي شمش
-كنترل فرايند آهنگري
-عمليات حرارتي
-بررسيهاي غير مخرب.
چون كروم زيادي در ماده وجود دارد، بايدفرايند ساخت فولاد به دقت كنترل شود تا ازاكسيداسيون ماده و وجود عيب در قطعه‌آهنگري شده نهايي جلوگيري شود. براي‌اجتناب از اكسيداسيون دوباره فولاد، شمش‌ريزي با حفاظت آرگون انجام شد. كروم‌زياد و وجود عناصر ديگر در فولاد باعث تجمع‌ناخالصيها در طي انجماد شمش شده كه‌خواص نامطلوبي را در آهنگري نهايي ايجادمي‌كند. با طراحي مناسب شمش، ذوب دوباره‌سرباره‌ها براي تغذيه قالب و انجماد مناسب‌شمش ميتوان اين اثرات را كاهش داد.
ثابت شده كه ترك خوردگي فولاد 9 تا 12درصد كروم‌دار وقتي رخ ميدهد كه كرنش‌اضافي در يكي از عمليات آهنگري، اعمال‌شود. لازم است كه تعداد عمليات آهنگري‌براي تغيير شكل كلي، افزايش يابد. تحكيم و كنترل ساختارها با تعداد بيشتر مراحل‌آهنگري باعث ميشود كه ماده، بازيافت شده‌و براي كرنشهاي بعدي در مراحل آهنگري‌آماده شود.
بررسيهاي غير مخرب دقيقي روي روتورآهنگري شده انجام ميشود تا عيبهاي باقي‌مانده از عمليات آهنگري در طي كارروتور زيادتر نشود. توانايي اولتراسون براي‌آشكار كردن عيبها به ساختار ماده بستگي‌دارد. فولادهاي حاوي كروم زياد، شفافيت(قابليت عبور) كمتري در برابر اولتراسون‌دارند. قابليت نفوذ اولتراسون با افزايش‌ضخامت قطعه، كمتر ميشود. بنابراين مهم‌است كه ساختار ماده براي بررسيهاي‌اولتراسون بهينه شود.
عمليات حرارتي، يكي از فرايندهاي‌مهم در كنترل ساختار ماده است. علاوه بركيفيت عمليات حرارتي كه خواص مكانيكي‌مطلوبي را ايجاد ميكند، كاربرد عمليات‌تابكاري (آنيل كردن)، كه باعث ساختارحساس به عمليات حرارتي ميشود نيز مهم‌است. جك‌آلستوم حداكثر اندازه عيب آشكارشده توسط روش FBHE را mm 1/6 در نظر گرفته است.
روكش جوشي در محل ياتاقانها با روش‌جوشكاري با الكترود شناور انجام شده است.بنابر طبيعت فرايند جوشكاري، ممكن است‌عيبهايي به روتور وارد شود كه براي‌محصولات آهنگري شده، مطلوب نيست. شرايط كار نيز چنين عيبهايي را ايجاد ميكند.بررسيهاي اولتراسون در محل ياتاقانها بااستفاده از روش موج برشي انجام شده است.بعضي از روكشهاي قرار داده شده در محل‌ياتاقانها كه غير قابل قبول تشخيص داده‌شده‌اند، بيرون آورده و حفره‌هاي ايجاد شده،با عمليات جوشكاري بعدي تعمير ميشود.
ضرايب انبساط حرارتي روكش در محل‌ياتاقانها (فولاد كمتر از دو درصد كروم) و ماده‌اصلي روتور به قدر كافي اختلاف دارند تاتنشهاي كششي در روكش زياد شود. بعد ازكامل شدن روكش، محيط جوش داده شده رادر 620 تا 640 درجه سانتيگراد عمليات‌حرارتي مي‌دهند تا از تنشهاي ناشي ازجوشكاري رهايي يابد. انبساط روكش و روتوربين دماي تنش‌گيري و محيط باعث ايجادتنشهاي كششي در روكش ميشود. اين اثر رامي‌توان با نورد سرد سطح ياتاقان، كم كرد وهرگونه كاهش در مقاومت خستگي جسم را،كه بر اثر تنش كششي زياد ايجاد شده، از بين‌برد.
ريخته‌گري: 40 قطعه ريخته‌گري شده‌حساس و 40 قطعه معمولي ديگر از جنس‌فولاد9CrMo% نياز بود كه توسطكارخانه‌هايي در انگلستان، ايتاليا، فرانسه،اتريش و آلمان انجام شد. عوامل مهم درريخته‌گري عبارتند از:
-ساخت فولاد
-طراحي شمش و ماسه
-روش جوشكاري
-ميزان جوش تعميراتي .
براي حداقل كردن پارگي داغ در حين انجماد،بايد رويه ساخت فولاد طوري باشد كه سولفوركمي ايجاد كند.
همچنين تزريق به موقع نيتروژن از ايجادگازها در طي انجماد، جلوگيري ميكند.
حد انقباض قالب بايد طوري باشد كه‌مشخصه‌هاي انبساط حرارتي به خوبي برقرارشود. از ماسه‌هاي كروميتي ديرگداز استفاده‌شده و قسمتهايي از قالب كه در تماس با ماده‌مذاب است با رنگ زيركونيا پرداخت شده‌است.
مشكل مهمي در فرايند ريخته‌گري رخ نداده و به خواص مورد نظر، حتي درضخيم‌ترين قسمتها نيز، رسيده‌ايم.
همه كارخانه‌ها بايد اصلاح روشهاي‌جوشكاري را بر عهده مي‌گرفتند تا كيفيت مورد نياز در جوشهاي تعميراتي و ساختماني‌برقرار شود. اين كار نيز توسط كارخانه‌هاي‌مربوط انجام شد.
بررسيهاي غير مخرب مرسوم (بازبيني باذرات مغناطيسي و بررسي اولتراسون) براي‌ارزيابي قطعات ريخته‌گري شده بكار رفت.بررسي اولتراسون با روشهاي موج فشاري وبرشي براي آشكار كردن عيبهاي چروكي وپارگي داغ استفاده شده است.عيوب به وجودآمده برطرف و اصلاح حفره‌هاي ايجاد شده به‌جوشهاي تعميراتي بعدي موكول شده است.ميزان جوشهاي تعميراتي براي قطعات‌ريخته شده با فولاد9CrMo% در جدول (4)آمده است. افزايش نسبتٹ كمي در ميزان‌جوشهاي تعميراتي ديده ميشود كه مربوط به‌كارخانه‌هايي است كه تجربه كمتري در ريخته‌گري با فولادهاي 9CrMo% داشته‌اند.
آهنگري عمومي، حلقه‌ها و صفحات نوردشده: رابطهاي بخار و قطعات داخلي شير باآهنگري معمولي ساخته مي‌شوند براي‌ساخت ديافراگم نيز از نورد استفاده ميشود.تمام اين فرايندهاي آهنگري در اروپا(انگلستان، ايتاليا و فرانسه) انجام شده است.فولاد 9CrMo% اصلاح شده كه براي اين‌قطعات انتخاب شده به عنوان مواد اصلي درلوله‌ها كاربرد زيادي دارد. مشكل خاصي درتهيه اين مواد به صورت شمش، يا قطعات‌نيمه آهنگري شده، براي سازندگان وجودندارد. اين آلياژ هيچ مشكلي را در فرايندهاي‌كارگرم (آهنگري و نورد) ايجاد نمي‌كند.
رابطها يا اتصالات لوله‌هاي بخار: براي‌ساخت محفظه بخار از فولاد 9CrMo%اصلاح شده و براي سيلندر خارجي ازفولادهاي كم عيار استفاده ميشود. ارتباطفولاد كم عيار با 9CrMo% مشكلاتي راايجاد ميكند. اتصال آلياژهاي غيرمشابه‌مسائلي را ايجاد ميكند كه ناشي از اختلاف خواص مكانيكي و اختلاف در عمليات‌حرارتي است و اختلاف غلظت باعث‌نقل‌مكان كربن ميشود. به دليل عمليات‌حرارتي متفاوت اين دو ماده، دماي‌جوشكاري، فرق كرده و استحكام قطعات‌ريخته‌گري شده كمتر از نيازهاي طراحي‌مي‌شود. براي حل اين مشكل از يك قطعه واسطه بين قطعات فولادي كم عيار با قطعات‌آهنگري شده 9CrMo% استفاده ميشود.
قطعه واسطه نخست به قطعه آهنگري‌شده 9CrMo% جوش داده ميشود و سپس‌تنشهاي ايجاد شده در اين كار، گرفته‌مي‌شود. براي اجتناب از تنش‌گيري زياد،قطعه واسطه طوري تهيه ميشود كه دماي تنش‌گيري جوشها از دماي تنش‌گيري قطعه‌واسطه بيشتر نباشد. قطعه واسطه با يك فلزپركننده (فلز جوش) از فولاد كم عيار، به‌قطعات ريخته‌گري شده جوش داده ميشود.تمام تنش ايجاد شده در اين كار در دماي‌كمتري نسبت به فولاد كم‌عيار، گرفته مي‌شودتا استحكام قطعات ريخته‌گري كاهش نيابد.
اجزاي شير: براي حفاظت از فرسايش،سطوح لغزش اجزاي شير با لايه محافظي پوشيده شده است. اجزا از قطعات‌ماشين‌كاري شده 9CrMo% ساخته شده وحفاظت سخت‌سازي سطحي كبالت بكاررفته است. روي فولاد 9CrMo% راحت‌تر ازفولادهاي پركربن ميتوان عمليات سخت‌سازي سطحي انجام داد.
جمع بندي
تجربه جك‌آلستوم و سازندگان همكارآن در ساخت قطعات با فولاد 9 تا 12 درصدكروم‌دار پيشرفته، موفقيت‌آميز بود.اختلافهايي در روند ساخت قطعات با اين نوع‌فولاد نسبت به فولادهاي كم عيار وجود داردكه اين اختلاف شناخته شد و عمل‌آوري‌قطعات تغيير كرد. اين نوع فولادها مشكلات‌خاصي را در توليد ايجاد نمي‌كنند ولي بايد به‌كنترل فني در همه مراحل ساخت، توجه‌داشت. ساخت انواع قطعات آهنگري و ريخته‌گري شده از فولادهاي 9 تا 12 درصدكروم‌دار و سوار كردن آنها زيربناي محكمي‌است براي آينده كه با افزايش دما و فشاربخار از اين خانواده فولادها بيشتر استفاده‌مي‌شود.
spow
اخراجی موقت
نيروگاه هاي بخار
در اين نوع نيروگاه ها که عموما داراي ظرفيت توليد برق بالايي ميباشند، از سوخت مازوت و يا گاز طبيعي براي توليد بخار توسط بويلر جهت به حرکت درآوردن پره هاي توربين و روتور ژنراتور استفاده شده و در نهايت موجب توليد برق ميگردد. در اين نيروگاه ها از سيستم خنک کننده خشک و تر جهت خنک کردن آب حاصل از چگالش بخار خروجي از توربين بخار استفاده ميگردد. اين نيروگاه ها معمولا به يکي از دو منظور ذيل مورد استفاده قرار مي گيرند:
1. نيروگاه هاي بخاري جهت توليد برق
2. نيروگاه هاي بخاري جهت مصارف صنعتي
درشبکه سراسري برق ايران حدود 65 % از برق توليدي توسط نيروگاه هاي بخارتأمين ميشود.
بزرگترين نيروگاه بخاري ايران نيروگا رامين اهواز است.
نيروگاه هاي بخار به منظور تامين انرژي الکتريکي به سه نوع تبديل انرژي نياز دارند:
1. انرژي شيميايي موجود در سوخت هاي فسيلي به انرژي حرارتي تبديل مي شود و توسط حرارت توليد شده آب مايع به بخار تبديل مي شود. اين کار در ديگ بخار انجام مي شود.
2. تبديل انرژي حرارتي بخار به انرژي مکانيکي، اين کار توسط توربين انجام مي شود.
3. تبديل انرژي مکانيکي به انرژي الکتريکي، اين کار توسط ژنراتور انجام مي شود.
مطابق شکل ديگ بخار با استفاده از حرارت منبع حرارتي، بخار مورد نياز تآمين مي شود. اين بخار با فشار و دماي بالا وارد توربين شده و توربين را به حرکت در مي آورد؛ بخار خروجي از توربين بايد به نحوي وارد سيکل نيروگاه شود که از آنجايي که امکان پمپ نمودن بخار وجود ندارد، بخار خروجي توربين ابتدا در سيستم خنک کننده تبديل به مايع شود و توسط پمپ آب مجدداًوارد سيکل نيروگاه شود.
اين نوع نيروگاهها ( توربين ها ) از نظر فشار بخار توليدي در بويلر و بخار مصرفي در توربين بدو دسته عمده تقسيم مي گردند .
در توربين هاي از نوع فشار ثابت (constant pressure) بويلر و توربين هيچ نوع انعطافي از خودنشان نمي دهند و لذا از اين نوع توربين ها ( نيروگاهها ) در جهت توليد بار پايه استفاده مي گردد.
در توربين هاي از نوع فشار متغير (sliding pressure ) مي توان بر روي بويلر و توربين ، تغييرات فشار را اعمال نمود . اين نوع مولدها معمولا جهت توليد بار مياني هفته بکار مي روند .
قدرت قابل دسترسي اين نوع مولدها از چند مگا وات تا يک هزار مگاوات متغير است . هزينه سرمايه گذاري براي هر کيلو وات قدرت نصب شده متناسب با حجم تجهيزات کمکي و قدرت واحد و نوع آن از پانصد تا يک هزار دلار متغير است و مدت زمان اجراي آن معمولاٌ پنج سال طول مي کشد .
از آنجائي که در اين نوع نيروگاهها هزينه قدرت نصب شده به ازاي هر کيلو وات با افزايش قدرت واحد ، کاهش مي يابد ِ، از اين رو سير افزايش قدرت قابل ساخت و نصب اين نوع واحدها از سرعت بيشتري برخوردار است . لازم به توضيح است که راندمان اين نوع نيروگاهها تا 40 درصد هم مي رسد .
روش توليد برق در اين نوع نيروگاهها به اين ترتيب است که سوخت فسيلي ( ذغال سنگ ،گاز، گازوئيل، مازوت ) بوسيله مشعل هاي خاصي ، به محفظه اي بنام کوره ، پاشيده مي گردد و با اشتعال آن در مجاورت هوا که بوسيله فن هاي بزرگي تامين مي شود ، حرارت قابل توجهي در اين محفظه توليد مي گردد. حرارت حاصله، آب ( گرمي ) راکه با پمپ از داخل لوله هاي تعبيه شده در آن عبور مي کند پس از طي مراحلي به بخاري با درجه حرارت بالا و فشار زياد که در اصطلاح به آن بخار خشک مي گويند ، تبديل مي نمايد. بخار خشک حاصله پس از خروج از کوره وارد توربين مي شود.
بخار وارده به توربين آن را به حرکت در مي آورد و ژنراتور را که با توربين هم محور و کوپله است به همراه آن به گردش در مي آيد و جريان برق توليد مي شود . بخار ورودي به توربين با از دست دادن بخش عمده اي از حرارت و فشار خود وارد محوطه اي بنام کندانسور مي شود .در کندانسور اين بخار به لحاظ تماس با سطح سرد ، تقطير مي شود و به آب تبديل مي گردد .آب تقطير شده مجدداً از هيتر هاي متعددي عبور داده شده و گرم مي شود و در نهايت توسط پمپ مجدداً به درون کوره هدايت مي شود و سيکل خود را دوباره طي مي کند .
آب خنک کن ( آبي که جهت ايجاد سطوح سرد در کنداسور بکار مي رود ) که خود ضمن سرد کن بخار خروجي از توربين ، گرم شده است به برج خنک کن هدايت مي شود و پس از خنک شدن دوباره به مدار خود باز مي گردد.
راندمان نيروگاههاي بخاري در حدود 40 درصد است . تقريبا 10 درصد انرژي در اگزوز و 50 درصد نيز از طريق کندانسور تلف مي شود .
سيستم آتش نشاني
آب: کليه قسمتهاي نيروگاه (ساختمان شيمي ، ماشين خانه ، بويلر ، کارگاه ، انبار و ...) و محوطه مجهز به سيستم آب آتش نشاني ميباشند.
فوم: کليه قسمتهاي سوخت رساني اعم از مخازن سوخت سبک و سنگين و ايستگاه تخليه سوخت ، بويلر ديزل اضطراري و بويلر کمکي مجهز به سيستم فوم ميباشند.
گاز CO2: کليه سيستمهاي الکتريکي از قبيل ساختمان الکتريکي و... توسط گاز CO2 حفاظت ميگردد.
در اين نوع نيروگاه ها که عموما داراي ظرفيت توليد برق بالايي ميباشند، از سوخت مازوت و يا گاز طبيعي براي توليد بخار توسط بويلر جهت به حرکت درآوردن پره هاي توربين و روتور ژنراتور استفاده شده و در نهايت موجب توليد برق ميگردد. در اين نيروگاه ها از سيستم خنک کننده خشک و تر جهت خنک کردن آب حاصل از چگالش بخار خروجي از توربين بخار استفاده ميگردد. اين نيروگاه ها معمولا به يکي از دو منظور ذيل مورد استفاده قرار مي گيرند:
1. نيروگاه هاي بخاري جهت توليد برق
2. نيروگاه هاي بخاري جهت مصارف صنعتي
درشبکه سراسري برق ايران حدود 65 % از برق توليدي توسط نيروگاه هاي بخارتأمين ميشود.
بزرگترين نيروگاه بخاري ايران نيروگا رامين اهواز است.
نيروگاه هاي بخار به منظور تامين انرژي الکتريکي به سه نوع تبديل انرژي نياز دارند:
1. انرژي شيميايي موجود در سوخت هاي فسيلي به انرژي حرارتي تبديل مي شود و توسط حرارت توليد شده آب مايع به بخار تبديل مي شود. اين کار در ديگ بخار انجام مي شود.
2. تبديل انرژي حرارتي بخار به انرژي مکانيکي، اين کار توسط توربين انجام مي شود.
3. تبديل انرژي مکانيکي به انرژي الکتريکي، اين کار توسط ژنراتور انجام مي شود.
مطابق شکل ديگ بخار با استفاده از حرارت منبع حرارتي، بخار مورد نياز تآمين مي شود. اين بخار با فشار و دماي بالا وارد توربين شده و توربين را به حرکت در مي آورد؛ بخار خروجي از توربين بايد به نحوي وارد سيکل نيروگاه شود که از آنجايي که امکان پمپ نمودن بخار وجود ندارد، بخار خروجي توربين ابتدا در سيستم خنک کننده تبديل به مايع شود و توسط پمپ آب مجدداًوارد سيکل نيروگاه شود.
اين نوع نيروگاهها ( توربين ها ) از نظر فشار بخار توليدي در بويلر و بخار مصرفي در توربين بدو دسته عمده تقسيم مي گردند .
در توربين هاي از نوع فشار ثابت (constant pressure) بويلر و توربين هيچ نوع انعطافي از خودنشان نمي دهند و لذا از اين نوع توربين ها ( نيروگاهها ) در جهت توليد بار پايه استفاده مي گردد.
در توربين هاي از نوع فشار متغير (sliding pressure ) مي توان بر روي بويلر و توربين ، تغييرات فشار را اعمال نمود . اين نوع مولدها معمولا جهت توليد بار مياني هفته بکار مي روند .
قدرت قابل دسترسي اين نوع مولدها از چند مگا وات تا يک هزار مگاوات متغير است . هزينه سرمايه گذاري براي هر کيلو وات قدرت نصب شده متناسب با حجم تجهيزات کمکي و قدرت واحد و نوع آن از پانصد تا يک هزار دلار متغير است و مدت زمان اجراي آن معمولاٌ پنج سال طول مي کشد .
از آنجائي که در اين نوع نيروگاهها هزينه قدرت نصب شده به ازاي هر کيلو وات با افزايش قدرت واحد ، کاهش مي يابد ِ، از اين رو سير افزايش قدرت قابل ساخت و نصب اين نوع واحدها از سرعت بيشتري برخوردار است . لازم به توضيح است که راندمان اين نوع نيروگاهها تا 40 درصد هم مي رسد .
روش توليد برق در اين نوع نيروگاهها به اين ترتيب است که سوخت فسيلي ( ذغال سنگ ،گاز، گازوئيل، مازوت ) بوسيله مشعل هاي خاصي ، به محفظه اي بنام کوره ، پاشيده مي گردد و با اشتعال آن در مجاورت هوا که بوسيله فن هاي بزرگي تامين مي شود ، حرارت قابل توجهي در اين محفظه توليد مي گردد. حرارت حاصله، آب ( گرمي ) راکه با پمپ از داخل لوله هاي تعبيه شده در آن عبور مي کند پس از طي مراحلي به بخاري با درجه حرارت بالا و فشار زياد که در اصطلاح به آن بخار خشک مي گويند ، تبديل مي نمايد. بخار خشک حاصله پس از خروج از کوره وارد توربين مي شود.
بخار وارده به توربين آن را به حرکت در مي آورد و ژنراتور را که با توربين هم محور و کوپله است به همراه آن به گردش در مي آيد و جريان برق توليد مي شود . بخار ورودي به توربين با از دست دادن بخش عمده اي از حرارت و فشار خود وارد محوطه اي بنام کندانسور مي شود .در کندانسور اين بخار به لحاظ تماس با سطح سرد ، تقطير مي شود و به آب تبديل مي گردد .آب تقطير شده مجدداً از هيتر هاي متعددي عبور داده شده و گرم مي شود و در نهايت توسط پمپ مجدداً به درون کوره هدايت مي شود و سيکل خود را دوباره طي مي کند .
آب خنک کن ( آبي که جهت ايجاد سطوح سرد در کنداسور بکار مي رود ) که خود ضمن سرد کن بخار خروجي از توربين ، گرم شده است به برج خنک کن هدايت مي شود و پس از خنک شدن دوباره به مدار خود باز مي گردد.
راندمان نيروگاههاي بخاري در حدود 40 درصد است . تقريبا 10 درصد انرژي در اگزوز و 50 درصد نيز از طريق کندانسور تلف مي شود .
سيستم آتش نشاني
آب: کليه قسمتهاي نيروگاه (ساختمان شيمي ، ماشين خانه ، بويلر ، کارگاه ، انبار و ...) و محوطه مجهز به سيستم آب آتش نشاني ميباشند.
فوم: کليه قسمتهاي سوخت رساني اعم از مخازن سوخت سبک و سنگين و ايستگاه تخليه سوخت ، بويلر ديزل اضطراري و بويلر کمکي مجهز به سيستم فوم ميباشند.
گاز CO2: کليه سيستمهاي الکتريکي از قبيل ساختمان الکتريکي و... توسط گاز CO2 حفاظت ميگردد.
spow
اخراجی موقت
طراحی یک رآکتور
در همه رآکتورها، قلب رآکتور که دمای بسیار زیادی دارد باید خنک شود. در یک نیروگاه هسته ای، سیستم خنک ساز به نوعی طراحی میشود که از گرمای آزاد شده به بهترین شکل ممکن استفاده شود. در اغلب این سیستمها از آب استفاده میشود. اما آب نوعی کند کننده هم محسوب میشود و از این رو نمی تواند در رآکتورهای سریع مورد استفاده قرار گیرد. در رآکتورهای سریع از سدیم مذاب یا نمک های سدیم استفاده میشود و دمای عملیاتی خنک ساز بالاتر است. در رآکتورهایی که برای تبدیل مورد طراحی شده اند، به راحتی گرمای آزاد شده را در محیط آزاد میکنند.
در یک نیروگاه هسته ای، رآکتور کند منبع آب را گرم میکند و آن را به بخار تبدیل میکند. بخار آب توربین بخار را به حرکت در می‌آورد ، توربین نیز ژنراتور را می‌چرخاند و به این ترتیب انرژی تولید میشود. این آب و بخار آن در تماس مستقیم با راکتور هسته ای است و از این رو در معرض تابش های شدید رادیواکتیو قرار میگیرند. برای پیشگیری از هر گونه خطر مرتبط با این آب رادیواکتیو، در برخی رآکتورها بخار تولید شده را به یک مبدل حرارتی ثانویه وارد میکنند و از آن به عنوان یک منبع گرمایی در چرخه دومی از آب و بخار استفاده میکنند. بدین ترتیب آب و بخار رادیواکتیو هیچ تماسی با توربین نخواهند داشت.
انواع رآکتورهای گرمایی
در در رآکتورهای گرمایی علاوه برکند کننده، سوخت هسته ای ( ایزوتوپ قابل شکافت القایی)، مخزن بخار و لوله های منتقل کننده آن، دیواره های حفاظتی و تجهیزات کنترل و مشاهده سیستم رآکتور نیز وجود دارند. البته بسته به این که این رآکتورها از کانالهای سوخت فشرده شده، مخزن بزرگ بخار یا خنک کننده گازی استفاده کنند، میتوان آنها را به سردسته تقسیم کرد.
الف - کانالهای تحت فشار در رآکتورهای RBMK و CANDU استفاده میشوند و میتوان آنها را در حال کارکردن رآکتور، سوخت رسانی کرد.
ب - مخزن بخار پرفشار داغ، رایج ترین نوع رآکتور است و در اغلب نیروگاههای هسته ای و رآکتورهای دریایی ( کشتی، ناوهواپیمابر یا زیردریایی ) از آن استفاده میشود. این مخزن میتواند به عنوان لایه حفاظتی نیز عمل کند.
ج - خنک سازی گازی: در این رآکتورها به جای آب، از یک سیال گازی شکل برای خنک کردن رآکتور استفاده میشود. این گاز در یک چرخه گرمایی با منبع حرارتی راکتور قرار میگیرد و معمولاً از هلیوم برای آن استفاده میشود، هر چند که نیتروژن و دی اکسید کربن نیز کاربرد دارند. در برخی رآکتورهای جدید، رآکتور به قدری گرما تولید میکند که گاز خنک کن میتواند مستقیما یک توربین گازی را بچرخاند، در حالی که در طراحی های قدیمی تر گاز خنک کن را به یک مبدل حرارتی می‌فرستادند تا در یک چرخه دیگر، آب را به بخار تبدیل کند و بخار داغ، یک توربین بخار را بگرداند.
بقیه اجزای نیروگاه هسته ای
غیر از رآکتور که منبع گرمایی است، تفاوت اندکی بین نیروگاه هسته ای و یک نیروگاه حرارتی تولید برق با سوخت فسیلی وجود دارد.
مخزن بخار تحت فشار معمولا درون یک ساختمان بتونی تعبیه میشود که این ساختمان به عنوان یک سد حفاظتی در برابر تابش رادیواکتیو عمل میکند. این ساختمان هم درون یک مخزن بزرگتر فولادی قرار میگیرد. هسته رآکتور و تجهیزات مرتبط با آن درون این مخزن فولادی قرار گرفته اند و کارکنان می‌توانند راکتور را تخلیه یا سوخت رسانی کنند. وظیفه این مخزن فولادی، جلوگیری از نشت هر گونه گاز یا مایع رادیواکتیو از درون سیال است.
در نهایت این مخزن فولادی هم به وسیله یک ساختمان بتونی خارجی محافظت میشود. این ساختمان به قدری محکم است که در برابر اصابت یک هواپیمای جت مسافربری ( مشابه حادثه یازده سپتامبر ) هم تخریب نمی شود. وجود این ساختمان حفاظتی دوم برای جلوگیری از انتشار مواد رادیواکتیو در اثر هرگونه نشت از حفاظ اول ضروری است. در حادثه انفجار چرنوبیل، فقط یک ساختمان حفاظتی وجود داشت و همان موجب شد موادراکتیو در سطح اروپا پخش شود.
رآکتورهای هسته ای طبیعی
در طبیعت هم میتوان نشانه هایی از رآکتور هسته ای پیدا کرد، البته به شرطی که تمام عوامل مورد نیاز به طور طبیعی در کنار هم قرار گرفته باشند. تنها نمونه شناخته شده یک رآکتور هسته ای طبیعی دو میلیارد سال پیش در منطقه اوکلو در کشور گابون ( قاره آفریقا ) فعالیتش را آغاز کرده است. البته دیگر چنین رآکتورهایی روی زمین شکل نمی گیرند، زیرا واپاشی رادیواکتیو این مواد ( به خصوص U-235 ) در این زمان طولانی 5/4 میلیارد ساله ( سن زمین )، فراوانی U-235 را در منابع طبیعی این رآکتورها بسیار کاهش داده است، به طوری که مقدار آن به پایین تر از حد مورد نیاز آغاز یک واکنش زنجیره ای رسیده است.
این رآکتورهای طبیعی زمانی شکل گرفتند که معادن غنی از اورانیوم به تدریج از آب زیرزمینی یا سطحی پر شدند. این آب به صورت کند کننده عمل کرد و واکنش های زنجیره ای شدیدی به وقوع پیوست. با افزایش دما، آب کند کننده بخار می‌شد و رآکتور خاموش شد. پس از مدتی، این بخارها به مایع تبدیل می‌شدند و دوباره رآکتور به راه می‌افتاد. این سیستم خودکار و بسته، یک رآکتور را کنترل می‌کرد و برای صدها هزار سال، این رآکتور را فعال نگاه می‌داشت.
مطالعه و بررسی این رآکتورهای هسته ای طبیعی بسیار ارزشمند است، زیرا میتواند به تحلیل چگونگی حرکت مواد رادیواکتیو در پوسته زمین کمک کند. اگر زمین شناسان بتوانند را از این حرکت‌ها را شناسایی کنند، می‌توانند راه حل های جدیدی برای دفن زباله های هسته ای پیدا کنند تا روزی خدای ناکرده، این ضایعات خطرناک به منابع آب سطح زمین نشت نکنند و فاجعه ای بشری به بار نیاورند.
انواع رآکتورهای گرمایی
الف - کند سازی با آب سبک:
a- رآکتور آب تحت فشار Pressurized Water Reactor(PWR)
b- رآکتور آب جوشان Boiling Water Reactor(BWR)
c- رآکتور D2G
ب- کند سازی با گرافیت:
a- ماگنوس Magnox
b- رآکتور پیشرفته با خنک کنندی گازی Advanced Gas-Coaled Reactor (AGR)
c- RBMK
d- PBMR
ج - کند کنندگی با آب سنگین:
a - SGHWR
b - CANDU
رآکتور آب تحت فشار، PWR
رآکتور PWR یکی از رایج ترین راکتورهای هسته ای است که از آب معمولی هم به عنوان کند ساز نوترونها و هم به عنوان خنک ساز استفاده میکند. در یک PWR، مدار خنک اولیه از آب تحت فشار استفاده میکند. آب تحت فشار، در دمایی بالاتر از آب معمولی به جوش می‌آید، از این دوچرخه خنک ساز اولیه را به گونه ای طراحی میکنند که آب با وجود آنکه دمایی بسیار بالا دارد، جوش نیاید و به بخار تبدیل نشود. این آب داغ و تحت فشار در یک مبدل حرارتی، گرما را به چرخه دوم منتقل میکند که یک نوع چرخه بخار است و از آب معمولی استفاده میکند. دراین چرخه آب جوش می‌آید و بخار داغ تشکیل میشود، بخار داغ یک توربین بخار را می‌چرخاند، توربین هم یک ژنراتور و در نهایت ژنراتور، انرژی الکتریکی تولید میکند.
PWR به دلیل دارابودن چرخه ثانویه با BWR تفاوت دارد. از گرمای تولیدی در PWR به عنوان سیستم گرم کننده درنواحی قطبی نیز استفاده شده است. این نوع رآکتور، رایج ترین نوع رآکتورهای هسته ای است و در حال حاضر، بیش از 230 عدد از آنها در نیروگاههای هسته ای تولید برق و صدها رآکتور دیگر برای تأمین انرژی تجهیزات دریایی مورد استفاده قرار میگیرند.
خنک کننده
همان طور که می‌دانید، برخورد نوترونها با سوخت هسته ای درون میله های سوخت، موجب شکافت هسته اتمها میشود و این فرآیند هم به نوبه خود، گرما و نوترونهای بیشتری آزاد میکند. اگر این حرارت آزاد شده منتقل نشود، ممکن است میله های سوخت ذوب شوند و ساختار کنترلی رآکتور از بین برود ( و البته خطرهای مرگ آوری که به دنبال آن روی میدهند. ) در PWR، میله های سوخت به صورت یک دسته در ساختاری، ترسیمی قرار گرفته اند و آب از کف رآکتور به بالا جریان پیدا میکند. آب از میان این میله های سوخت عبور میکند و به شدت گرم میشود، به طوری که به دمای 325 درجه سانتی گراد می‌رسد. درمبدل حرارتی، این آب داغ موجب داغ شدن آب در چرخه دوم میشود و بخاری با دمای 270 درجه سانتی گراد تولید میکند تا توربین را بچرخاند.
کند کننده
نوترونهای حاصل از یک شکافت هسته ای بیش از آن حدی گرمند که بتوانند یک واکنش شکافت هسته ای را آغاز کنند. انرژی آنها را باید کاهش داد تا با محیط اطراف خود به تعادل گرمایی برسند. محیط اطراف نوترونها ( قلب رآکتور ) دمایی در حدود 450 درجه سانتی گراد دارد.
در یک PWR، نوترونها در پی برخورد با مولکولهای آب خنک ساز، انرژی جنبشی خود را از دست میدهند؛ به طوری که پس از 8 تا 10 برخورد ( البته به طور متوسط ) با محیط هم دما میشوند. در این حالت، احتمال جذب نوترونها از سوی هسته U-235 بسیار زیاد است ودر صورت جذب، بالافاصله هسته U-236 جدید دچار شکافت میشود.
مکانیسم حساسی که هر رآکتور هسته ای را کنترل میکند، سرعت آزاد سازی نوترونها در طول یک فرآیند شکافت است به طور متوسط از هر شکافت، دونوترون و مقدار زیادی انرژی آزاد میشود. نوترونهای آزاد شده اگر با هسته U-235 دیگری برخورد کنند، شکافت دیگری را سبب میشوند و در نهایت یک واکنش زنجیره ای روی میدهد. اگر تمام این نوترونها در یک لحظه آزاد شوند، تعدادشان به قدری زیاد میشود که باعث ذوب شدن راکتور خواهد شد. ( تعداد ذرات پر انرژی، دمای یک سیستم را تعیین میکند. معادله بوتنرمن، این ارتباط را توصیف میکند. ) خوشبختانه برخی از این نوترونها پس از یک بازه زمانی نه چندان کوتاه ( حدود یک دقیقه ) تولید میشوند و سبب میشوند دیگر عوامل کنترل کننده از این تاخیر زمانی استفاده کرده، اثر خود را داشته باشند.
یکی از مزیت های استفاه از آب در PWR، این است که اثر کند سازی آب با افزایش دما کاهش می‌یابد. در حالت عادی، آب در فشار 150 برابر فشار یک اتمسفر قرار دارد ( حدود 15 مگا پاسکال ) و در قلب رآکتور به دمای 325 درجه سانتی گراد می‌رسد. درست است که آب با فشار پانزده مگا پاکسال در این دما جوش نمی آید، ولی به شدت از خاصیت کند کنندگی اش کاسته میشود، بنابراین آهنگ واکنش شکافت هسته ای کاهش می‌یابد، حرارت کمتری تولید میشود و دما پایین می‌آید. دما که کاهش یابد، توان رآکتور افزایش می‌یابد و دما که افزایش یابد توان راکتور کاهش می‌یابد؛ پس خود سیستم PWR دارای یک سیستم خود تعادلی در رآکتور است و تضمین میکند توان رآکتور در کمترین میزان مورد نیاز برای تأمین گرمای سیستم بخار ثانویه است.
در اغلب رآکتورهای PWR، توان رآکتور را در دوره فعالیت معمولی با تغییرات غلظت بورون ( در شکل اسید بوریک ) در چرخه خنک کننده اولیه کنترل اولیه کنترل میکنند سرعت جریان خنک کننده اول در رآکتورهای PWR معمولی ثابت است. بورون یک جذب کننده قوی نوترون است و با افزایش یا کاهش غلظت آن، میتوان شدت فعالیت راکتور را کاهش یا افزایش داد. برای این کار، یک سیستم کنترلی پیچیده شامل پمپ های فشار بالا که آب را در فشار 15 مگا پاسکال از چرخه خارج میکند، تجهیزات تغییر غلظت اسید بوریک و تزریق مجدد آب به چرخه خنک ساز مورد نیاز است.
یکی از اشکالات راکتورهای شکافت، این است که حتی پس از توقف واکنش شکافت، هنوز هم واپاشی های رادیواکتیوی انجام میشود و حرارت زیادی آزاد میشود که میتواند راکتور را ذوب کند. البته سیستم های حفاظتی و پشتیبانی متعددی برای جلوگیری از این واقعه وجود دارند، با این حال ممکن است در اثر پیچیدگی های این سیستم، برهمکنش های پیش بینی نشده یا خطاهای عملیاتی مرگ آفرینی در شرایط اضطراری روی دهند. در نهایت، هر رآکتور با یک حفاظ ساختمانی بتونی احاطه شده است که آخرین سد در برابر تشعشعات رادیواکتیو است.
رآکتور آب جوشان، BWR
در رآکتور آب جوشان، از آب سبک استفاده میشود. آب سبک، آبی است که در آن فقط هیدروژن معمولی وجود دارد. ) BWR اختلاف زیادی با رآکتور آب تحت فشار ندارد، غیر از اینکه در BWR فقط یک چرخه خنک کننده وجود دارد و آب مستقیما در قلب راکتور به جوش می‌آید. فشار آب در BWR کمتر از PWR است، به طوری که در بیشترین مقدار به 75 برابر فشار جو می‌رسد ( 5/7 مگا پاسکال ) و بدین ترتیب آب در دمای 285 درجه سانتی گراد به جوش می‌آید.
رآکتور BWR به شکلی طراحی شده که بین 12 تا 15 درصد آب درون قلب رآکتور به شکل بخار در قسمت بالای آن قرار میگیرد. بدین ترتیب عملکرد بخش بالایی و پایینی هسته رآکتور با هم تفاوت دارند. در بخش بالایی قلب رآکتور، کند سازی کمتری صورت میگیرد و در نتیجه بخش بالایی کمتر است.
در حالت کلی دو مکانیسم برای کنترل BWR وجود دارد: استفاده از میله های کنترل و تغییر جریان آب درون راکتور.
الف - بالا بردن یا پایین آوردن میله های کنترل، روش معمولی کنترل توان رآکتور در حالت راه اندازی رآکتور تا رسیدن به 70 درصد حداکثر توان است. میله های کنترل حاوی مواد جذب کننده نوترون هستند؛ در نتیجه پایین آوردن آنها موجب افزایش جذب نوترون در میله ها، کاهش جذب نوترون در سوخت و درنهایت کاهش آهنگ شکافت هسته ای و پایین آمدن توان رآکتور میشود. بالا بردن میله های سوخت دقیقاً نتیجه معکوس میدهد.
ب - تغییرات جریان آب درون رآکتور، زمانی برای کنترل رآکتور مورد استفاده قرار میگیرد که راکتور بین 70 تا صد درصد توان خود کار میکند. اگر جریان آب درون رآکتور افزایش یابد، حباب های بخار در حال جوش سریع تر از قلب راکتور خارج میشوند و آب درون قلب رآکتور بیشتر میشود. افزایش مقدار آب به معنی افزایش کندسازی نوترون و جذب بیشتر نوترونها از سوی سوخت است و این یعنی افزایش توان راکتور. با کاهش جریان آب درون رآکتور، حباب‌ها بیشتر در رآکتور باقی می‌مانند، سطح آب کاهش می‌یابد و به دنبال آن کندسازی نوترونها و جذب نوترون هم کاهش می‌یابد و در نهایت توان رآکتور کاهش می‌یابد.
بخار تولید شده در قلب رآکتور از شیرهای جدا کننده بخار و صفحات خشک کن ( برای جذب هر گونه قطرات آب داغ ) عبور میکند و مستقیماً به سمت توربین های بخار که بخشی از مدار رآکتور محسوب میشوند، میرود. آب اطراف رآکتور همواره در معرض تابش و آلودگی رادیواکتیو است و از آنجا که توربین هم در تماس مستقیم با این آب است، باید پوشش حفاظتی داشته باشد. اغلب آلودگی های درون آب عمر کوتاهی دارند ( مانند N16 که بخش اعظم آلودگی های آب را تشکیل میدهد و نیمه عمرش تنها 7 ثانیه است )، بنابراین مدت کوتاهی پس از خاموش شدن رآکتور میتوان به قسمت توربین وارد شد.
در رآکتور BWR، افزایش نسبت بخار آب به آب مایع درون رآکتور موجب کاهش گرمای خروجی میشود. با این حال، یک افزایش ناگهانی در فشار بخار، سبب بروز یک کاهش ناگهانی در نسبت بخار به آب مایع درون رآکتور میشود که خود، سبب افزایش توان خروجی میشود. این شرایط و دیگر حالت های خطرساز، موجب شده است از سیستم کنترلی اسید بوریک ( بورون ) نیز استفاده شود، بدین شکل که در سیستم پشتیبان خاموش کننده اضطراری، محلول اسید بوریک با غلظت بالا به چرخه خنک کننده تزریق میشود. خوبی این سیستم این است که اسید اوریک، یک خورنده قوی است و معمولا در PWR سبب میشود تلفات ناشی از خوردگی قابل توجه باشد. در بدترین شرایط اضطراری که تمام سیستم های امنیتی از کار افتاد، هر رآکتور به وسیله یک ساختمان حفاظتی از محیط اطراف جدا شده است. در یک رآکتور BWR جدی، حدود 800 دسته واحد سوخت قرار میگیرد و در هر دسته بین 74 تا 100 میله سوخت قرار میگیرد. این چنین حدود 140 تن اورانیوم در قلب رآکتور ذخیره میشود.
• رآکتور D2G
رآکتور هسته ای D2G را میتوان در تمام ناوهای دریایی ایالات متحده میتوان پیدا کرد. D2G مخفف عبارت زیراست:
رآکتور ناو جنگی D=Destroyer-sized reactor
نس دوم 2=Second Geneation
ساخت جنرال الکتریک G= General - Electric built
بدین ترتیب، D2G را میتوان مخفف این عبارت دانست: رآکتور هسته ای نسل دوم ویژه ناوهای جنگی ساخت جنرال الکتریک. این رآکتور برای تولید حداکثر 150 مگا وات انرژی الکتریکی و عمر مفید 15 سال مصرف معمولی طراحی شده است.
در این رآکتور، برای مخزن بخار دو رآکتور وجود دارد و طوری طراحی شده که بتوان هر دو اتاق توربین را با یک رآکتور به راه انداخت. اگر هر دو رآکتور فعال باشند، ناو به سرعت 32 گره می‌رسد. اگر یک رآکتور فعال باشد و توربین‌ها متصل به هم باشند، سرعت ناو به 25 تا 27 گره خواهد رسید و اگر فقط یک رآکتور فعال باشد ولی توربین‌ها جدا باشند، سرعت فقط 15 گره خواهد بود.
spow
اخراجی موقت
توربین کاپلان با محور عمودی و درفت تیوب زانویی
نیروگاههای برق آبی کوچک –
چینش‌های متفاوتی برای واحدهای کوچک کاپلان با محور عمودی وجود دارد. معمولاً از رانرهایی استفاده میکنند که نسبت به سطح آب پایین دست در ارتفاع بالاتری قرار میگیرند. بنابراین نیازی به دریچه ای برای درافت تیوب وجود ندارد .
محل نیروگاه، شکلی نیمه کروی دارد. همان طور که در شکل دیده میشود، برای دسترسی به هدکاور توربین، فضای کمی وجود دارد. این مساله، محدودیت اساسی را در این چینش نشان میدهد. بنابراین از روی احتیاط، ارتفاع ژنراتور و شفت توربین را بیشتر می گیرند تا فضای کافی برای تعمیرات به‌وجود آید. بنابراین بیرون آوردن توربین، نیازمند بیرون آوردن ژنراتور و همچنین افزایش‌دهنده‌ی سرعت خواهد بود که سبب افزایش هزینه‌ها خواهد شد. بنابراین اولویت با چینش هایی با شفت افقی خواهد بود که از واحدهای S شکل استفاده میکنند. ولی در هر صورت، نحوه‌ی نصب به آسانی مشابه شکل زیر خواهد بود.
نیروگاه های برق آبی کوچک -
ژنراتور در یک حباب تخم‌مرغی(بالب) و یا یک Pit و در مسیر آب بالادست قرار میگیرد. نصب به صورت Pit، همان حالت بالب است که قسمت بالای آن باز شده باشد و امکان دسترسی به ژنراتور را ساده‌تر می‌سازد. به این دلیل برای حفظ اندازه‌ی ژنراتور، نیاز به گیربکسی است که سرعت ژنراتور را بین 600 تا 1000 rpm افزایش دهد. اگر دور رانر توربین، بیش از 275 rpm باشد، نیازی به گیربکس نیست. این حالت را در شکل میتوان دید.
پایین‌دست بالب یا pit ، تجهیزاتی مانند پره‌های ثابت، پره‌های متحرک(ویکت گیت)، رانر کاپلان و در نهایت یک درفت تیوب مخروطی وجود دارد. همانطور که گفتیم، برای تعمیرات، دستیابی راحتی به اطراف توربین وجود دارد. بنابراین مانند همه‌ی واحدهای با شفت افقی، بدون درآوردن ژنراتور، میتوان رانر را برای تعمیرات بیرون آورد. واحدهای بالب فقط در قطرهای زیاد وجود دارند و با توجه به مشکل " دسترسی محدود" به بالب، باید تا حد ممکن، کمتر استفاده شوند. واحدهای pit type از این جهت، مطلوب‌ترند.
Turbine selection for small low-head hydro developments. By:J. L. Gordon, P. Eng - Hydropower consultant
نیروگاه های برق آبی کوچک -
توربین کاپلان S- type با محور افقی
این توربین‌ها معمول‌ترین توربین با هد پایین هستند که در نیروگاههای برق آبی کوچک استفاده میشوند که توسط بسیاری از سازندگان به‌صورت از پیش طراحی شده‌ای، ساخته میشوند. قطر این توربین‌ها از 1 متر تا 4 متر ساخته میشود و در محدوده‌ی هدهای از 5 متر تا 25 متر و همچنین در محدوده‌ی توان‌های حداکثر تا12MW به‌کار گرفته می شوند.
نیروگاه های برق آبی کوچک -
این مدل توربین در محلهایی با زوایای شیب 15 تا 45 درجه نسبت به افق و در سایت‌های به‌کار می روند که هد بسیار کمی با ارتفاع خالص بین 2 تا 8 متر دارند. این توربین‌ها در محدوده‌ی توان‌های حداکثر تا 2.6MW به‌کار گرفته میشوند.
محل کاربرد هیدروتوربین‌های کوچک:
1. Inclined axis, very low head Kaplan gear turbine
این مدل توربین در محلهایی با زوایای شیب 15 تا 45 درجه نسبت به افق و در سایت‌های به‌کار می روند که هد بسیار کمی با ارتفاع خالص بین 2 تا 8 متر دارند. این توربین‌ها در محدوده‌ی توان‌های حداکثر تا 2.6MW به‌کار گرفته میشوند.
2. Horizontal axis “S” type Kaplan turbine
این توربین‌ها در محدوده‌ی هدهای از 5 متر تا 25 متر وهمچنین در محدوده‌ی توان‌های حداکثر تا12MW به‌کار گرفته می شوند.
5. Horizontal axis “S” type propeller turbine.
6. Horizontal axis pit type propeller turbines.
از مدل‌های 5 و 6 که در فهرست بالا آورده شده‌اند به‌خاطر مشخصه‌ی بسیار حساس راندمان این توربین‌ها نسبت به تغییرات هد و فلو به ندرت استفاده میشود و این توربین‌ها تنها در سایتهایی به‌کار گرفته میشوند که کمترین تغییر در میزان هد و فلوی آب را دارند.
7. Unit #7. Horizontal axis Francis turbine
این توربین‌ها عمدتاٌ با رانرهایی با قطر کمتر از 1.8 متر بکار می روند. برای به‌کارگیری این توربین‌ها به هد خالص بین 20 تا 100 متر نیاز دارند و در محدوده‌ی توانی حداکثر تا 12MW به‌کار گرفته میشوند. در بیشتر کاربردهایی که از این نوع توربین استفاده شده است، توان خروجی کمتر از 5MW بوده است.
8. Unit #8. Horizontal axis, double runner Francis turbine
در برخی از سایت‌ها که هد نیروگاه برای نصب یک رانر بسیار کم است، برای افزایش سرعت رانر از این نوع توربین استفاده می شود. در بیشتر کاربردهای به‌کار رفته، توان این نوع توربین کمتر از 5MW بوده است . اصولاٌ این نوع توربین در محدوده‌ی توان 1MW تا 15MW و ارتفاع یا هدهای 15 تا 100 متر به‌کار میروند.
9. Unit #9. Vertical axis “Saxo” axial flow Kaplan turbine
تا کنون تعداد بسیار کمی از این نمونه توربین ساخته شده‌اند. در این نمونه توربین، با افزایش میزان فلو، راندمان توربین افت می کند که در نتیجه باید از رانری با قطر بزرگتر در این موارد استفاده شود
spow
اخراجی موقت
انرژي زمين گرمايي يا ژئوترمال در آذربايجان
انرژي زمين گرمايي در رآكتورهاي هسته‌اي طبيعي در داخل زمين براثر تجزيه راديو ايزوتوپها (عناصر ناپايدارمانند اورانيوم، توريوم، پتاسيم و...) بوجود مي‌آيد. درجه حرارت داخل زمين به ازاي هر 100 متر عمق حدود 3 درجه سانتيگراد افزايش مي‌يابد. استفاده از اين گرما به صورت مستقيم امكان‌پذير نيست و انسان تا كنون ازگرمايي توانسته استفاده كند كه در آب‌هاي زير زميني وجود دارد و در حال حاضر بهره‌برداري از انرژي گرمايي درون زمين تنها به صورت آب گرم و بخارآب امكان‌پذير است.
از گرماي درون زمين تنها در مكان‌هايي ميتوان استفاده كرد كه شرايط زمين شناسي ژئوترمال را داشته‌باشند(مناطقي كه در كمربند آتشفشاني و زلزله قراردارند). در كل كشورهايي مي‌توانند از انرژي گرمايي درون زمين استفاده كنند كه چشمه‌های آب گرم و آب‌هاي معدني فراوان دارند.
هم اكنون از گرماي درون زمين كشورهاي آمريكا، روسيه، ايتاليا، فرانسه، ژاپن، ايسلند، نيوزلند، مجارستان، مكزيك، فيليپين ، السالوادور و..... استفاده مي‌كنند و از اين ميان بزرگترين توليدكنندگان برق از انرژي زمين كشورهاي آمريكا، فيلپين، مكزيك، ژاپن و ايتاليا هستند.ايتاليا نخستين كشوري است كه براي شبكه راه آهن برقي خود از انرژي ژئوترمال استفاده كرده است. ايتاليا در نزديك شهر پيزا حدود 600 kw (كيلو وات) برق از اين طريق توليد ميكند. فرانسه از سال 1971 استفاده از انرژي زمين گرمايي را شروع كرده است. 660 واحد زمين گرمايي،آب گرم و گرماي مورد نياز 200 هزار واحد مسكوني رادر این کشور تامين مي‌كنند. نروژ اولين كشوري است كه از انرژي زمين گرمايي براي گرم كردن باند فرودگاه‌ها و جلوگيري از يخ‌زدگي آنها استفاده كرده است. ايسلند 85 درصد انرژي مورد نياز خود را از منابع زمين گرمايي تامين ميكند.
در خصوص ظرفيت‌هاي نصب شده جهان براي استفاده از انرژي‌هاي زمين گرمايي، نظريه‌هاي مختلفي وجود دارد. يك تحقيقي محافظه‌كارانه صحبت از توليد 9000 تا 11000 mw (مگاوات) برق در 40 كشور جهان ميكند.
در نيروگاههاي زمين گرمايي از آب‌هاي داغ و نيز بخارهاي داغ طبيعي كه از چاه‌هاي حفر شده از اعماق زمين بالا آورده شده است براي به حركت در آوردن توربينهاي بخار و توليد برق استفاده ميشود.
روشهاي به كار رفته در اين مورد به قرار زير است:
1-نيروگاههاي برق سيكل بخار خشك 2- نيروگاههاي برق زمين گرمايي تبخير آنی يك مرحله‌اي آب داغ 3- نيروگاههاي برق زمين گرمايي تبخير آني دو مرحله‌اي آب داغ 4- نيروگاههاي برق زمين گرمايي دو مداره 5- نيروگاههاي برق زمين گرمايي تركيبي(زمين گرمايي- فسيلی)
در كنفرانس جهاني زمين گرمايي در سال 1992 هشدار داده شده‌است كه استفاده بي رويه از سوختهاي فسيلي باعث صدمات جبران ناپذيري بر محيط زيست ميشود و برآورد شده است كه به ازاء هر كيلووات ساعت برق توليد شده از سوخت ذغال سنگ حدود 2/1 كيلو گرم گاز دي‌اكسيد كربن (CO2) ايجاد وبه اتمسفر راه مي‌يابد. اين مقدار گاز دي‌اكسيدكربن با جايگزين كردن ذغال سنگ توسط نفت به 9/0 ، توسط گاز طبيعي به 4/0 و توسط انرژي ژئوترمال به 13/0 كيلوگرم تقليل مي‌يابد.
كميسيون Public Service of Nevada هزينه‌هاي جانبي سوختهاي فسيلي را برآورد كرده است. اين هزينه‌ها شامل هزينه‌هاي رفع آلودگي هاي مختلف ناشي از سوختهاي فسيلي از جمله2 گازهای CO ،CO ، CH4 ،NO2،SO2 و... است . اگر اين هزينه ها به هزينه توليد الكتريسته از سوختهاي فسيلي اضافه شود در اين صورت توليد برق از ژئوترمال مقرون به صرفه خواهد بود.
در كل هزينه سرمايه‌گذاري اوليه نيروگاههاي ژئوترمال در حدود هزينه نيرو‌گاه‌های فسيلي ميباشد. هزينه توليد الكتريسته G/KWH)) ژئوترمال كمتر از هزينه توليد الكتريسته از انرژي‌هاي فسيلي است. اين هزينه در حدود 4 تا 6 سنت براي هر كيلو وات ساعت برق توليدي است. حدود 40 درصد كل هزينه سرمايه‌گذاري به عمليات شناسايي و اكتشاف مخزن، حفاري اكتشافي و توسعه‌اي مربوط ميشود. 50 درصد مربوط به هزينه تهيه دستگاهها و لوله‌كشي در نيروگاه و 10 درصد به ساير فعاليت‌ها مربوط ميشود.
منطقه آذربايجان به دليل قرار گرفتن در كمربند آتشفشاني جهاني (آتشفشان‌هاي سربه فلك كشيده ساوالان، آتشفشان‌هاي جزيره شاهي و زنبيل داغي،مجموعه آتشفشانی سهند ،آغري داغي، نک‌های آتشفشاني كئچي قالا ، موغيتي، كامتال و ....) و وجود چشمه‌هاي آب گرم ومعدني فراوان مانند سرعين و... شرايط زمين شناسي وجود انرژي ژئوترمال را داراست. طبق مطالعات اوليه، انرژي ژئوترمال آذربايجان (ژول) j1018× 100 بر آورد شده است
بررسي گزارشات قديمي و تلفيق آن با نتايج جديد مبين وجود دو پتانسيل عمده در آذربایجان است:1- ناحيه خوي – ماكو با وسعت تقريبي 6500 كيلومتر مربع ميباشد 2- ناحیه کوه ساوالان. وجود انديس هاي اميد بخش و نيز فاكتور هاي بهره برداري موثر تر موجب تمركز عمده فعاليت ها بر روي نواحي آتشفشان ساوالان و نيز ميدان ژئوترمال خوي – ماكو گشته است .
1- محور خوي – ماكو :
بررسي هاي اخير در اين ميدان با وسعتي در حدود 100 كيلومتر مربع مبين دماي ميانگين 120-90 (حداكثر 145) درجه سانتي گراد براي مخزن ميباشد. در سال 1997 تيمي متشكل از كارشناسان ايراني و فيليپيني مبادرت به برداشت هاي تفصيلي زمين شناسي، هيدروژئوشيميايي و ژئوفيزيك در ناحيه دره قطور نمودند و وجود پتانسیل ژئوترمال در این ناحیه را اثبات کردند.
2- محور آتشفشان ساوالان:
اوائل سال 1998 همگام با تشكيل تيمي متشكل از كارشناسان نيوزيلندي و ايراني بنا بر آن شد تا مطالعاتي تفصيلي بر روي آتشفشان ساوالان و پيرامون آن مشتمل بر منطقه سرعين صورت پذيرد. در حين اجراي اين پروژه مطالعات تفصيلي زمين شناسي نمونه برداري ژئوشيميايي و رزيستيويتي در 212 ايستگاه و در وسعتي بالغ بر 860 كيلومتر مربع صورت پذيرفت كه منجر به ارائه مدل هيرولوژئولوژيكي جديدي در اين محدوده گرديد. اگرچه مدل ارائه شده مذكور منجر به معرفي پنج آنومالي در نواحي پيرامون آتفشان ساوالان گشته است .ظاهرا مشاركت شركت نيوزيلندي در قالب مشاركت فني براي حفاري و چاه پيمايي كماكان در محدوده مورد نظر ادامه دارد.
عمده فعاليت هاي مركز انرژي هاي نو وزارت نيرو در ساليان اخير درآذربایجان عبارتند از:
1- تهيه نقشه زمين شناسي وآنومالیهای ناحيه خوي 2- برداشت هاي ژئوفيزيكي در ناحيه ساوالان به روش گراويمتري و آئرو ماگنتيك 3- حفاري 7 حلقه گمانه عميق در نواحي آتشفشان ساوالان و پيرامون
علي رغم پتانسيل هاي بسيار مناسب به منظور كاربرد انرژي ژئوترمال ، بواسطه سه دليل نبود سياستگذاريهاي كلان در زمينه به كارگيري انرژي هاي تجديد پذير، فقدان تكنولوژي مناسب در خصوص حفاري عميق ، مهندسي مخازن ، ساخت و نيز بهره برداري از نيروگاههاي ژئوترمال و بالاخره وجود رقيب سرسخت منابع ارزان سوختهاي فسيلي ، بهره برداري از پتانسيل هاي مزبور كماكان جدي گرفته نشده است. بهره برداري از انرژي هاي تجديد پذير به منظور تغيير در سبد انرژي اجتناب ناپذير باشد و لذا به كارگيري انرژي ژئو ترمال درآذربایجان ميتواند به عنوان گزينه اي به منظور تغيير كاربري سوخت هاي فسيلي مطرح گردد.با توجه به تجديد پذير بودن انرژي ژئوترمال، عدم آلودگي محيط زيست در نتيجه استفاده از اين انرژي ، وجود منابع عظيم و فراوان اين انرژي در اكثر نقاط آذربايجان و هزينه‌هاي پايين توليد برق از ژئوترمال در مقايسه باسوخت‌هاي فسيلي باعث خواهد شد كه درآينده‌اي نزديك ژئوترمال به عنوان مهمترين منبع تامين كننده انرژي و برق در آذربايجان مطرح شود.
spow
اخراجی موقت
انواع تابلوهای برق
تابلو چيست؟
تابلو عبارت است از فضايي که تجهيزات برقی در آن نصب می شوند.در تعريف تابلو لزومی ندارد آنرا حتمأ يک فضای بسته فلزی بدانيم بلکه فضای بسته فلزی، نوعی از تابلو محسوب می شود. مشکلات ناشی از نصب تجهيزات و خطرات ناشی از عوامل محيطی و پديده هايي مانند اتصال کوتاه که در تجهيزات الکتريکی روی می داد و در دسترس بودن تمام قسمتهای برقدار از سوی اپراتور، سازندگان را بر آن داشت تا ايمنی بيشتری را تامين کنند، از اين رو تابلو به شکل محفظه بسته طراحی شد تا تجهيزات داخل آن غير قابل دسترس باشند.
انواع تابلو از لحاظ ساختار :
تابلوهای Metal Enclosed : تابلوهايي به شکل محفظه تمام بسته فلزی که تمام تجهيزات الکتريکی اعم از کليدها، ترانسهای جريان و ولتاژ، لوازم اندازه گيری، شينه ها و ... در داخل آن نصب می شود.این تابلوها به دو دسته تقسیم می شوند:
1- تابلوهای Metal Clad: اين نوع تابلوها نوعي از تابلوهای Metal Enclosed هستند که در آنها، محفظه های مختلف از يکديگر جدا شده اند. اين امر باعث می شود تا اگر خطايي در يکی از محفظه ها روی دهد، اين خطا به محفظه های ديگر انتقال پيدا نکند و ساير محفظه ها نيز تحت تأثير آن آسيب نديده و محفوظ می مانند.
يک تابلو Metal Clad به چهار بخش تقسيم می شود :
- محفظه باسبار
- محفظه سر کابل
- محفظه LV (کنترل) که تجهيزات اندازه گيری، حفاظتی و کنترلی در آن قرار می گيرند.
- محفظه کليد
2- تابلوهای Compartment Type: اين نوع تابلوها نوعي از تابلوهای Metal Enclose هستند که در آنها، محفظه های مختلف از يکديگر جدا نشده اند.
در طراحی يک تابلو بايد موارد زير در نظر گرفته شود :
- شرايط محيطی (جهت بهره برداری)
- شرايط لازم برای نصب
- شرايط حفاظتی
انواع تابلو از لحاظ محل نصب :
- داخلی (Indoor) : تابلو در فضای بسته مانند داخل سالن يا سوله نصب می شود.
- فضای باز (Outdoor) : تابلو در فضای باز نصب می شود.
تقسیم بندی تابلوها :
1-تابلوهای فیکس (Fix) :
-تابلوهای ایستاده چند منظوره(Multi Purpose):این تابلوها بصورت ایستاده قرار میگیرند و تابلوهای چند منظوره می باشند وداخل انها می توان تجهیزات کنترل-قدرت-پنوماتیکی و...نصب کرد.
-تابلوهای دیواری(Wall Mounting):این تابلوها به دو دسته تابلوهای روکار(On Surface)و تابلوهای توکار (Flush Mounting)تقسیم میشوند.
-تابلوهای (Rack):تابلو هایی هستند که حالت قفسه قفسه دارند و محفظه های اندازه گیری-الکترونیکی-کنترل ومخابراتی و... روی انها نصب می شود.
*تابلوهای Swing نوعی از تابلوهای Rack هستند که دارای در متحرک می باشد و مزیت ان این است که پشت تجهیزات ان قابل رویت است و دسترسی به پشت تجهیزات فراهم است این مدل بسیار گران است و درب ان هم شیشه ای است.
2-تابلوهای کشویی (Withdraw able):
-تابلو های کنترل موتورها(Motor Control Center(MCC)):این تابلو ها بصورت کشویی ساخته می شود و برای کنترل موتورها ساخته می شود .این تابلوها بخاطر مزیت تابلوهای کشویی بسیارگران هستند.
-تابلوهای مرکز قدرت(Power Center):این تابلوها برای تغذیه تابلوهای MCC استفاده میشوند و یک تابلوی توزیع است و میتواند چند تا تابلوی MCC را تغذیه کند در این تابلو ها کلیدها بیشتر از نوع هوایی هستندوبعد از پست اصلی استفاده می شوند.
*تابلوهای مدولار:نوع پیشرفته تابلوهای فیکس ایستاده است. هر فیدر به شکل یک مدول در تابلو نصب شده وبه وسیله یک صفحه فلزی از فیدر بالایی وفیدر پایینی خود جدا می شوند و از لحاظ دسترسی به سر کابل به دو نوع کلی تقسیم می شوند:
-دسترسی از پشت
-دسترسی از جلو :در این حالت معمولا" در کنار درب اصلی تابلو درب کوچکی به نام درب کناری تعبیه شده و اتصالات کابل ها به فیدرها از طریق این درب انجام میشود این نوع سلولها را از لحاظ محل ورود سر کابل های ورودی وخروجی میتوان به ورود از بالا و ورود از پایین تقسیم نمود.
*انواع تابلوها از لحاظ ايستايي :
ايستاده(Self Standing / Free Standing) :تابلو حالت خود ايستا دارد ( نياز به مهار آن توسط سازه ی ديگری نيست و يا به ديگری تکيه ندارد.)
ديواری (Wall Mounted) : تابلو هايي که روی ديوار نصب می شوند.
اين تابلوها اگر روی سطح ديوار نصب شوند، روکار، Surface Mounted و اگر داخل ديوار جاسازی شوند، توکار، Flush Mounted يا Recessed Mounted ناميده می شوند.
انواع تابلو ها از لحاظ سطح ولتاژ :
تابلو ها از لحاظ سطح ولتاژ به دو دسته تقسيم می شوند:
تابلوهاي فشار ضعيف(LV) تا 1000V
تابلوهاي فشار متوسط (MV) از 1000V تا 36000V
تابلوهای فشار ضعيف :
تابلوهاي فشار ضعيف در سطح ولتاژ کمتر از 1000V قرار دارند.
مطابق IEC60439-1 تابلوي فشار ضعيف ترکيبی است از يک يا چند وسيله قطع و وصل (Switching Device)فشار ضعيف همراه با تجهيزات کنترلی، اندازه گيری، نشانگر، حفاظتی، تنظيم کننده و ... مربوط به خود که نحوی کامل نصب و سوار شده و کليه Interconnection ها و اتصالات الکتريکی و مکانيکی داخلي و قطعات ساختمانی را شامل گردد.ولتاژ نامی تابلوهای فشار ضعيف معمولأ تا 690V و ولتاژ سرويس تا 400V می باشند.
تابلوهای فشار ضعيف معمولأ در دو نوع زير ساخته می شوند :
تابلوی ايستاده (Fix) ثابت
تابلوی ايستاده (Withdraw able) کشويي
تابلوهای فشار متوسط :
تابلوهای فشار متوسط در سطح ولتاژ بين 1000V تا 36000V قرار دارند.
اجزای اصلی يک تابلو فشار متوسط شامل بدنه، کليد (دژنکتور) و يا کنتاکتور فشار متوسط، رله، باسبار، ترانفورماتور ولتاژ و جريان، لوازم اندازه گيری و تجهيزات کنترلی می باشد.
تابلوهای فشار متوسط به دو دسته کلی تقسيم می شوند:
تابلوهای فشار متوسط ثابت(Fix)
تابلوهای فشار متوسط کشويي (Withdraw able)
تابلو چيست؟
تابلو عبارت است از فضايي که تجهيزات برقی در آن نصب می شوند.در تعريف تابلو لزومی ندارد آنرا حتمأ يک فضای بسته فلزی بدانيم بلکه فضای بسته فلزی، نوعی از تابلو محسوب می شود. مشکلات ناشی از نصب تجهيزات و خطرات ناشی از عوامل محيطی و پديده هايي مانند اتصال کوتاه که در تجهيزات الکتريکی روی می داد و در دسترس بودن تمام قسمتهای برقدار از سوی اپراتور، سازندگان را بر آن داشت تا ايمنی بيشتری را تامين کنند، از اين رو تابلو به شکل محفظه بسته طراحی شد تا تجهيزات داخل آن غير قابل دسترس باشند.
انواع تابلو از لحاظ ساختار :
تابلوهای Metal Enclosed : تابلوهايي به شکل محفظه تمام بسته فلزی که تمام تجهيزات الکتريکی اعم از کليدها، ترانسهای جريان و ولتاژ، لوازم اندازه گيری، شينه ها و ... در داخل آن نصب می شود.این تابلوها به دو دسته تقسیم می شوند:
1- تابلوهای Metal Clad: اين نوع تابلوها نوعي از تابلوهای Metal Enclosed هستند که در آنها، محفظه های مختلف از يکديگر جدا شده اند. اين امر باعث می شود تا اگر خطايي در يکی از محفظه ها روی دهد، اين خطا به محفظه های ديگر انتقال پيدا نکند و ساير محفظه ها نيز تحت تأثير آن آسيب نديده و محفوظ می مانند.
يک تابلو Metal Clad به چهار بخش تقسيم می شود :
- محفظه باسبار
- محفظه سر کابل
- محفظه LV (کنترل) که تجهيزات اندازه گيری، حفاظتی و کنترلی در آن قرار می گيرند.
- محفظه کليد
2- تابلوهای Compartment Type: اين نوع تابلوها نوعي از تابلوهای Metal Enclose هستند که در آنها، محفظه های مختلف از يکديگر جدا نشده اند.
در طراحی يک تابلو بايد موارد زير در نظر گرفته شود :
- شرايط محيطی (جهت بهره برداری)
- شرايط لازم برای نصب
- شرايط حفاظتی
انواع تابلو از لحاظ محل نصب :
- داخلی (Indoor) : تابلو در فضای بسته مانند داخل سالن يا سوله نصب می شود.
- فضای باز (Outdoor) : تابلو در فضای باز نصب می شود.
تقسیم بندی تابلوها :
1-تابلوهای فیکس (Fix) :
-تابلوهای ایستاده چند منظوره(Multi Purpose):این تابلوها بصورت ایستاده قرار میگیرند و تابلوهای چند منظوره می باشند وداخل انها می توان تجهیزات کنترل-قدرت-پنوماتیکی و...نصب کرد.
-تابلوهای دیواری(Wall Mounting):این تابلوها به دو دسته تابلوهای روکار(On Surface)و تابلوهای توکار (Flush Mounting)تقسیم میشوند.
-تابلوهای (Rack):تابلو هایی هستند که حالت قفسه قفسه دارند و محفظه های اندازه گیری-الکترونیکی-کنترل ومخابراتی و... روی انها نصب می شود.
*تابلوهای Swing نوعی از تابلوهای Rack هستند که دارای در متحرک می باشد و مزیت ان این است که پشت تجهیزات ان قابل رویت است و دسترسی به پشت تجهیزات فراهم است این مدل بسیار گران است و درب ان هم شیشه ای است.
2-تابلوهای کشویی (Withdraw able):
-تابلو های کنترل موتورها(Motor Control Center(MCC)):این تابلو ها بصورت کشویی ساخته می شود و برای کنترل موتورها ساخته می شود .این تابلوها بخاطر مزیت تابلوهای کشویی بسیارگران هستند.
-تابلوهای مرکز قدرت(Power Center):این تابلوها برای تغذیه تابلوهای MCC استفاده میشوند و یک تابلوی توزیع است و میتواند چند تا تابلوی MCC را تغذیه کند در این تابلو ها کلیدها بیشتر از نوع هوایی هستندوبعد از پست اصلی استفاده می شوند.
*تابلوهای مدولار:نوع پیشرفته تابلوهای فیکس ایستاده است. هر فیدر به شکل یک مدول در تابلو نصب شده وبه وسیله یک صفحه فلزی از فیدر بالایی وفیدر پایینی خود جدا می شوند و از لحاظ دسترسی به سر کابل به دو نوع کلی تقسیم می شوند:
-دسترسی از پشت
-دسترسی از جلو :در این حالت معمولا" در کنار درب اصلی تابلو درب کوچکی به نام درب کناری تعبیه شده و اتصالات کابل ها به فیدرها از طریق این درب انجام میشود این نوع سلولها را از لحاظ محل ورود سر کابل های ورودی وخروجی میتوان به ورود از بالا و ورود از پایین تقسیم نمود.
*انواع تابلوها از لحاظ ايستايي :
ايستاده(Self Standing / Free Standing) :تابلو حالت خود ايستا دارد ( نياز به مهار آن توسط سازه ی ديگری نيست و يا به ديگری تکيه ندارد.)
ديواری (Wall Mounted) : تابلو هايي که روی ديوار نصب می شوند.
اين تابلوها اگر روی سطح ديوار نصب شوند، روکار، Surface Mounted و اگر داخل ديوار جاسازی شوند، توکار، Flush Mounted يا Recessed Mounted ناميده می شوند.
انواع تابلو ها از لحاظ سطح ولتاژ :
تابلو ها از لحاظ سطح ولتاژ به دو دسته تقسيم می شوند:
تابلوهاي فشار ضعيف(LV) تا 1000V
تابلوهاي فشار متوسط (MV) از 1000V تا 36000V
تابلوهای فشار ضعيف :
تابلوهاي فشار ضعيف در سطح ولتاژ کمتر از 1000V قرار دارند.
مطابق IEC60439-1 تابلوي فشار ضعيف ترکيبی است از يک يا چند وسيله قطع و وصل (Switching Device)فشار ضعيف همراه با تجهيزات کنترلی، اندازه گيری، نشانگر، حفاظتی، تنظيم کننده و ... مربوط به خود که نحوی کامل نصب و سوار شده و کليه Interconnection ها و اتصالات الکتريکی و مکانيکی داخلي و قطعات ساختمانی را شامل گردد.ولتاژ نامی تابلوهای فشار ضعيف معمولأ تا 690V و ولتاژ سرويس تا 400V می باشند.
تابلوهای فشار ضعيف معمولأ در دو نوع زير ساخته می شوند :
تابلوی ايستاده (Fix) ثابت
تابلوی ايستاده (Withdraw able) کشويي
تابلوهای فشار متوسط :
تابلوهای فشار متوسط در سطح ولتاژ بين 1000V تا 36000V قرار دارند.
اجزای اصلی يک تابلو فشار متوسط شامل بدنه، کليد (دژنکتور) و يا کنتاکتور فشار متوسط، رله، باسبار، ترانفورماتور ولتاژ و جريان، لوازم اندازه گيری و تجهيزات کنترلی می باشد.
تابلوهای فشار متوسط به دو دسته کلی تقسيم می شوند:
تابلوهای فشار متوسط ثابت(Fix)
تابلوهای فشار متوسط کشويي (Withdraw able)
spow
اخراجی موقت
ساختار توربین های بادی
انرژي باد نظير ساير منابع انرژي تجديد پذير، بطور گسترده ولي پراكنده در دسترس ميباشد. تابش نامساوي خورشيد در عرض‌هاي مختلف جغرافيايي به سطح ناهموار زمين باعث تغيير دما و فشار شده و در نتيجه باد ايجاد ميشود. به علاوه اتمسفر كره زمين به دليل چرخش، گرما را از مناطق گرمسيري به مناطق قطبي انتقال ميدهد كه باعث ايجاد باد ميشود. انرژي باد طبيعتي نوساني و متناوب داشته و وزش دائمي ندارد.از انرژي هاي بادي جهت توليد الكتريسيته و نيز پمپاژ آب از چاهها و رودخانه ها، آرد كردن غلات، كوبيدن گندم، گرمايش خانه و مواردي نظير اينها مي توان استفاده نمود. استفاده از انرژي بادي در توربين هاي بادي كه به منظور توليد الكتريسته بكار گرفته مي شوند از نوع توربين هاي سريع محور افقي مي باشند. هزينه ساخت يك توربين بادي با قطر مشخص، در صورت افزايش تعداد پره ها زياد مي شود.انرژي باد نظير ساير منابع انرژي تجديد پذير، بطور گسترده ولي پراكنده در دسترس ميباشد. تابش نامساوي خورشيد در عرض‌هاي مختلف جغرافيايي به سطح ناهموار زمين باعث تغيير دما و فشار شده و در نتيجه باد ايجاد ميشود. به علاوه اتمسفر كره زمين به دليل چرخش، گرما را از مناطق گرمسيري به مناطق قطبي انتقال ميدهد كه باعث ايجاد باد ميشود. انرژي باد طبيعتي نوساني و متناوب داشته و وزش دائمي ندارد.
از انرژي هاي بادي جهت توليد الكتريسيته و نيز پمپاژ آبش از چاهها و رودخانه ها، آرد كردن غلات، كوبيدن گندم، گرمايش خانه و مواردي نظير اينها مي توان استفاده نمود. استفاده از انرژي بادي در توربين هاي بادي كه به منظور توليد الكتريسته بكار گرفته مي شوند از نوع توربين هاي سريع محور افقي مي باشند. هزينه ساخت يك توربين بادي با قطر مشخص، در صورت افزايش تعداد پره ها زياد مي شود.
توربينهاي بادي چگونه كار مي كنند ؟
توربين هاي بادي انرژي جنبشي باد را به توان مكانيكي تبديل مي نمايند و اين توان مكانيكي از طريق شفت به ژنراتور انتقال پيدا كرده و در نهايت انرژي الكتريكي توليد مي شود. توربين هاي بادي بر اساس يك اصل ساده كار مي كنند. انرژي باد دو يا سه پره اي را كه بدور روتور توربين بادي قرار گرفته اند را بچرخش در مي آورد. روتور به يك شفت مركزي متصل مي باشد كه با چرخش آن ژنراتور نيز به چرخش در آمده و الكتريسيته توليد مي شود.
توربين هاي بادي بر روي برج هاي بلندي نصب شده اند تا بيشترين انرژي ممكن را دريافت كنند بلندي اين برج ها به 30 تا 40 متر بالاتر از سطح زمين مي رسند. توربين هاي بادي در باد هايي با سرعت كم يا زياد و در طوفان ها كاملا مفيد مي باشند
همچنين مي توانيد براي درك بهتر چگونكي عملكرد يك توربين بادي به انيميشني كه به همين منظور تهيه شده توجه كنيد تا با چگونگي چرخش پره ها٬ شفت و انتقال نيروي مكانيكي به ژنراتور و در كل نحوه عملكرد يك توربين بادي آشنا شويد.
توربينهاي بادي مدرن به دو شاخه اصلي مي‌شوند :
1- توربينهاي با محور افقي (كه در شكل زير نمونه اي از اين نوع توربين ها را مشاهده مي كنيد)
2- توربينهاي با محور عمودي .
ميتوان از توربينهاي بادي با كاركردهاي مستقل استفاده نمود، و يا ميتوان آنها را به يك ” شبكه قدرت تسهيلاتي “ وصل كرد يا حتي ميتوان با يك سيستم سلول خورشيدي يا فتوولتائيك تركيب كرد. عموماً از توربينهاي مستقل براي پمپاژ آب يا ارتباطات استفاده مي‌كنند ، هرچند كه در مناطق بادخيز مالكين خانه‌ها و كشاورزان نيز مي‌توانند از توربينها براي توليد برق استفاده نمايند مقياس كاربردي انرژي باد، معمولا ً‌تعداد زيادي توربين را نزديك به يكديگر مي‌سازند كه بدين ترتيب يك مزرعه بادگير را تشكيل مي‌دهند.
داخل توربين بادي به چه صورت مي باشد:
1- باد سنج (Anemometer): اين وسيله سرعت باد را اندازه گرفته و اطلاعات حاصل از آنرا به كنترل كننده ها انتقال مي دهد.
2- پره ها (Blades) : بيشتر توربين ها داراي دو يا سه پره مي باشند. وزش باد بر روي پره ها باعث بلند كردن و چرخش پره ها مي شود.
3- ترمز (Brake) : از اين وسيله براي توقف روتور در مواقع اضطراري استفاده مي شود. عمل ترمز كردن مي تواند بصورت مكانيكي ٬ الكتريكي يا هيدروليكي انجام گيرد.
4- كنترولر (Controller) : كنترولر ها وقتي كه سرعت باد به 8 تا 16 mph ميرسد ما شين را٬ راه اندازي مي كنند و وقتي سرعت از 65 mph بيشتر مي شود دستور خاموش شدن ماشين را مي دهند. اين عمل از آن جهت صورت ميگيرد كه توربين ها قادر نيستند زماني كه سرعت باد به 65 mph مي رسد حركت كنند زيرا ژنراتور به سرعت به حرارت بسيار بالايي خواهد رسيد.
5- گيربكس (Gear box) : چرخ دنده ها به شفت سرعت پايين متصل هستند و آنها از طرف ديگر همانطور كه در شكل مشخص شده به شفت با سرعت بالا متصل مي باشند و افزايش سرعت چرخش از 30 تا 60 rpm به سرعتي حدود 1200 تا 1500 rpm را ايجاد مي كنند. اين افزايش سرعت براي توليد برق توسط ژنراتور الزاميست. هزينه ساخت گيربكس ها بالاست درضمن گير بكس ها بسيار سنگين هستند. مهندسان در حال انجام تحقيقات گسترده اي مي باشند تا درايو هاي مستقيمي كشف نمايد و ژنراتورها را با سرعت كمتري به چرخش درآورند تا نيازي به گيربكس نداشته باشند.
6- ژنراتور (Generator) : كه وظيفه آن توليد برق متناوب مي باشد.
7- شفت با سرعت بالا (High-speed shaft) : كه وظيفه آن به حركت در اوردن ژنراتور مي باشد.
8- شفت با سرعت پايين (Low-speed shaft) : رتور حول اين محور چرخيده و سرعت چرخش آن 30 تا 60 دور در دقيقه مي باشد.
9- روتور (Rotor) : بال ها و هاب به روتور متصل هستند.
10- برج (Tower) : برج ها از فولاد هايي كه به شكل لوله درآمده اند ساخته مي شوند. توربين هايي كه بر روي برج هايي با ارتفاع بيشتر نصب شده اند انرژي بيشتري دريافت مي كنند.
11- جهت باد (Wind direction) : توربين هايي كه از اين فن آوري استفاده مي كنند در خلاف جهت باد نيز كار مي كنند در حالي كه توربين هاي معمولي فقط جهت وزش باد به پره هاي آن بايد از روبرو باشد.
12- باد نما (Wind vane) : وسيله اي است كه جهت وزش باد را اندازه گيري مي كند و كمك مي كند تا جهت توربين نسبت به باد در وضعيت مناسبي قرار داشته باشد.
13- درايو انحراف (Yaw drive) : وسيله ايست كه وضعيت توربين را هنگاميكه باد در خلاف جهت مي وزد كنترول مي كند و زماني استفاده مي شود كه قرار است روتور در مقابل وزش باد از روبرو قرار گيرد اما زماني كه باد در جهت توربين مي وزد نيازي به استفاده از اين وسيله نمي باشد.
14- موتور انحراف (Yaw motor) : براي به حركت در آوردن درايو انحراف مورد استفاده قرار مي گيرد.
انرژي باد نظير ساير منابع انرژي تجديد پذير، بطور گسترده ولي پراكنده در دسترس ميباشد. تابش نامساوي خورشيد در عرض‌هاي مختلف جغرافيايي به سطح ناهموار زمين باعث تغيير دما و فشار شده و در نتيجه باد ايجاد ميشود. به علاوه اتمسفر كره زمين به دليل چرخش، گرما را از مناطق گرمسيري به مناطق قطبي انتقال ميدهد كه باعث ايجاد باد ميشود. انرژي باد طبيعتي نوساني و متناوب داشته و وزش دائمي ندارد.از انرژي هاي بادي جهت توليد الكتريسيته و نيز پمپاژ آب از چاهها و رودخانه ها، آرد كردن غلات، كوبيدن گندم، گرمايش خانه و مواردي نظير اينها مي توان استفاده نمود. استفاده از انرژي بادي در توربين هاي بادي كه به منظور توليد الكتريسته بكار گرفته مي شوند از نوع توربين هاي سريع محور افقي مي باشند. هزينه ساخت يك توربين بادي با قطر مشخص، در صورت افزايش تعداد پره ها زياد مي شود.انرژي باد نظير ساير منابع انرژي تجديد پذير، بطور گسترده ولي پراكنده در دسترس ميباشد. تابش نامساوي خورشيد در عرض‌هاي مختلف جغرافيايي به سطح ناهموار زمين باعث تغيير دما و فشار شده و در نتيجه باد ايجاد ميشود. به علاوه اتمسفر كره زمين به دليل چرخش، گرما را از مناطق گرمسيري به مناطق قطبي انتقال ميدهد كه باعث ايجاد باد ميشود. انرژي باد طبيعتي نوساني و متناوب داشته و وزش دائمي ندارد.
از انرژي هاي بادي جهت توليد الكتريسيته و نيز پمپاژ آبش از چاهها و رودخانه ها، آرد كردن غلات، كوبيدن گندم، گرمايش خانه و مواردي نظير اينها مي توان استفاده نمود. استفاده از انرژي بادي در توربين هاي بادي كه به منظور توليد الكتريسته بكار گرفته مي شوند از نوع توربين هاي سريع محور افقي مي باشند. هزينه ساخت يك توربين بادي با قطر مشخص، در صورت افزايش تعداد پره ها زياد مي شود.
توربينهاي بادي چگونه كار مي كنند ؟
توربين هاي بادي انرژي جنبشي باد را به توان مكانيكي تبديل مي نمايند و اين توان مكانيكي از طريق شفت به ژنراتور انتقال پيدا كرده و در نهايت انرژي الكتريكي توليد مي شود. توربين هاي بادي بر اساس يك اصل ساده كار مي كنند. انرژي باد دو يا سه پره اي را كه بدور روتور توربين بادي قرار گرفته اند را بچرخش در مي آورد. روتور به يك شفت مركزي متصل مي باشد كه با چرخش آن ژنراتور نيز به چرخش در آمده و الكتريسيته توليد مي شود.
توربين هاي بادي بر روي برج هاي بلندي نصب شده اند تا بيشترين انرژي ممكن را دريافت كنند بلندي اين برج ها به 30 تا 40 متر بالاتر از سطح زمين مي رسند. توربين هاي بادي در باد هايي با سرعت كم يا زياد و در طوفان ها كاملا مفيد مي باشند
همچنين مي توانيد براي درك بهتر چگونكي عملكرد يك توربين بادي به انيميشني كه به همين منظور تهيه شده توجه كنيد تا با چگونگي چرخش پره ها٬ شفت و انتقال نيروي مكانيكي به ژنراتور و در كل نحوه عملكرد يك توربين بادي آشنا شويد.
توربينهاي بادي مدرن به دو شاخه اصلي مي‌شوند :
1- توربينهاي با محور افقي (كه در شكل زير نمونه اي از اين نوع توربين ها را مشاهده مي كنيد)
2- توربينهاي با محور عمودي .
ميتوان از توربينهاي بادي با كاركردهاي مستقل استفاده نمود، و يا ميتوان آنها را به يك ” شبكه قدرت تسهيلاتي “ وصل كرد يا حتي ميتوان با يك سيستم سلول خورشيدي يا فتوولتائيك تركيب كرد. عموماً از توربينهاي مستقل براي پمپاژ آب يا ارتباطات استفاده مي‌كنند ، هرچند كه در مناطق بادخيز مالكين خانه‌ها و كشاورزان نيز مي‌توانند از توربينها براي توليد برق استفاده نمايند مقياس كاربردي انرژي باد، معمولا ً‌تعداد زيادي توربين را نزديك به يكديگر مي‌سازند كه بدين ترتيب يك مزرعه بادگير را تشكيل مي‌دهند.
داخل توربين بادي به چه صورت مي باشد:
1- باد سنج (Anemometer): اين وسيله سرعت باد را اندازه گرفته و اطلاعات حاصل از آنرا به كنترل كننده ها انتقال مي دهد.
2- پره ها (Blades) : بيشتر توربين ها داراي دو يا سه پره مي باشند. وزش باد بر روي پره ها باعث بلند كردن و چرخش پره ها مي شود.
3- ترمز (Brake) : از اين وسيله براي توقف روتور در مواقع اضطراري استفاده مي شود. عمل ترمز كردن مي تواند بصورت مكانيكي ٬ الكتريكي يا هيدروليكي انجام گيرد.
4- كنترولر (Controller) : كنترولر ها وقتي كه سرعت باد به 8 تا 16 mph ميرسد ما شين را٬ راه اندازي مي كنند و وقتي سرعت از 65 mph بيشتر مي شود دستور خاموش شدن ماشين را مي دهند. اين عمل از آن جهت صورت ميگيرد كه توربين ها قادر نيستند زماني كه سرعت باد به 65 mph مي رسد حركت كنند زيرا ژنراتور به سرعت به حرارت بسيار بالايي خواهد رسيد.
5- گيربكس (Gear box) : چرخ دنده ها به شفت سرعت پايين متصل هستند و آنها از طرف ديگر همانطور كه در شكل مشخص شده به شفت با سرعت بالا متصل مي باشند و افزايش سرعت چرخش از 30 تا 60 rpm به سرعتي حدود 1200 تا 1500 rpm را ايجاد مي كنند. اين افزايش سرعت براي توليد برق توسط ژنراتور الزاميست. هزينه ساخت گيربكس ها بالاست درضمن گير بكس ها بسيار سنگين هستند. مهندسان در حال انجام تحقيقات گسترده اي مي باشند تا درايو هاي مستقيمي كشف نمايد و ژنراتورها را با سرعت كمتري به چرخش درآورند تا نيازي به گيربكس نداشته باشند.
6- ژنراتور (Generator) : كه وظيفه آن توليد برق متناوب مي باشد.
7- شفت با سرعت بالا (High-speed shaft) : كه وظيفه آن به حركت در اوردن ژنراتور مي باشد.
8- شفت با سرعت پايين (Low-speed shaft) : رتور حول اين محور چرخيده و سرعت چرخش آن 30 تا 60 دور در دقيقه مي باشد.
9- روتور (Rotor) : بال ها و هاب به روتور متصل هستند.
10- برج (Tower) : برج ها از فولاد هايي كه به شكل لوله درآمده اند ساخته مي شوند. توربين هايي كه بر روي برج هايي با ارتفاع بيشتر نصب شده اند انرژي بيشتري دريافت مي كنند.
11- جهت باد (Wind direction) : توربين هايي كه از اين فن آوري استفاده مي كنند در خلاف جهت باد نيز كار مي كنند در حالي كه توربين هاي معمولي فقط جهت وزش باد به پره هاي آن بايد از روبرو باشد.
12- باد نما (Wind vane) : وسيله اي است كه جهت وزش باد را اندازه گيري مي كند و كمك مي كند تا جهت توربين نسبت به باد در وضعيت مناسبي قرار داشته باشد.
13- درايو انحراف (Yaw drive) : وسيله ايست كه وضعيت توربين را هنگاميكه باد در خلاف جهت مي وزد كنترول مي كند و زماني استفاده مي شود كه قرار است روتور در مقابل وزش باد از روبرو قرار گيرد اما زماني كه باد در جهت توربين مي وزد نيازي به استفاده از اين وسيله نمي باشد.
14- موتور انحراف (Yaw motor) : براي به حركت در آوردن درايو انحراف مورد استفاده قرار مي گيرد.
spow
اخراجی موقت
روغن ترانسفورماتور
روغن ترانسفورماتور بخش تصفیه شده روغن معدنی می باشد که در دمای بین 250 تا 300 درجه سانتی گراد به جوش آمده است . این روغن پس از تصفیه از لحاظ شیمیایی کاملاً خالص بوده و تنها شامل هیدرو کربنهای مایع می باشد. روغن ترانسفورماتور دو وظیفه اساسی بر عهده دارد:اول اینکه بعنوان عایق الکتریکی عمل می نماید و ثانیاً حرارت های ایجاد شده در قسمتهای برقدار ترانسفورماتور را به خارج منتقل می کند.با ولتاژ های بالایی که هم اکنون در شبکه انتقال انرژی صورت می گیرد نیاز به روغن ترانسفورماتور ها بعنوان عایق الکتریکی و وسیله خنک کننده افزایش یافته است.چنانچه روغن خالص باشد مشخصات الکتریکی آن خوب خواهد بود و نیز اگر ویسکوزیته (چسبندگی) روغن کم باشد ، خاصیت خنک کنندگی بهتری خواهد داشت و POUR POINT آن پائین خواهد بود . به هر حال ویسکوزیته روغن را نمی توان بسیار پائین انتخاب کرد زیرا در این صورت flash point روغن پائین تر خواهد آمد و از روغن با flash point پائین نبایستی استفاده کرد.پائین ترین حد flash point در اینگونه موارد 130 درجه سانتی گراد در نظر گرفته میشود.در عین حال ویسکوزیته روغن نباید به اندازه کافی پائین باشد تا p.p روغن کمتر از 40- درجه سانتی گراد باشد.( در بعضی کشورهای اروپای شمالی از روغنهایی با p.p پائیت استفاده میشود ) .
خصوصیات یک روغن ایده آل میتواند ایتمهای زیر را در بر داشته باشد :
1-استقامت الکتریکی بالایی داشته باشد.
2-انتقال حرارت را بخوبی انجام دهد .
3- جرم مخصوص پائینی داشته باشد .
در روغن هایی که جرم مخصوص پائینی دارند ، ذرات معلق براحتی و به سرعت ته نشین میگردند و این خاصیت باعث تسریع در روند هموژنیزه روغن میشود.
4-ویسکوزیته پائینی داشته باشد، روغنی که وسکوزیته پائینی دارد سیالیت آن بهتر است و بیشتر است و در نتیجه خاصیت خنک کنندگی بهتری خواهد داشت.
5- Pour point پائینی داشته باشد .روغنی که Pour point پائینی دارد در درجه حرارت های پائین حرکت خود را از دست خواهد داد.
6- Flash point بالایی داشته باشد. Flash point مشخص کننده تمایل روغن به تبخیر شدن میباشد. هر چه Flash point روغن پائین تر باشد تمایل به تبخیر شدن در روغن بیشتر است.هنگامی که روغن تبخیر میشود ، ویسکوزیته آن بالا میرود و روغن های تبخیر شده ترکیبات اتش زایی را با هوای بالای روغن ایجاد می کنند.
7- به مواد عایقی و استراکچر فلزی نمی بایستی آسیبی برساند.
8- خاصیت شیمیایی پایداری داشته باشد.این مسئله به عمر بیشتر روغن کمک خواهد کرد.
خصوصیات روغن ترانسفورماتور :
روغنی که در ترانسفورماتور بکار میرود می بایستی دو خصیصه زیر را داشته باشد :
1- روغن باید تمییز باشد .مواد جامد معلق یا ترکیبات شیمیایی زیان آور و یا آب در آن هرگز موجود نباشد.
2- روغن از لحاظ شیمیایی بایستی پایدار باشد .تغییرات روغن با توجه به گرما و اکسیژنی که با آن در تماس باشد در درجه حرارت کار نرمال ترانس میبایستی تا حد امکان کم باشد.
ناخالصی ها :
ناخالصی ها در اولین قدمخاصیت الکتریکی روغن را تحت تاثیر قرار می دهد. با توجه به نوع ناخالصی تاثیر پذیری روغن متفاوت خواهد بود.بطور مثال :
1- ذرات جامد با قطر بیشتر از mμ 15 و قطرات کوچک آب استقامت دی الکتریک روغن را کاهش میدهد.
2- چنانچه ذرات جامد در روغن باشد ، استقامت دی الکتریک روغن توسط آب های غیر محلول در روغن کاهش خواهد یافت.
3- ذرات جامد بسیار کوچک (mμ 15> ) برای مثال ترکیبات قطبی حل نشده در میدانهای الکتریکی بالا تلفات دی الکتریکی در روغن را بالا خواهد برد.
به هر حال هر چه میزان ناخالصی ها در روغن بیشتر باشد،تاثیر پذیری روغن بیشتر خواهد شد.بنابر این برای انواع مختلف نا خالصی ها و خصوصیات الکتریکی وابسته به روغن می بایستی محدودیت هایی در نظر گرفت. البته این حدود تابع ولتاژ وسایلی است که بدان وابسته می باشند.
حد اکثر میزان آب مجاز در روغن مطابق IEC 422 ، mg/dm3 20 برای ولتاژهای بیش از 170 کیلو ولت و mg/dm3 30 برای ولتاژ های کمتر از 170 کیلو ولت می باشد.
برای ضریب پراکندگی دی الکتریک (tg δ ) که تابع ذرات کوچک و ترکیبات قطبی حل نشده در روغن می باشد ، حدود کاملاً مشخص نمی باشد. معمولاً می توانیم حد بالای tg δ را /00 ْ400 برای درجه حرارت 90 درجه سانتی گراد را در نظر بگیریم برای برخی روغن ها به هر حال حد بالای tg δ را می توانیم تا/ 00 ْ2000 در نظر بگیریم.
زوال و اضمحلال روغن :
از آنجا که روغن یک ترکیب آلی است زوال و تاثیر ناپذیری آنرا در مقابل گرما و اکسیژن نمی توانیم کاملاً از بین ببریم. بنابراین روغن اکسیده میشود و ترکیبات اسیدی و قطبی به تبع آن بوجود می آید و کشش سطحی روغن در مقابل آب کاهش می باید.
از طرف دیگر ترکیبات اسیدی بر کاغذ و تخته های فشرده شده عایق های سیم پیچی ها تاثیر نامطلوبی خواهد گذاشت. در حقیقت سلول های عایقی هنگامی که تحت حرارت قرار می گیرند در محیط اسیدی سریعتر از محیط خنثی ترد و شکننده می شوند.
تشکیل لجن و کثافات در روغن ترانسفورماتور از پیامدهای دیگر زوال و اضمحلال روغن می باشد. پس از این مرحله تغییرات در روغن نسبتاً سریعتر صورت می گیرد . برای مثال کشش سطحی در این مرحله از مقدار اولیه خود N/M 3- 10 * 45 به مقدار N/M 3- 10 * 15 کاهش می یابد.لجن و کثافات هنگامی که در روغن ترانسفورماتور تشکیل میشوند ، بر روی سیم پیچی ها رسوب می کنند و باعث می گردند که سیم پیچی ها بطور موثر خنک نشوند.
هنگامیکه اسیدیته (Neutralization value) روغن بسیار بالا باشد و یا کثافات در روغن مشاهده شده است توصیه میشود اقدامات آمده در جدول انجام گیرد.همانگونه که خواهید دید از ته نشین شدن و رسوب هر گونه کثافات در روغن ترانس باید جلوگیری بعمل آید.
تجزیه و تحلیل گازها برای آشکار کردن نقصهای ابتدایی در ترانسفورماتور :
عایقها در یک ترانسفورماتور تنها به دلیل حرارت و تجزیه شیمیایی زائل نمی شوند، بلکه تخلیه الکتریکی نیز در این فرایند موثر می باشند. بوسیله تخلیه الکتریکی و درجه حرارت نسبتاً بالای محیط ، روغن و کاغذ به مواد گازی از قبیل هیدروژن – متان – اتیلن – استیلن – و اکسید کربن تجزیه می گردند . این پدیده در ترانسفورماتور بدین معنی است که نقصی وجود دارد . این نقص می تواند کاملاً بی ضرر باشد و نیز می تواند بسیار جدی بوده و دیر یا زود منتهی به عملکرد بد ترانسفورماتور شود.
منشاء و میزان گازهای مختلف تولید شده بستگی به نوع و جدی بودن خطا دارد. بنابراین با بررسی گازهای حل نشده در روغن ترانسفورماتور نیاز به بازدید و تعمیر ترانسفورماتور آشکار می گردد. برای مثال اضافه حرارت روغن باعث ایجاد گاز متان و اتیلن ، تخلیه الکتریکی جزئی در روغن باعث ایجاد هیدروژن و تخلیه الکتریکی شدید ، گاز استیلن در روغن ایجاد خواهد نمود.
به هر حال ، چگونگی بررسی اینگونه گاز های ایجاد شده در روغن و تجزیه و تحلیل آنها هنوز کاملاً قطعی نشده و در کشور های مختلف در این خصوص مطابق با استاندارد های IEC تحقیقات ادامه دارد.
نظارت بر روغن و رطوبت گیر :
بررسی روغن های نمونه برداری شده از ترانس که در فواصل منظمی صورت می گیرند ، نظارت خوبی بر کار ترانسفورماتور خواهد بود . با این عمل نه تنها برخی مشخصات روغن در زمانهای معینی ضبط می گردد ، بلکه همچنین میزان پیشرفت و تغییرات این مشخصه با زمان نیز آشکار خواهد شد.که این خود مبنای بهتری برای ارزیابی وضعیت روغن می باشد.چنانچه نتایج بعضی از اندازه گیریها هماهنگ با نتایج قبلی نباشد ، این بدان معنی است که در اندازه گیری ها و یا هنگام نمونه برداری خطایی وجود داشته است . روغن نمونه برداری شده براحتی بوسیله آلودگی و رطوبت شیر ها و یا بطری نمونه برداری ، آلوده می گردد و بنابراین نمونه برداری از روغن ترانسفورماتور بایستی با حد اکثر دقت صورت گیرد.
ترکیب روغن ها :
چه نوع روغنی را میتوانیم به ترانسفورماتورها اضافه نمائیم؟ در حقیقت ترکیب دو نوع روغن متفاوت می تواند نتایج غیر قابل انتظاری به همراه داشته باشد.بازدارنده اکسیداسیون دو روغن ممکن است بر یکدیگر تاثیر گذاشته و یا ترکیبات ناشی از کهولت در یک روغن می تواند رسوبات ایجاد کند در حالیکه این رسوبات توسط روغن دوم رقیق گردد. به هر حال روغن ها می توانند به دلایل مختلفی با یکدیگر نا سازگار باشند.
در موارد نامشخص، آزمایشات مربوط به ترکیبات دو نوع روغن متفاوت می تواند انجام شود . معمولاً باید اصول زیر را همواره در ترکیب دو نوع روغن متفاوت مراعات نمود.
روغن دو نوع ترانسفورماتور را در صورت داشتن شرایط زیر می توان ترکیب نمود.
1- مطابق با استاندارد واحدی باشند.
2- شامل باز دارنده اکسیداسیون یکسان و یا باز دارنده اکسیداسیون قابل مقایسه ای باشند.
3- مقدار خنثی (Neutralization value) کوچکتر از mg KOH/g 0.5 داشته باشد.
4- میزان آب در روغن ازg/g μ 20 کمتر باشد.
روغن ترانسفورماتور بخش تصفیه شده روغن معدنی می باشد که در دمای بین 250 تا 300 درجه سانتی گراد به جوش آمده است . این روغن پس از تصفیه از لحاظ شیمیایی کاملاً خالص بوده و تنها شامل هیدرو کربنهای مایع می باشد. روغن ترانسفورماتور دو وظیفه اساسی بر عهده دارد:اول اینکه بعنوان عایق الکتریکی عمل می نماید و ثانیاً حرارت های ایجاد شده در قسمتهای برقدار ترانسفورماتور را به خارج منتقل می کند.با ولتاژ های بالایی که هم اکنون در شبکه انتقال انرژی صورت می گیرد نیاز به روغن ترانسفورماتور ها بعنوان عایق الکتریکی و وسیله خنک کننده افزایش یافته است.چنانچه روغن خالص باشد مشخصات الکتریکی آن خوب خواهد بود و نیز اگر ویسکوزیته (چسبندگی) روغن کم باشد ، خاصیت خنک کنندگی بهتری خواهد داشت و POUR POINT آن پائین خواهد بود . به هر حال ویسکوزیته روغن را نمی توان بسیار پائین انتخاب کرد زیرا در این صورت flash point روغن پائین تر خواهد آمد و از روغن با flash point پائین نبایستی استفاده کرد.پائین ترین حد flash point در اینگونه موارد 130 درجه سانتی گراد در نظر گرفته میشود.در عین حال ویسکوزیته روغن نباید به اندازه کافی پائین باشد تا p.p روغن کمتر از 40- درجه سانتی گراد باشد.( در بعضی کشورهای اروپای شمالی از روغنهایی با p.p پائیت استفاده میشود ) .
خصوصیات یک روغن ایده آل میتواند ایتمهای زیر را در بر داشته باشد :
1-استقامت الکتریکی بالایی داشته باشد.
2-انتقال حرارت را بخوبی انجام دهد .
3- جرم مخصوص پائینی داشته باشد .
در روغن هایی که جرم مخصوص پائینی دارند ، ذرات معلق براحتی و به سرعت ته نشین میگردند و این خاصیت باعث تسریع در روند هموژنیزه روغن میشود.
4-ویسکوزیته پائینی داشته باشد، روغنی که وسکوزیته پائینی دارد سیالیت آن بهتر است و بیشتر است و در نتیجه خاصیت خنک کنندگی بهتری خواهد داشت.
5- Pour point پائینی داشته باشد .روغنی که Pour point پائینی دارد در درجه حرارت های پائین حرکت خود را از دست خواهد داد.
6- Flash point بالایی داشته باشد. Flash point مشخص کننده تمایل روغن به تبخیر شدن میباشد. هر چه Flash point روغن پائین تر باشد تمایل به تبخیر شدن در روغن بیشتر است.هنگامی که روغن تبخیر میشود ، ویسکوزیته آن بالا میرود و روغن های تبخیر شده ترکیبات اتش زایی را با هوای بالای روغن ایجاد می کنند.
7- به مواد عایقی و استراکچر فلزی نمی بایستی آسیبی برساند.
8- خاصیت شیمیایی پایداری داشته باشد.این مسئله به عمر بیشتر روغن کمک خواهد کرد.
خصوصیات روغن ترانسفورماتور :
روغنی که در ترانسفورماتور بکار میرود می بایستی دو خصیصه زیر را داشته باشد :
1- روغن باید تمییز باشد .مواد جامد معلق یا ترکیبات شیمیایی زیان آور و یا آب در آن هرگز موجود نباشد.
2- روغن از لحاظ شیمیایی بایستی پایدار باشد .تغییرات روغن با توجه به گرما و اکسیژنی که با آن در تماس باشد در درجه حرارت کار نرمال ترانس میبایستی تا حد امکان کم باشد.
ناخالصی ها :
ناخالصی ها در اولین قدمخاصیت الکتریکی روغن را تحت تاثیر قرار می دهد. با توجه به نوع ناخالصی تاثیر پذیری روغن متفاوت خواهد بود.بطور مثال :
1- ذرات جامد با قطر بیشتر از mμ 15 و قطرات کوچک آب استقامت دی الکتریک روغن را کاهش میدهد.
2- چنانچه ذرات جامد در روغن باشد ، استقامت دی الکتریک روغن توسط آب های غیر محلول در روغن کاهش خواهد یافت.
3- ذرات جامد بسیار کوچک (mμ 15> ) برای مثال ترکیبات قطبی حل نشده در میدانهای الکتریکی بالا تلفات دی الکتریکی در روغن را بالا خواهد برد.
به هر حال هر چه میزان ناخالصی ها در روغن بیشتر باشد،تاثیر پذیری روغن بیشتر خواهد شد.بنابر این برای انواع مختلف نا خالصی ها و خصوصیات الکتریکی وابسته به روغن می بایستی محدودیت هایی در نظر گرفت. البته این حدود تابع ولتاژ وسایلی است که بدان وابسته می باشند.
حد اکثر میزان آب مجاز در روغن مطابق IEC 422 ، mg/dm3 20 برای ولتاژهای بیش از 170 کیلو ولت و mg/dm3 30 برای ولتاژ های کمتر از 170 کیلو ولت می باشد.
برای ضریب پراکندگی دی الکتریک (tg δ ) که تابع ذرات کوچک و ترکیبات قطبی حل نشده در روغن می باشد ، حدود کاملاً مشخص نمی باشد. معمولاً می توانیم حد بالای tg δ را /00 ْ400 برای درجه حرارت 90 درجه سانتی گراد را در نظر بگیریم برای برخی روغن ها به هر حال حد بالای tg δ را می توانیم تا/ 00 ْ2000 در نظر بگیریم.
زوال و اضمحلال روغن :
از آنجا که روغن یک ترکیب آلی است زوال و تاثیر ناپذیری آنرا در مقابل گرما و اکسیژن نمی توانیم کاملاً از بین ببریم. بنابراین روغن اکسیده میشود و ترکیبات اسیدی و قطبی به تبع آن بوجود می آید و کشش سطحی روغن در مقابل آب کاهش می باید.
از طرف دیگر ترکیبات اسیدی بر کاغذ و تخته های فشرده شده عایق های سیم پیچی ها تاثیر نامطلوبی خواهد گذاشت. در حقیقت سلول های عایقی هنگامی که تحت حرارت قرار می گیرند در محیط اسیدی سریعتر از محیط خنثی ترد و شکننده می شوند.
تشکیل لجن و کثافات در روغن ترانسفورماتور از پیامدهای دیگر زوال و اضمحلال روغن می باشد. پس از این مرحله تغییرات در روغن نسبتاً سریعتر صورت می گیرد . برای مثال کشش سطحی در این مرحله از مقدار اولیه خود N/M 3- 10 * 45 به مقدار N/M 3- 10 * 15 کاهش می یابد.لجن و کثافات هنگامی که در روغن ترانسفورماتور تشکیل میشوند ، بر روی سیم پیچی ها رسوب می کنند و باعث می گردند که سیم پیچی ها بطور موثر خنک نشوند.
هنگامیکه اسیدیته (Neutralization value) روغن بسیار بالا باشد و یا کثافات در روغن مشاهده شده است توصیه میشود اقدامات آمده در جدول انجام گیرد.همانگونه که خواهید دید از ته نشین شدن و رسوب هر گونه کثافات در روغن ترانس باید جلوگیری بعمل آید.
تجزیه و تحلیل گازها برای آشکار کردن نقصهای ابتدایی در ترانسفورماتور :
عایقها در یک ترانسفورماتور تنها به دلیل حرارت و تجزیه شیمیایی زائل نمی شوند، بلکه تخلیه الکتریکی نیز در این فرایند موثر می باشند. بوسیله تخلیه الکتریکی و درجه حرارت نسبتاً بالای محیط ، روغن و کاغذ به مواد گازی از قبیل هیدروژن – متان – اتیلن – استیلن – و اکسید کربن تجزیه می گردند . این پدیده در ترانسفورماتور بدین معنی است که نقصی وجود دارد . این نقص می تواند کاملاً بی ضرر باشد و نیز می تواند بسیار جدی بوده و دیر یا زود منتهی به عملکرد بد ترانسفورماتور شود.
منشاء و میزان گازهای مختلف تولید شده بستگی به نوع و جدی بودن خطا دارد. بنابراین با بررسی گازهای حل نشده در روغن ترانسفورماتور نیاز به بازدید و تعمیر ترانسفورماتور آشکار می گردد. برای مثال اضافه حرارت روغن باعث ایجاد گاز متان و اتیلن ، تخلیه الکتریکی جزئی در روغن باعث ایجاد هیدروژن و تخلیه الکتریکی شدید ، گاز استیلن در روغن ایجاد خواهد نمود.
به هر حال ، چگونگی بررسی اینگونه گاز های ایجاد شده در روغن و تجزیه و تحلیل آنها هنوز کاملاً قطعی نشده و در کشور های مختلف در این خصوص مطابق با استاندارد های IEC تحقیقات ادامه دارد.
نظارت بر روغن و رطوبت گیر :
بررسی روغن های نمونه برداری شده از ترانس که در فواصل منظمی صورت می گیرند ، نظارت خوبی بر کار ترانسفورماتور خواهد بود . با این عمل نه تنها برخی مشخصات روغن در زمانهای معینی ضبط می گردد ، بلکه همچنین میزان پیشرفت و تغییرات این مشخصه با زمان نیز آشکار خواهد شد.که این خود مبنای بهتری برای ارزیابی وضعیت روغن می باشد.چنانچه نتایج بعضی از اندازه گیریها هماهنگ با نتایج قبلی نباشد ، این بدان معنی است که در اندازه گیری ها و یا هنگام نمونه برداری خطایی وجود داشته است . روغن نمونه برداری شده براحتی بوسیله آلودگی و رطوبت شیر ها و یا بطری نمونه برداری ، آلوده می گردد و بنابراین نمونه برداری از روغن ترانسفورماتور بایستی با حد اکثر دقت صورت گیرد.
ترکیب روغن ها :
چه نوع روغنی را میتوانیم به ترانسفورماتورها اضافه نمائیم؟ در حقیقت ترکیب دو نوع روغن متفاوت می تواند نتایج غیر قابل انتظاری به همراه داشته باشد.بازدارنده اکسیداسیون دو روغن ممکن است بر یکدیگر تاثیر گذاشته و یا ترکیبات ناشی از کهولت در یک روغن می تواند رسوبات ایجاد کند در حالیکه این رسوبات توسط روغن دوم رقیق گردد. به هر حال روغن ها می توانند به دلایل مختلفی با یکدیگر نا سازگار باشند.
در موارد نامشخص، آزمایشات مربوط به ترکیبات دو نوع روغن متفاوت می تواند انجام شود . معمولاً باید اصول زیر را همواره در ترکیب دو نوع روغن متفاوت مراعات نمود.
روغن دو نوع ترانسفورماتور را در صورت داشتن شرایط زیر می توان ترکیب نمود.
1- مطابق با استاندارد واحدی باشند.
2- شامل باز دارنده اکسیداسیون یکسان و یا باز دارنده اکسیداسیون قابل مقایسه ای باشند.
3- مقدار خنثی (Neutralization value) کوچکتر از mg KOH/g 0.5 داشته باشد.
4- میزان آب در روغن ازg/g μ 20 کمتر باشد.
spow
اخراجی موقت
معرفی کلیدهای اتوماتیک فشار ضعیف
مقدمه ای بر کلیدهای اتوماتیک فشار ضعیف :
بمنظور حفاظت تأسیسات روشنائی، برق صنعتی، سیم و کابل و ماشین آلات در برابر اضافه بار و جریان اتصال کوتاه از فیوز، کلید- فیوز و کلیدهای اتوماتیک استفاده میگردد. لیکن به لحاظ اینکه اولا فیوزها همیشه نمی توانند عمل حفاظت موضعی و سلکتیو را در انواع مختلف شبکه ها بطور کامل و بدون خطا انجام دهند و در ثانی بعلت اینکه در شبکه سه فاز در موقع ازدیاد جریان اغلب قطع سه فاز بطور همزمان لازم و ضروری است لذا نمی توان همیشه از فیوز و کلید- فیوز استفاده کرد. در ضمن در بعضی از شبکه های توزیع می بایست به محض برگشت جریان (ولتاژ) یا افت بیش از حد مجاز ولتاژ، مدار بطور خودکار قطع و آلارمهای لازم ایجاد گردد. همچنین در بعضی موارد ورود اتوماتیک یا دستی ژنراتور اضطراری یا ترانسفورماتور در شبکه توزیع جهت تداوم کار شبکه یا انجام تعمیرات دوره ای شبکه اجتناب ناپذیر می باشد. در چنین حالاتی فقط از کلید اتوماتیک می توان استفاده کرد.
کلیدهای اتوماتیک علاوه بر موارد فوق نسبت به فیوزها و کلید- فیوزها دارای مزایای زیر می باشند :
کلید خودکار پس از قطع مدار در اثر جریان زیاد و یا هر عامل دیگری بلافاصله مجددا آماده بهره برداری می باشد.
با کمک کنتاکتهای فرعی که در آن تعبیه شده می توان وضعیت کلید را در هر حالت (قطع، وصل یا وقوع خطا) توسط سیگنال تعیین و در اطاق فرمان منعکس کرد.
ساختمان این کلیدها بگونه ای است که اگر کلید را بر روی یک مدار اتصال کوتاه شده ببندیم، در ضمن عمل بسته شدن، رله اضافه جریان کلید بسرعت وارد عمل شده و مدار را قطع می کند.
- کليدهای فشار ضعيف :
از انواع کليدهای فشار ضعيف می توان به کلیدهای زیراشاره کرد:
- کلیدهای اتوماتیک کمپکت(Moulded case circuit breaker:M.C.C.B)
- کلیدهای اتوماتیک هوایی(Air circuit breaker:A.C.B)
- کلیدهای مینیاتوری(Miniature circuit breaker:MCB)
- کلیدهای حافظ موتور(Motor protection circuit breaker:M.P.C.B)
- کلیدهای محافظ جان(Residual current circuit breaker:R.C.C.B )
-کلید اتوماتیک و کلید غیر اتوماتیک:ابتدا لازم است بدانیم کلیدهای اتوماتیک با کلیدهای غیر اتوماتیک چه فرقی دارند،کلیدهای اتوماتیک به کلیدهایی گفته میشود که دارای رله هستند و هر کدام برای کاربردهای مخصوصی مورد استفاده قرار میگیرد بطور مثال کلیدهای اتوماتیک هوایی دارای رله های بسیار هوشمندی هستند واین رله ها از نوع رله های الکترونیکی هستند،اما کلیدهای غیر اتوماتیک کلیدهایی هستند که صرفا"برای قطع و وصل مورد استفاده قرار میگیرد و فاقدرله میباشند بطور مثال کنتاکتور یک تجهیز غیر اتوماتیک است که برای قطع و وصل های گوناگون با کاربردهای مختلف یک مشخصه ای دارد مثلا"کنتاکتور AC3 برای بارهای القایی است.
*بیشترین توسعه ای که روی کلیدهای فشار ضعیف انجام میدهند رویcurrent limiting است که هر چه این خاصیت بیشتر شود کلید گرانتر میشود.این خاصیت مستقیما"به زمان قطع کلید بستگی دارد.
*معمولأ در کاتالوگ کليدهای فشار ضعيف دو مشخصه فنی به نامهای Icu و Ics مشخص شده اند که دانستن مفهوم آنها در انتخاب کليد مهم است.
: Icu جريان اتصال کوتاهی که کليد تنها يکبار بدون انکه آسيبی ببيند قادر به قطع آن می باشد و برای دفعات بعدی نياز به تعمير و سرويس و يا تعويض دارد.
: Ics جريان اتصال کوتاهی که کليد به دفعات قادر به قطع آن می باشد بدون اينکه آسيبی ببيند و يا نياز به تعمير و يا تعويض پيدا کند.
بحث اتصال کوتاه در استاندارد IEC60974-2 دارای دو Category میباشد:
Category 1 :در این نوع، کلیدها بدون رنج اتصال کوتاه هستند و به ازای اتصال کوتاه لازم است مورد بازبینی قرار گیرند.
Category2:در این نوع، کلیدها یک مدت زمان کوتاه برای تحمل جریان اتصال کوتاه دارند و این قضیه به Current Limiting وسیله بستگی دارد.
در نوع دوم حفاظت و سلامت تجهیزات بهتر از نوع اول است.
- کليدهای اتوماتيک کمپکت(( Molded Case Circuit Breaker (MCCB) :
Iu جریان دایم ، نرم این کلیدها از160A تا 1600A است اما اين کليدها حداکثر تا 3200A ساخته می شوند. فريم اين کليدها با افزايش جريان نامی آنها بزرگ می شود. بطور مثال کليدهای کمپکت ساخت شرکتABB،تیپ Isomax ان از 125A تا 3200A ساخته میشود.
- کليدهاي هوايي : ((Air Circuit Breaker(ACB):
اين کليدها از انواع ديگری از کليدهای اتوماتيک فشار ضعيف هستند که در آن آمپراژ بالا مورد استفاده قرارمی گيرند. حد بالای جريانی اين کليدها تا 6300A می باشد.Iu جریان دایم ، نرم این کلیدها از630A تا 16300A است مورد مصرف اين کليدها عمدتأ در ورودی تابلوها
می باشد که هم جريان بالايي دارد و هم برقراری Selectivity کامل بين کليدهای ورودی و کليدهای خروجی که معمولأ از نوع کمپکت می باشند ضروری است.
کليدهای هوايي دارای رله هايي که در داخل خود کليد جاسازی شده اند(Built-in) می باشد. ويژگی اين رله ها خاصيت تاخيری يا Time Delay آنهاست که عنصر اصلی در تامين Selectivity از طريق صدور فرمان قطع با تاخير می باشند. (Selectivity همان پديده تقدم قطع در خروجيها نسبت به ورودی هاست. به اين معنی که اگر خطايي در يک فيدر خروجی رخ داد، ابتدا کليد خروجی قطع شود و تنها در صورت تداوم خطا روی مدار و عمل نکردن کليد خروجی، کليد ورودی با تاخير کل تابلو را بی برق می کند. اهميت اين موضوع در اين است که در صورت وقوع خطا در يکی از خروجيها کل تابلو بی برق نشود.)
يادآوری : استفاده از کليدهای کمپکت در هر دو مدار خروجی و ورودی در تابلو حتی اگر کليد ورودی دو سايژ بالاتر از بالاترين سايز کليد در خروجيها انتخاب شود، تنها در محدوده کوچکی از جريان اتصال کوتاه، Selectivity را تامين می کند و به هر حال Selectivity کامل بدست نمی دهد.
- کليدهای مينياتوری((Miniature Circuit Breaker (MCB) :
از انواع کليدهای فشار ضعيف که معمولأ در جريانهای پايين و در تابلوهای روشنايي وتاابلوهای توزيع با توان کم و يا جهت حفاظت مدارات کنترل و فرمان تجهيزات و تاسيسات برقی مورد استفاده قرار می گيرد. جريان قطع اتصال کوتاه اين کليدها معمولأ چندان بالا نيست.حداکثر جریان مورد استفاده با کلید مینیاتوری 100A است و همینطور جریان قطع اتصال کوتاه این کلیدها بصورت نرم 10KA و حداکثر 25KA است.این کلیدها دارای دو نوع کاربرد صنعتیIEC60947 وکاربرد مسکونیIEC60898 هستند.
- کليدهای حافظ موتور((Motor Protection Circuit Breaker (MPCB) :
همانگونه که از اسم این کلیدها معلوم است این کلیدها برای حفاظت موتورها بسیار کاربرد دارند،این کلیدها معمولا" تا100A و 100KA ساخته میشوند و برای موتورهای تا 55KW مناسب هستند.این کلیدها حفاظت به دو نوع تقسیم میشوند.
کليدهای حافظ جان((Residual current Circuit Breaker(RCCB):
یکی از عوامل اصلی در بروز خسارات مالی ، صدمات و تلفات جانی به ویژه در منازل مسکونی ، مراکز اداری ، تجاری و مجتمع های صنعتی عدم رعایت مسائل ایمنی در استفاده از انرژی برق میباشد . بمنظور حفاظت از جان افراد در مقابل خطر برق گرفتگی و جلوگیری از خطرات جریان نشتی از کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی ( محافظ جان ) استفاده می شود . این کلیدها که براساس حساسیت خود به دو نوع خانگی و صنعتی تقسیم می شوند ، علاوه بر حفاظت افراد در مقابل تماس مستقیم و یا غیر مستقیم برق ، با جلوگیری از نشتی جریان در حفاظت دستگاه ها و تجهیزات صنعتی نیز موثر می باشند . براین اساس در صورتی که حساسیت کلیدها تا 30 میلی آمپر باشد این کلید به عنوان حفاظت از جان و در صورتی که حساسیت آن بیشتر از 30 میلی آمپر باشد به عنوان حفاظت از تجهیزات صنعتی بکار می رود .
اساس کار کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی ، مقایسه جریان ورودی با جریان خروجی کلید می باشد به طوری که اگر جریان نشتی در مداری که کلید در آن واقع شده است بیشتر از حساسیت کلید باشد کلید عمل کرده و جریان ورودی و در نتیجه مدار را قطع می نماید .
از مزایای دیگر استفاده از کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی جلوگیری از بروز آتش سوزی در اثر وجود جریان نشتی می باشد . باتوجه به اینکه یم جریان 5/0 آمپری می توان باعث بروز آتش سوزی شود ، کلید حفاظت از خط برق گرفتگی با تشخیص جریان نشتی و قطع جریان ورودی ، مانع از بروز آتش سوزی می شود . همچنین از آنجا که در صورت وجود جریان نشتی در بدنه وسائل برقی و یا سیستم سیم کشی ساختمان ، این جریان به مرور زمان یاد می شود و احتمال سوختن وسایل برقی و سیستم سیم کشی ساختمان را به وجود می آورد لذا استفاده از کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی ، با توجه به کاهش میزان هدر رفتن انرژی الکتریکی و برق مصرفی . صرفه جوئی اقتصادی و حفظ ثروتهای ملی را نیز در بر خواهد داشت .
- مشخصات کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی ( جریان نشتی ) :
- دمای کاری کلیدها جهت قطع جریان نشتی متناوب از 25- تا 40- درجه سیلسیوس و با قدرت اتصال کوتاه 6 تا 25 کیلو آمپر می باشد .
- جهت حفاظت کـلـیـدهـا و مـدار مصرفی در مـقـابـل اتصال کوتاه و اضافه بار بایستی فیوز پشتیبان (Back-Up Fuse) با توجه به جریان نامی کلید و مشخصات ارائه شده در کاتالوگ نصب گردد .
-کلیدها با جریان نامی 125-16 آمپر تولید می شوند .
-کلیدها جهت استفاده مشترکین تکفاز ( خـانـگی ) بـه صورت دو پـل ( فـاز + نـول ) و مشترکین سه فـاز ( صنعتی ) به صورت چهار پل ، که می تواند همراه با نول و یا بدون نول ( در سیستم های سه سیمه ) بکار رود .
-میزان جریان قطع خودکار کلیدها ( حساسیت ) از 10 میلی آمپر تا 5/1 آمپر ، و مدت زمان قطع حداکثر 200 میلی ثانیه است .
-باتوجه به موقعیت نصب ، سیم های ورودی و خروجی می توانند از بالا و یا پائین به کلید متصل شوند که این امر در کارکرد کلید اثری نخواهد داشت .
- درجه حفاظت کلیدها برای جلوگیری از ورود اجسام خارجی برابر با IP 40 می باشد.
- کلید عملیات نصب و رفع نقص بایستی توسط فرد متخصص انجام شود .
-ترمینال های ورودی و خروجی کلیدها باتوجه به آمپر کلید برای بالاترین قطر کابل یا سیم در نظر گرفته شده و از این نظر مشکلی وجود نخواهد داشت .
- همراه با کلید امکان استفاده از کنتاکت کمکی نیز وجود دارد .
مقدمه ای بر کلیدهای اتوماتیک فشار ضعیف :
بمنظور حفاظت تأسیسات روشنائی، برق صنعتی، سیم و کابل و ماشین آلات در برابر اضافه بار و جریان اتصال کوتاه از فیوز، کلید- فیوز و کلیدهای اتوماتیک استفاده میگردد. لیکن به لحاظ اینکه اولا فیوزها همیشه نمی توانند عمل حفاظت موضعی و سلکتیو را در انواع مختلف شبکه ها بطور کامل و بدون خطا انجام دهند و در ثانی بعلت اینکه در شبکه سه فاز در موقع ازدیاد جریان اغلب قطع سه فاز بطور همزمان لازم و ضروری است لذا نمی توان همیشه از فیوز و کلید- فیوز استفاده کرد. در ضمن در بعضی از شبکه های توزیع می بایست به محض برگشت جریان (ولتاژ) یا افت بیش از حد مجاز ولتاژ، مدار بطور خودکار قطع و آلارمهای لازم ایجاد گردد. همچنین در بعضی موارد ورود اتوماتیک یا دستی ژنراتور اضطراری یا ترانسفورماتور در شبکه توزیع جهت تداوم کار شبکه یا انجام تعمیرات دوره ای شبکه اجتناب ناپذیر می باشد. در چنین حالاتی فقط از کلید اتوماتیک می توان استفاده کرد.
کلیدهای اتوماتیک علاوه بر موارد فوق نسبت به فیوزها و کلید- فیوزها دارای مزایای زیر می باشند :
کلید خودکار پس از قطع مدار در اثر جریان زیاد و یا هر عامل دیگری بلافاصله مجددا آماده بهره برداری می باشد.
با کمک کنتاکتهای فرعی که در آن تعبیه شده می توان وضعیت کلید را در هر حالت (قطع، وصل یا وقوع خطا) توسط سیگنال تعیین و در اطاق فرمان منعکس کرد.
ساختمان این کلیدها بگونه ای است که اگر کلید را بر روی یک مدار اتصال کوتاه شده ببندیم، در ضمن عمل بسته شدن، رله اضافه جریان کلید بسرعت وارد عمل شده و مدار را قطع می کند.
- کليدهای فشار ضعيف :
از انواع کليدهای فشار ضعيف می توان به کلیدهای زیراشاره کرد:
- کلیدهای اتوماتیک کمپکت(Moulded case circuit breaker:M.C.C.B)
- کلیدهای اتوماتیک هوایی(Air circuit breaker:A.C.B)
- کلیدهای مینیاتوری(Miniature circuit breaker:MCB)
- کلیدهای حافظ موتور(Motor protection circuit breaker:M.P.C.B)
- کلیدهای محافظ جان(Residual current circuit breaker:R.C.C.B )
-کلید اتوماتیک و کلید غیر اتوماتیک:ابتدا لازم است بدانیم کلیدهای اتوماتیک با کلیدهای غیر اتوماتیک چه فرقی دارند،کلیدهای اتوماتیک به کلیدهایی گفته میشود که دارای رله هستند و هر کدام برای کاربردهای مخصوصی مورد استفاده قرار میگیرد بطور مثال کلیدهای اتوماتیک هوایی دارای رله های بسیار هوشمندی هستند واین رله ها از نوع رله های الکترونیکی هستند،اما کلیدهای غیر اتوماتیک کلیدهایی هستند که صرفا"برای قطع و وصل مورد استفاده قرار میگیرد و فاقدرله میباشند بطور مثال کنتاکتور یک تجهیز غیر اتوماتیک است که برای قطع و وصل های گوناگون با کاربردهای مختلف یک مشخصه ای دارد مثلا"کنتاکتور AC3 برای بارهای القایی است.
*بیشترین توسعه ای که روی کلیدهای فشار ضعیف انجام میدهند رویcurrent limiting است که هر چه این خاصیت بیشتر شود کلید گرانتر میشود.این خاصیت مستقیما"به زمان قطع کلید بستگی دارد.
*معمولأ در کاتالوگ کليدهای فشار ضعيف دو مشخصه فنی به نامهای Icu و Ics مشخص شده اند که دانستن مفهوم آنها در انتخاب کليد مهم است.
: Icu جريان اتصال کوتاهی که کليد تنها يکبار بدون انکه آسيبی ببيند قادر به قطع آن می باشد و برای دفعات بعدی نياز به تعمير و سرويس و يا تعويض دارد.
: Ics جريان اتصال کوتاهی که کليد به دفعات قادر به قطع آن می باشد بدون اينکه آسيبی ببيند و يا نياز به تعمير و يا تعويض پيدا کند.
بحث اتصال کوتاه در استاندارد IEC60974-2 دارای دو Category میباشد:
Category 1 :در این نوع، کلیدها بدون رنج اتصال کوتاه هستند و به ازای اتصال کوتاه لازم است مورد بازبینی قرار گیرند.
Category2:در این نوع، کلیدها یک مدت زمان کوتاه برای تحمل جریان اتصال کوتاه دارند و این قضیه به Current Limiting وسیله بستگی دارد.
در نوع دوم حفاظت و سلامت تجهیزات بهتر از نوع اول است.
- کليدهای اتوماتيک کمپکت(( Molded Case Circuit Breaker (MCCB) :
Iu جریان دایم ، نرم این کلیدها از160A تا 1600A است اما اين کليدها حداکثر تا 3200A ساخته می شوند. فريم اين کليدها با افزايش جريان نامی آنها بزرگ می شود. بطور مثال کليدهای کمپکت ساخت شرکتABB،تیپ Isomax ان از 125A تا 3200A ساخته میشود.
- کليدهاي هوايي : ((Air Circuit Breaker(ACB):
اين کليدها از انواع ديگری از کليدهای اتوماتيک فشار ضعيف هستند که در آن آمپراژ بالا مورد استفاده قرارمی گيرند. حد بالای جريانی اين کليدها تا 6300A می باشد.Iu جریان دایم ، نرم این کلیدها از630A تا 16300A است مورد مصرف اين کليدها عمدتأ در ورودی تابلوها
می باشد که هم جريان بالايي دارد و هم برقراری Selectivity کامل بين کليدهای ورودی و کليدهای خروجی که معمولأ از نوع کمپکت می باشند ضروری است.
کليدهای هوايي دارای رله هايي که در داخل خود کليد جاسازی شده اند(Built-in) می باشد. ويژگی اين رله ها خاصيت تاخيری يا Time Delay آنهاست که عنصر اصلی در تامين Selectivity از طريق صدور فرمان قطع با تاخير می باشند. (Selectivity همان پديده تقدم قطع در خروجيها نسبت به ورودی هاست. به اين معنی که اگر خطايي در يک فيدر خروجی رخ داد، ابتدا کليد خروجی قطع شود و تنها در صورت تداوم خطا روی مدار و عمل نکردن کليد خروجی، کليد ورودی با تاخير کل تابلو را بی برق می کند. اهميت اين موضوع در اين است که در صورت وقوع خطا در يکی از خروجيها کل تابلو بی برق نشود.)
يادآوری : استفاده از کليدهای کمپکت در هر دو مدار خروجی و ورودی در تابلو حتی اگر کليد ورودی دو سايژ بالاتر از بالاترين سايز کليد در خروجيها انتخاب شود، تنها در محدوده کوچکی از جريان اتصال کوتاه، Selectivity را تامين می کند و به هر حال Selectivity کامل بدست نمی دهد.
- کليدهای مينياتوری((Miniature Circuit Breaker (MCB) :
از انواع کليدهای فشار ضعيف که معمولأ در جريانهای پايين و در تابلوهای روشنايي وتاابلوهای توزيع با توان کم و يا جهت حفاظت مدارات کنترل و فرمان تجهيزات و تاسيسات برقی مورد استفاده قرار می گيرد. جريان قطع اتصال کوتاه اين کليدها معمولأ چندان بالا نيست.حداکثر جریان مورد استفاده با کلید مینیاتوری 100A است و همینطور جریان قطع اتصال کوتاه این کلیدها بصورت نرم 10KA و حداکثر 25KA است.این کلیدها دارای دو نوع کاربرد صنعتیIEC60947 وکاربرد مسکونیIEC60898 هستند.
- کليدهای حافظ موتور((Motor Protection Circuit Breaker (MPCB) :
همانگونه که از اسم این کلیدها معلوم است این کلیدها برای حفاظت موتورها بسیار کاربرد دارند،این کلیدها معمولا" تا100A و 100KA ساخته میشوند و برای موتورهای تا 55KW مناسب هستند.این کلیدها حفاظت به دو نوع تقسیم میشوند.
کليدهای حافظ جان((Residual current Circuit Breaker(RCCB):
یکی از عوامل اصلی در بروز خسارات مالی ، صدمات و تلفات جانی به ویژه در منازل مسکونی ، مراکز اداری ، تجاری و مجتمع های صنعتی عدم رعایت مسائل ایمنی در استفاده از انرژی برق میباشد . بمنظور حفاظت از جان افراد در مقابل خطر برق گرفتگی و جلوگیری از خطرات جریان نشتی از کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی ( محافظ جان ) استفاده می شود . این کلیدها که براساس حساسیت خود به دو نوع خانگی و صنعتی تقسیم می شوند ، علاوه بر حفاظت افراد در مقابل تماس مستقیم و یا غیر مستقیم برق ، با جلوگیری از نشتی جریان در حفاظت دستگاه ها و تجهیزات صنعتی نیز موثر می باشند . براین اساس در صورتی که حساسیت کلیدها تا 30 میلی آمپر باشد این کلید به عنوان حفاظت از جان و در صورتی که حساسیت آن بیشتر از 30 میلی آمپر باشد به عنوان حفاظت از تجهیزات صنعتی بکار می رود .
اساس کار کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی ، مقایسه جریان ورودی با جریان خروجی کلید می باشد به طوری که اگر جریان نشتی در مداری که کلید در آن واقع شده است بیشتر از حساسیت کلید باشد کلید عمل کرده و جریان ورودی و در نتیجه مدار را قطع می نماید .
از مزایای دیگر استفاده از کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی جلوگیری از بروز آتش سوزی در اثر وجود جریان نشتی می باشد . باتوجه به اینکه یم جریان 5/0 آمپری می توان باعث بروز آتش سوزی شود ، کلید حفاظت از خط برق گرفتگی با تشخیص جریان نشتی و قطع جریان ورودی ، مانع از بروز آتش سوزی می شود . همچنین از آنجا که در صورت وجود جریان نشتی در بدنه وسائل برقی و یا سیستم سیم کشی ساختمان ، این جریان به مرور زمان یاد می شود و احتمال سوختن وسایل برقی و سیستم سیم کشی ساختمان را به وجود می آورد لذا استفاده از کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی ، با توجه به کاهش میزان هدر رفتن انرژی الکتریکی و برق مصرفی . صرفه جوئی اقتصادی و حفظ ثروتهای ملی را نیز در بر خواهد داشت .
- مشخصات کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی ( جریان نشتی ) :
- دمای کاری کلیدها جهت قطع جریان نشتی متناوب از 25- تا 40- درجه سیلسیوس و با قدرت اتصال کوتاه 6 تا 25 کیلو آمپر می باشد .
- جهت حفاظت کـلـیـدهـا و مـدار مصرفی در مـقـابـل اتصال کوتاه و اضافه بار بایستی فیوز پشتیبان (Back-Up Fuse) با توجه به جریان نامی کلید و مشخصات ارائه شده در کاتالوگ نصب گردد .
-کلیدها با جریان نامی 125-16 آمپر تولید می شوند .
-کلیدها جهت استفاده مشترکین تکفاز ( خـانـگی ) بـه صورت دو پـل ( فـاز + نـول ) و مشترکین سه فـاز ( صنعتی ) به صورت چهار پل ، که می تواند همراه با نول و یا بدون نول ( در سیستم های سه سیمه ) بکار رود .
-میزان جریان قطع خودکار کلیدها ( حساسیت ) از 10 میلی آمپر تا 5/1 آمپر ، و مدت زمان قطع حداکثر 200 میلی ثانیه است .
-باتوجه به موقعیت نصب ، سیم های ورودی و خروجی می توانند از بالا و یا پائین به کلید متصل شوند که این امر در کارکرد کلید اثری نخواهد داشت .
- درجه حفاظت کلیدها برای جلوگیری از ورود اجسام خارجی برابر با IP 40 می باشد.
- کلید عملیات نصب و رفع نقص بایستی توسط فرد متخصص انجام شود .
-ترمینال های ورودی و خروجی کلیدها باتوجه به آمپر کلید برای بالاترین قطر کابل یا سیم در نظر گرفته شده و از این نظر مشکلی وجود نخواهد داشت .
- همراه با کلید امکان استفاده از کنتاکت کمکی نیز وجود دارد .
spow
اخراجی موقت
آیا می دانید : سقف های گنبدی بسیار محکم تر از سقف های معمولیست ؟؟
سوخت یک نیروگاه هسته ای ، اورانیوم است. اورانیوم عنصری است که در اکثر مناطق جهان از زیرزمین استخراج می شود. اورانیوم بعداز مرحله کانه آرایی بصورت قرصهای بسیار کوچکی در داخل میله های بلند قرار گرفته و داخل رآکتور نیروگاه نصب می شوند. کلمه «Fission» به معنی شکافت است. در داخل رآکتور یک نیروگاه اتمی ، اتمهای اورانیوم تحت یک واکنش زنجیره ای کنترل شده ، شکافته می شوند. در یک واکنش زنجیره ای ، ذرات حاصل از شکافت اتم به سایر اتمهای اورانیوم برخورد کرده و باعث شکافت آنها می گردند. هریک از ذرات آزاد شده مجدداً باعث شکافت سایر اتمها در یک واکنش زنجیره ای می شود. درنیروگاههای هسته ای ، معمولاً از یک سری میله های کنترل جهت تنظیم سرعت واکنش زنجیره ای استفاده می گردد. عدم کنترل این واکنشهامی تواند منجربه تولید بمب اتم شود. اما در بمب اتم ، تقریباً ذرات خالص اورانیوم 235 یا پلوتونیوم (باشکل و جرم معینی) باید با نیروی زیادی در کنارهم قرار گیرند. چنین شرایطی در یک رآکتور هسته ای وجود ندارد.
واکنشهای زنجیره ای همچنین باعث تولید یک سری مواد رادیواکتیو می شوند. این مواد در صورت رهایی می توانند به مردم آسیب برسانند. بنابراین آنها را به شکل جامد نگهداری می کنند. این مواد در گنبدهای بتنی بسیار قوی نگهداری می شوند تا در صورت بروز حوادث مختلف ، خطری بوجود نیاید .
واکنشهای زنجیره ای باعث تولید انرژی گرمایی می شوند. این انرژی گرمایی برای جوشاندن آب در قلب رآکتور مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین ، به جای سوزاندن سوخت ، در نیروگاههای هسته ای ، اتمها از طریق واکنش زنجیره ای شکافته شده و انرژی گرمایی تولید می کنند. این آب از اطراف رآکتور به قسمت دیگری از نیروگاه فرستاده می شود . در این قسمت که مبدل گرمایی نامیده می شود، لوله های پر از آب حرارت داده شده و بخار تولید می کنند. سپس بخار حاصله باعث گردش توربین و درنتیجه تولید برق میشود.
رئیس شرکت دولتی ایمنی امور نظارت فنی روسیه گفت که نیرو گاه هسته ای توسط روسیه در بوشهر در حال ساخت است بدون هیچ تردیدی ایمن است و همه استانداردهای بین المللی معاصر را برآورده می کند .
ولادیمیر کوزلوف رئیس شرکت دولتی ایمنی امور نظارت فنی روسیه (Rostekhnadzor) در گفتگویی با خبرگزاری ایتارتاس گفت که مسئله اصلی در باره ایمنی نیروگاه بوشهر حفاظت آن در مقابل تاثیرات جوی است .
وی گفت : نیرو گاه اتمی بوشهر باید به طور موثر در یک صدم درصد رطوبت و چهل و پنج درجه دمای هوا کار کند . مثل اینکه در یک حمام روسی دائمی قرار داشته باشد .
این کارشناس روسی گفت : این نیروگاه همچنین تمامی اصول ایمنی دیگر را برآورده می کند و بویژه در مقابل زلزله مقاوم است ومی تواند سقوط یک هواپیما از ارتفاع چند هزار کیلو متری را تحمل کند و از تهدیدات تروریستی نیز حفاظت می شود .
وی با بیان این مطلب که واحد های انرژی اتمی این نیرو گاه که توسط روسیه ساخته شده است یکی از بهترین واحدهایی است که در جهان ساخته شده گفت : در نیرو گاه بوشهر که از هر ده کارشناس آن پنج تن آنها روسی هستند به طور دائم کیفیت این نیرو گاه در برابر هرگونه نشت و سوراخ کنترل می کنند و هر ساله دهها کارشناس روسی از ساختمان این سایت بازدید می کنند .
رئیس شرکت (Rostekhnadzor) گفت ما برتولید تمامی تجهیزات لازم نظارت کامل داریم و بخشهایی ازاین تولیدات را به 130 شرکت روسی که در طرحهای بوشهر سهیم هستند واگذار کردیم .
شایان ذکر است ولادیمیر کوزلوف که شرکت وی قراردادهای جداگانه ای با ایران برای کمک به امور بازرسی هسته ای این نیرو گاه امضاء کرده است و این قرارداد در سال 1996 به امضاء رسیده و از همان سال تا سال 2008 اعتبار دارد . طبق این قرارداد کارشناسان روسی بازرسی از نقشه و نصب نیروگاه بوشهر ، آموزش پرسنل و تایید اسناد کنترل کیفی لازم را انجام می دهند.
منبع :www.daneshju.ir
سوخت یک نیروگاه هسته ای ، اورانیوم است. اورانیوم عنصری است که در اکثر مناطق جهان از زیرزمین استخراج می شود. اورانیوم بعداز مرحله کانه آرایی بصورت قرصهای بسیار کوچکی در داخل میله های بلند قرار گرفته و داخل رآکتور نیروگاه نصب می شوند. کلمه «Fission» به معنی شکافت است. در داخل رآکتور یک نیروگاه اتمی ، اتمهای اورانیوم تحت یک واکنش زنجیره ای کنترل شده ، شکافته می شوند. در یک واکنش زنجیره ای ، ذرات حاصل از شکافت اتم به سایر اتمهای اورانیوم برخورد کرده و باعث شکافت آنها می گردند. هریک از ذرات آزاد شده مجدداً باعث شکافت سایر اتمها در یک واکنش زنجیره ای می شود. درنیروگاههای هسته ای ، معمولاً از یک سری میله های کنترل جهت تنظیم سرعت واکنش زنجیره ای استفاده می گردد. عدم کنترل این واکنشهامی تواند منجربه تولید بمب اتم شود. اما در بمب اتم ، تقریباً ذرات خالص اورانیوم 235 یا پلوتونیوم (باشکل و جرم معینی) باید با نیروی زیادی در کنارهم قرار گیرند. چنین شرایطی در یک رآکتور هسته ای وجود ندارد.
واکنشهای زنجیره ای همچنین باعث تولید یک سری مواد رادیواکتیو می شوند. این مواد در صورت رهایی می توانند به مردم آسیب برسانند. بنابراین آنها را به شکل جامد نگهداری می کنند. این مواد در گنبدهای بتنی بسیار قوی نگهداری می شوند تا در صورت بروز حوادث مختلف ، خطری بوجود نیاید .
واکنشهای زنجیره ای باعث تولید انرژی گرمایی می شوند. این انرژی گرمایی برای جوشاندن آب در قلب رآکتور مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین ، به جای سوزاندن سوخت ، در نیروگاههای هسته ای ، اتمها از طریق واکنش زنجیره ای شکافته شده و انرژی گرمایی تولید می کنند. این آب از اطراف رآکتور به قسمت دیگری از نیروگاه فرستاده می شود . در این قسمت که مبدل گرمایی نامیده می شود، لوله های پر از آب حرارت داده شده و بخار تولید می کنند. سپس بخار حاصله باعث گردش توربین و درنتیجه تولید برق میشود.
رئیس شرکت دولتی ایمنی امور نظارت فنی روسیه گفت که نیرو گاه هسته ای توسط روسیه در بوشهر در حال ساخت است بدون هیچ تردیدی ایمن است و همه استانداردهای بین المللی معاصر را برآورده می کند .
ولادیمیر کوزلوف رئیس شرکت دولتی ایمنی امور نظارت فنی روسیه (Rostekhnadzor) در گفتگویی با خبرگزاری ایتارتاس گفت که مسئله اصلی در باره ایمنی نیروگاه بوشهر حفاظت آن در مقابل تاثیرات جوی است .
وی گفت : نیرو گاه اتمی بوشهر باید به طور موثر در یک صدم درصد رطوبت و چهل و پنج درجه دمای هوا کار کند . مثل اینکه در یک حمام روسی دائمی قرار داشته باشد .
این کارشناس روسی گفت : این نیروگاه همچنین تمامی اصول ایمنی دیگر را برآورده می کند و بویژه در مقابل زلزله مقاوم است ومی تواند سقوط یک هواپیما از ارتفاع چند هزار کیلو متری را تحمل کند و از تهدیدات تروریستی نیز حفاظت می شود .
وی با بیان این مطلب که واحد های انرژی اتمی این نیرو گاه که توسط روسیه ساخته شده است یکی از بهترین واحدهایی است که در جهان ساخته شده گفت : در نیرو گاه بوشهر که از هر ده کارشناس آن پنج تن آنها روسی هستند به طور دائم کیفیت این نیرو گاه در برابر هرگونه نشت و سوراخ کنترل می کنند و هر ساله دهها کارشناس روسی از ساختمان این سایت بازدید می کنند .
رئیس شرکت (Rostekhnadzor) گفت ما برتولید تمامی تجهیزات لازم نظارت کامل داریم و بخشهایی ازاین تولیدات را به 130 شرکت روسی که در طرحهای بوشهر سهیم هستند واگذار کردیم .
شایان ذکر است ولادیمیر کوزلوف که شرکت وی قراردادهای جداگانه ای با ایران برای کمک به امور بازرسی هسته ای این نیرو گاه امضاء کرده است و این قرارداد در سال 1996 به امضاء رسیده و از همان سال تا سال 2008 اعتبار دارد . طبق این قرارداد کارشناسان روسی بازرسی از نقشه و نصب نیروگاه بوشهر ، آموزش پرسنل و تایید اسناد کنترل کیفی لازم را انجام می دهند.
منبع :www.daneshju.ir
spow
اخراجی موقت
مهندسي مجازي در نيروگاه هاي آينده
وزارت انرژي آمريكا، برنامه هاي بسياري براي آينده توليد انرژي از نيروگاه هاي زغال سنگ سوز درنظرگرفته است. نيروگاه هاي پيشرفته آينده بازده بالاتر وآلايندگي بسيار كمتري خواهند داشت، آنقدر كم كه برخي آنها را نيروگاه هاي با «خروجي آلاينده نزديك به صفر مي دانند».
نيروگاه هاي آينده نه تنها با انواع كنوني تفاوت خواهند داشت كه ابزار طراحي آنها نيز بسيار متفاوت خواهند بود. براي كاهش هزينه وكوتاه كردن زمان اجراي طرح هاي نيروگاه هاي آينده، وزارت انرژي، مهندسي مجازي را به عنوان يك فناوري توانمند به كار مي گيرد. اين فناوري، مهندسان آينده را قادر خواهد ساخت كه ايده هاي بيشتري را كه تا پيش از اين با روش هاي سنتي مدت ها به طول مي انجاميد، سريع تر آزمايش كنند. نه تنها در زمينه ساخت نيروگاه هاي جديد كه دربسياري زمينه هاي ديگر مهندسي نيز، مي توان از اين فناوري سود جست.
طرح هاي جديد براي مجتمع هاي نيروگاهي مي بايد به طورسنتي در انواع مقياس ها ساخته مي شدند تا امكان آزمايش روي آنها فراهم مي شد. اين فرآيند نيازمند صرف هزينه و زمان بسياري است. اين روش، محدوديت هاي عملي و اجرايي فراروي ايده هاي خلاقانه و نوگرا مي گذارد. هدف سيستم مهندسي مجازي اين است كه به طراحان نسل بعد نيروگاه ها اجازه دهد فناوري هاي روز آمد را آزمايش كنند و توسعه دهند. نيروگاه هايي مانند نيروگاه هايي مانند نيروگاهاي هواپاك، شكاركننده كربن و نيروگاه هاي استخراج هيدروژن از زغال سنگ، پيش از اجرا مي توانند طراحي و آزمايش شوند. وزارت انرژي درنظر دارد با كاهش دوره طراحي و افزايش سرعت ساخت نيروگاه ها و به بهره برداري رساندن آنها، هرچه سريع تر نسل جديد نيروگاه ها را بسازد. اين سامانه را پژوهشگران آزمايشگاه مليAmes در دانشگاه ايالتي آيوا، دانشگاه كارنگي ملون و شركاي صنعتي پروژه از جملهReaction Engineering Int, Fluent Inc توليدكرده اند.
پژوهشگران در مركز كاربري حقيقت مجازي در دانشگاه آيوا مدل هاي محاسباتي را با مشاهده چشمي و ابزار مجازي با قابليت بر هم كنشي همراه مي سازند تا امكان تحقيق و اعمال تغييرات هم زمان روي طرح هاي پيشنهادي وجود داشته باشد. اين ابزار مهندسان را قادر مي سازد كه سامانه ها و اجزاي آنها را درفضاي مجازي طراحي كنند، تغييردهند و عيب يابي كنند، درست مانند هنگامي كه با اجزاي واقعي كار مي كنند. اجزاي جديدي در نيروگاه ها قرارداده خواهند شد و كارآيي آنها آزمايش خواهد شد، بدون اين كه به ساخت مدل هاي فيزيكي نياز باشد. اجزاي سامانه در زمان(real time) بدون اين كه نيازي به مدل سازي و آناليز دوباره مدل ها باشد، قابل اصلاح و بهينه سازي هستند.
طراح يكVisual Interface دراختيار خواهد داشت كه همانند يك نيروگاه حقيقي براي استفاده بهينه مهندسان ساخته شده و مزيت هايي به آن افزوده شده است. ابعاد نيروگاه مجازي مدل سازي شده را مي توان دراندازه هاي گوناگون تنظيم كرد. مهندس طراح قادر خواهد بود درنيروگاه مجازي قدم بزند، كاركرد آن را تماشا كند، به درون *****هاي تميزكننده گام بگذارد، يا بر تكه اي زغال سوار شود و مسير آن را درون نيروگاه بپيمايد.
اين ابزار زمان توليد را پايين مي آورند و طراحي مهندسي و كيفيت توليدات را بهبود مي بخشند. هسته دست يابي به اين مزيت ها افزودن شبيه سازي محاسباتي عددي با درنظرگرفتن تمام جزئيات Numerical Simulations و در دسترس بودن اجزاي طراحي شده در طرح مجازي است.
نرم افزار به گروه مهندسي اجازه مي دهد كه شكل، اندازه، شرايط كاري و ديگر ويژگي هاي تجهيزات موجود دريك نيروگاه را تغيير دهند و اثر اين تعميرات را برعملكرد نيروگاه را مشاهده و بررسي كنند. براي مثال، اگر مهندسي بخواهد ويژگي هاي عملكردي يك كوره زغال سنگ سوز را با تنظيم پارامترهاي نازل(قطر، زاويه، طول و...)تغيير دهد، مي تواند با اعمال اين تغييرات برنحوه تزريق دوغاب اكسيژن و زغال سنگ بدون كوره اثر بگذارد، آنگاه سامانه مهندسي مجازي تعيين خواهد كرد كه اين تغيير چه اثري بر تركيبات گازمصنوعي توليد شده درنيروگاه خواهد گذارد، درضمن محاسبه هم زمان بازده و هزينه نيز، شدني است. تقريباً تمام زاويه هاي شبيه سازي(Simulation) نيروگاه، به لحاظ طراحي، ساخت و يا نگهداري را پوشش مي دهد. شبيه سازهاي نفتي، فرآينديoff-line محسوب مي شوند و محاسبات و آناليز داده ها درآنها پيش تر انجام شده است. زمان تكرار هرآزمايش مجازي مي تواند از يك روز تا چند هفته به طول بينجامد. برپايه تصميم گيري مهندسي و نتايج شبيه سازي هاي پيشين، فرآيند آماده سازي يك نرم افزار شبيه سازي با اعمال تغييرات كوتاه مدت، زمان بسياري به درازا خواهد كشيد. سپس نتايج مدل هاي محاسباتي دراختيار ساير مهندسان،گروه طراحي و مديريت قرار مي گيرد. حتي اگر ابزارهاي آناليز سه بعدي به كار گرفته شوند، باز هم حضور گروه طراحي در فرآيند ناپيوسته خواهد بود، زيرا آنها تنها هنگامي مي توانند فعالانه درفرآيند طراحي شركت كنند كه نتايج محاسبات تكميل، بازبيني و تصحيح شده باشند.
به دليل اين كه اين فرآيند ذاتاً زمانبر است، محاسبات سيالاتي و انتقال حرارتي معمولاً نزديك به زمان پايان فرآيند طراحي استفاده مي شوند تا ديدگاه بهتري به طراحان بدهند، حال آن كه اين محاسبات خود مي توانند مبناي طرح هاي جديد قرار گيرند. به دليل اين كه تغييرات بنيادين به هنگام انجام فرآيند طراحي پرهزينه اند، تأثير مدل سازي تحليلي محاسباتي برجزئيات طرح نهايي اندك است؛ از اين رو روند سنتي، توان طراحي on-line را ندارد. طراحي برهم كنشي (Collaboratire) كه درآن مهندس، روند پويايي را براي طراحي درپيش مي گيرد، نيازمند كسب درك آني از عملكرد طبيعي كار نيروگاه است. روند قديمي همچنين اجازه كاوش درباره پرسش هاي مهندسان، طراحان و مديران را نمي دهد. اين شيوه كار تعداد راه حل هاي فراروي گروه هاي طراحي را محدود و خلاقيت در روند طراحي را ضعيف مي كند. پرسش هايي همچون «چه مي شد اگر» كه از اركان اساسي طراحي است، زياد پرسيده نمي شود.
مهندسي مجازي با آفريدن فضاي كاري مجازي و ارتقاي بسياري از فناوري هاي محاسباتي پيچيده همچون مهندسي و طراحي به كمك رايانه(CAD)، ديناميك تحليلي سيالات، آناليز المان محدود، محاسبات پرسرعت، كنترل فرآيند هوشمند، مديريت اطلاعات و تجهيزات واقعيت مجازي پيشرفته، راهي براي چيرگي بر مشکلات طراحي مي جويد. اين محيط کار مهندسي تمام فعاليت هاي نيروگاهي، نتايج تحليلي، مدل هاي اقتصادي و هر گونه اطلاعات کيفيتي و کميتي را که براي فرآيند طراحي مهندسي لازم است، در بر مي گيرد.
اين محدوده وسيع از اطلاعات و توانمندي ها، تمام متوليان را قادر مي سازد که به طور کامل و با فهم عميق تر و دقيق تر، تحليل ها و نتايج را بررسي و بيشترين بهره را از همين نتايج برداشت کنند و راهکارهاي مهندسي نوآورانه تري را به بوته آزمايش بگذارند.
تکنيک هاي مهندسي مجازي نيازمند گردآوري اطلاعات از منابعي گوناگون است که تمام مراحل تولد تا مرگ يک نيروگاه را بررسي مي كنند و از آن پس، قضاوت مهندسي و تجربه را با هم در مي آميزند تا اطلاعات خام را به دانشي کاربردي تبديل كنند. اطلاعات اگر به گونه اي مؤثر به بشر عرضه شوند، امکان تحليل الگوهاي پيچيده، ساخت فرصت هاي نو و آناليز فرآيندهاي جانشين را در اختيار او مي گذارند. با عجين ساختن برنامه هاي شبيه سازي، نقشه هاي با اندازه هاي دقيق و محصولات بينايي مجازي با دقت بالا مي توان بازرسي شبيه به بازرسي با حضور فيزيکي در محل را شبيه سازي کرد. در چنين محيطي، افرادي با رشته هاي تحصيلي متفاوت اما با هدفي مشترک، امکان همکاري دو جانبه دارند. اين همکاري منشأ فرصت هاي بي نظيري براي بهينه سازي طرح، رويارويي با موارد پيش بيني نشده و ارتقاي توانمندي حل مسائل خواهد بود.
براي همراه ساختن تمام اين بخش ها در يک محيط آشنا و طبيعي، نياز به نرم افزاري بسيار توانمند است. گروه پژوهشي مهندسي مجازي دانشگاه ايالتي آيوا، اين نرم افزار را ساخته است. ابزار مهندسي مجازي آن کيت VE-Suite است که از سه موتور نرم افزاري اصلي VE-Xplore، VE-CE و VE-Conductor تشکيل شده است که وظيفه انتقال داده ها از مهندسي طراح به اجزاي مجازي را برعهده دارند.
VE-CE وظيفه سينکرونيزه کردن داده ها در ميان تحليل هاي متفاوت، مدل هاي فرآيندها و موتور نرم افزار را برعهده دارد. VE-Xplore محيط تصميم گيري است و به مهندس طراح اجازه مي دهد که با مدل هاي تجهيزات در يک محيط مجازي کار کند. VE-Conductor سازكار کنترلي مهندسي براي کنترل مدل ها و ديگر اطلاعات خواهد بود. با يک استاندارد Open-Source، VE-Open به نرم افزار VE-Suite اين امکان داده مي شود که مهندس طراح و ديگر متوليان به تمام اطلاعات نيروگاه مجازي دسترسي داشته باشند. هدف اصلي از به کارگيري VE-Suite توانمند کردن کاربران براي به کارگيري اجزاي (نيروگاه) و مدل هاي گرافيکي دوبعدي و سه بعدي آنها براي طراحي قطعات و اجزاي جديد در نيروگاه است.
محاسباتي که مي بايد به دقت در طراحي نيروگاه ها به کار گرفته شوند، مربوط به جريان سيال، انتقال جرم، حرارت و واکنش هاي شيميايي اثرگذار بر عملکرد نيروگاه هستند؛ از اين رو مي توان اميدوار بود که نيروگاه هايي با خروجي گازهاي آلاينده نزديک به صفر، درآينده اي نزديک توليد شوند.
موفق باشید
وزارت انرژي آمريكا، برنامه هاي بسياري براي آينده توليد انرژي از نيروگاه هاي زغال سنگ سوز درنظرگرفته است. نيروگاه هاي پيشرفته آينده بازده بالاتر وآلايندگي بسيار كمتري خواهند داشت، آنقدر كم كه برخي آنها را نيروگاه هاي با «خروجي آلاينده نزديك به صفر مي دانند».
نيروگاه هاي آينده نه تنها با انواع كنوني تفاوت خواهند داشت كه ابزار طراحي آنها نيز بسيار متفاوت خواهند بود. براي كاهش هزينه وكوتاه كردن زمان اجراي طرح هاي نيروگاه هاي آينده، وزارت انرژي، مهندسي مجازي را به عنوان يك فناوري توانمند به كار مي گيرد. اين فناوري، مهندسان آينده را قادر خواهد ساخت كه ايده هاي بيشتري را كه تا پيش از اين با روش هاي سنتي مدت ها به طول مي انجاميد، سريع تر آزمايش كنند. نه تنها در زمينه ساخت نيروگاه هاي جديد كه دربسياري زمينه هاي ديگر مهندسي نيز، مي توان از اين فناوري سود جست.
طرح هاي جديد براي مجتمع هاي نيروگاهي مي بايد به طورسنتي در انواع مقياس ها ساخته مي شدند تا امكان آزمايش روي آنها فراهم مي شد. اين فرآيند نيازمند صرف هزينه و زمان بسياري است. اين روش، محدوديت هاي عملي و اجرايي فراروي ايده هاي خلاقانه و نوگرا مي گذارد. هدف سيستم مهندسي مجازي اين است كه به طراحان نسل بعد نيروگاه ها اجازه دهد فناوري هاي روز آمد را آزمايش كنند و توسعه دهند. نيروگاه هايي مانند نيروگاه هايي مانند نيروگاهاي هواپاك، شكاركننده كربن و نيروگاه هاي استخراج هيدروژن از زغال سنگ، پيش از اجرا مي توانند طراحي و آزمايش شوند. وزارت انرژي درنظر دارد با كاهش دوره طراحي و افزايش سرعت ساخت نيروگاه ها و به بهره برداري رساندن آنها، هرچه سريع تر نسل جديد نيروگاه ها را بسازد. اين سامانه را پژوهشگران آزمايشگاه مليAmes در دانشگاه ايالتي آيوا، دانشگاه كارنگي ملون و شركاي صنعتي پروژه از جملهReaction Engineering Int, Fluent Inc توليدكرده اند.
پژوهشگران در مركز كاربري حقيقت مجازي در دانشگاه آيوا مدل هاي محاسباتي را با مشاهده چشمي و ابزار مجازي با قابليت بر هم كنشي همراه مي سازند تا امكان تحقيق و اعمال تغييرات هم زمان روي طرح هاي پيشنهادي وجود داشته باشد. اين ابزار مهندسان را قادر مي سازد كه سامانه ها و اجزاي آنها را درفضاي مجازي طراحي كنند، تغييردهند و عيب يابي كنند، درست مانند هنگامي كه با اجزاي واقعي كار مي كنند. اجزاي جديدي در نيروگاه ها قرارداده خواهند شد و كارآيي آنها آزمايش خواهد شد، بدون اين كه به ساخت مدل هاي فيزيكي نياز باشد. اجزاي سامانه در زمان(real time) بدون اين كه نيازي به مدل سازي و آناليز دوباره مدل ها باشد، قابل اصلاح و بهينه سازي هستند.
طراح يكVisual Interface دراختيار خواهد داشت كه همانند يك نيروگاه حقيقي براي استفاده بهينه مهندسان ساخته شده و مزيت هايي به آن افزوده شده است. ابعاد نيروگاه مجازي مدل سازي شده را مي توان دراندازه هاي گوناگون تنظيم كرد. مهندس طراح قادر خواهد بود درنيروگاه مجازي قدم بزند، كاركرد آن را تماشا كند، به درون *****هاي تميزكننده گام بگذارد، يا بر تكه اي زغال سوار شود و مسير آن را درون نيروگاه بپيمايد.
اين ابزار زمان توليد را پايين مي آورند و طراحي مهندسي و كيفيت توليدات را بهبود مي بخشند. هسته دست يابي به اين مزيت ها افزودن شبيه سازي محاسباتي عددي با درنظرگرفتن تمام جزئيات Numerical Simulations و در دسترس بودن اجزاي طراحي شده در طرح مجازي است.
نرم افزار به گروه مهندسي اجازه مي دهد كه شكل، اندازه، شرايط كاري و ديگر ويژگي هاي تجهيزات موجود دريك نيروگاه را تغيير دهند و اثر اين تعميرات را برعملكرد نيروگاه را مشاهده و بررسي كنند. براي مثال، اگر مهندسي بخواهد ويژگي هاي عملكردي يك كوره زغال سنگ سوز را با تنظيم پارامترهاي نازل(قطر، زاويه، طول و...)تغيير دهد، مي تواند با اعمال اين تغييرات برنحوه تزريق دوغاب اكسيژن و زغال سنگ بدون كوره اثر بگذارد، آنگاه سامانه مهندسي مجازي تعيين خواهد كرد كه اين تغيير چه اثري بر تركيبات گازمصنوعي توليد شده درنيروگاه خواهد گذارد، درضمن محاسبه هم زمان بازده و هزينه نيز، شدني است. تقريباً تمام زاويه هاي شبيه سازي(Simulation) نيروگاه، به لحاظ طراحي، ساخت و يا نگهداري را پوشش مي دهد. شبيه سازهاي نفتي، فرآينديoff-line محسوب مي شوند و محاسبات و آناليز داده ها درآنها پيش تر انجام شده است. زمان تكرار هرآزمايش مجازي مي تواند از يك روز تا چند هفته به طول بينجامد. برپايه تصميم گيري مهندسي و نتايج شبيه سازي هاي پيشين، فرآيند آماده سازي يك نرم افزار شبيه سازي با اعمال تغييرات كوتاه مدت، زمان بسياري به درازا خواهد كشيد. سپس نتايج مدل هاي محاسباتي دراختيار ساير مهندسان،گروه طراحي و مديريت قرار مي گيرد. حتي اگر ابزارهاي آناليز سه بعدي به كار گرفته شوند، باز هم حضور گروه طراحي در فرآيند ناپيوسته خواهد بود، زيرا آنها تنها هنگامي مي توانند فعالانه درفرآيند طراحي شركت كنند كه نتايج محاسبات تكميل، بازبيني و تصحيح شده باشند.
به دليل اين كه اين فرآيند ذاتاً زمانبر است، محاسبات سيالاتي و انتقال حرارتي معمولاً نزديك به زمان پايان فرآيند طراحي استفاده مي شوند تا ديدگاه بهتري به طراحان بدهند، حال آن كه اين محاسبات خود مي توانند مبناي طرح هاي جديد قرار گيرند. به دليل اين كه تغييرات بنيادين به هنگام انجام فرآيند طراحي پرهزينه اند، تأثير مدل سازي تحليلي محاسباتي برجزئيات طرح نهايي اندك است؛ از اين رو روند سنتي، توان طراحي on-line را ندارد. طراحي برهم كنشي (Collaboratire) كه درآن مهندس، روند پويايي را براي طراحي درپيش مي گيرد، نيازمند كسب درك آني از عملكرد طبيعي كار نيروگاه است. روند قديمي همچنين اجازه كاوش درباره پرسش هاي مهندسان، طراحان و مديران را نمي دهد. اين شيوه كار تعداد راه حل هاي فراروي گروه هاي طراحي را محدود و خلاقيت در روند طراحي را ضعيف مي كند. پرسش هايي همچون «چه مي شد اگر» كه از اركان اساسي طراحي است، زياد پرسيده نمي شود.
مهندسي مجازي با آفريدن فضاي كاري مجازي و ارتقاي بسياري از فناوري هاي محاسباتي پيچيده همچون مهندسي و طراحي به كمك رايانه(CAD)، ديناميك تحليلي سيالات، آناليز المان محدود، محاسبات پرسرعت، كنترل فرآيند هوشمند، مديريت اطلاعات و تجهيزات واقعيت مجازي پيشرفته، راهي براي چيرگي بر مشکلات طراحي مي جويد. اين محيط کار مهندسي تمام فعاليت هاي نيروگاهي، نتايج تحليلي، مدل هاي اقتصادي و هر گونه اطلاعات کيفيتي و کميتي را که براي فرآيند طراحي مهندسي لازم است، در بر مي گيرد.
اين محدوده وسيع از اطلاعات و توانمندي ها، تمام متوليان را قادر مي سازد که به طور کامل و با فهم عميق تر و دقيق تر، تحليل ها و نتايج را بررسي و بيشترين بهره را از همين نتايج برداشت کنند و راهکارهاي مهندسي نوآورانه تري را به بوته آزمايش بگذارند.
تکنيک هاي مهندسي مجازي نيازمند گردآوري اطلاعات از منابعي گوناگون است که تمام مراحل تولد تا مرگ يک نيروگاه را بررسي مي كنند و از آن پس، قضاوت مهندسي و تجربه را با هم در مي آميزند تا اطلاعات خام را به دانشي کاربردي تبديل كنند. اطلاعات اگر به گونه اي مؤثر به بشر عرضه شوند، امکان تحليل الگوهاي پيچيده، ساخت فرصت هاي نو و آناليز فرآيندهاي جانشين را در اختيار او مي گذارند. با عجين ساختن برنامه هاي شبيه سازي، نقشه هاي با اندازه هاي دقيق و محصولات بينايي مجازي با دقت بالا مي توان بازرسي شبيه به بازرسي با حضور فيزيکي در محل را شبيه سازي کرد. در چنين محيطي، افرادي با رشته هاي تحصيلي متفاوت اما با هدفي مشترک، امکان همکاري دو جانبه دارند. اين همکاري منشأ فرصت هاي بي نظيري براي بهينه سازي طرح، رويارويي با موارد پيش بيني نشده و ارتقاي توانمندي حل مسائل خواهد بود.
براي همراه ساختن تمام اين بخش ها در يک محيط آشنا و طبيعي، نياز به نرم افزاري بسيار توانمند است. گروه پژوهشي مهندسي مجازي دانشگاه ايالتي آيوا، اين نرم افزار را ساخته است. ابزار مهندسي مجازي آن کيت VE-Suite است که از سه موتور نرم افزاري اصلي VE-Xplore، VE-CE و VE-Conductor تشکيل شده است که وظيفه انتقال داده ها از مهندسي طراح به اجزاي مجازي را برعهده دارند.
VE-CE وظيفه سينکرونيزه کردن داده ها در ميان تحليل هاي متفاوت، مدل هاي فرآيندها و موتور نرم افزار را برعهده دارد. VE-Xplore محيط تصميم گيري است و به مهندس طراح اجازه مي دهد که با مدل هاي تجهيزات در يک محيط مجازي کار کند. VE-Conductor سازكار کنترلي مهندسي براي کنترل مدل ها و ديگر اطلاعات خواهد بود. با يک استاندارد Open-Source، VE-Open به نرم افزار VE-Suite اين امکان داده مي شود که مهندس طراح و ديگر متوليان به تمام اطلاعات نيروگاه مجازي دسترسي داشته باشند. هدف اصلي از به کارگيري VE-Suite توانمند کردن کاربران براي به کارگيري اجزاي (نيروگاه) و مدل هاي گرافيکي دوبعدي و سه بعدي آنها براي طراحي قطعات و اجزاي جديد در نيروگاه است.
محاسباتي که مي بايد به دقت در طراحي نيروگاه ها به کار گرفته شوند، مربوط به جريان سيال، انتقال جرم، حرارت و واکنش هاي شيميايي اثرگذار بر عملکرد نيروگاه هستند؛ از اين رو مي توان اميدوار بود که نيروگاه هايي با خروجي گازهاي آلاينده نزديک به صفر، درآينده اي نزديک توليد شوند.
موفق باشید
spow
اخراجی موقت
پمپ هاي هيدروليکي
با توجه به نفوذ روز افزون سيستم هاي هيدروليکي در صنايع مختلف وجود پمپ هايي با توان و فشار هاي مختلف بيش از پيش مورد نياز است . پمپ به عنوان قلب سيستم هيدروليک انرژي مکانيکي را که توسط موتورهاي الکتريکي، احتراق داخلي و ... تامين مي گردد به انرژي هيدروليکي تبديل مي کند. در واقع پمپ در يک سيکل هيدروليکي يا نيوماتيکي انرژي سيال را افزايش مي دهد تا در مکان مورد نياز اين انرژي افزوده به کار مطلوب تبديل گردد.
فشار اتمسفر در اثر خلا نسبي بوجود آمده به خاطر عملکرد اجزاي مکانيکي پمپ ، سيال را مجبور به حرکت به سمت مجراي ورودي آن نموده تا توسط پمپ به ساير قسمت هاي مدار هيدروليک رانده شود.
حجم روغن پر فشار تحويل داده شده به مدار هيدروليکي بستگي به ظرفيت پمپ و در نتيجه به حجم جابه جا شده سيال در هر دور و تعداد دور پمپ دارد. ظرفيت پمپ با واحد گالن در دقيقه يا ليتر بر دقيقه بيان مي شود.
نکته قابل توجه در در مکش سيال ارتفاع عمودي مجاز پمپ نسبت به سطح آزاد سيال مي باشد ، در مورد روغن اين ارتفاع نبايد بيش از 10 متر باشد زيرا بر اثر بوجود آمدن خلا نسبي اگر ارتفاع بيش از 10 متر باشد روغن جوش آمده و بجاي روغن مايع ، بخار روغن وارد پمپ شده و در کار سيکل اختلال بوجود خواهد آورد . اما در مورد ارتفاع خروجي پمپ هيچ محدوديتي وجود ندارد و تنها توان پمپ است که مي تواند آن رامعين کند.
پمپ ها در صنعت هيدروليک به دو دسته کلي تقسيم مي شوند :
1- پمپ ها با جا به جايي غير مثبت ( پمپ هاي ديناميکي)
2- پمپ هاي با جابه جايي مثبت
پمپ ها با جا به جايي غير مثبت : توانايي مقاومت در فشار هاي بالا را ندارند و به ندرت در صنعت هيدروليک مورد استفاده قرار مي گيرند و معمولا به عنوان انتقال اوليه سيال از نقطه اي به نقطه ديگر بکار گرفته مي شوند. بطور کلي اين پمپ ها براي سيستم هاي فشار پايين و جريان بالا که حداکثر ظرفيت فشاري آنها به 250psi تا3000si محدود مي گردد مناسب است. پمپ هاي گريز از مرکز (سانتريفوژ) و محوري نمونه کاربردي پمپ هاي با جابجايي غير مثبت مي باشد.
پمپ هاي با جابجايي مثبت : در اين پمپ ها به ازاي هر دور چرخش محور مقدار معيني از سيال به سمت خروجي فرستاده مي شود و توانايي غلبه بر فشار خروجي و اصطکاک را دارد . اين پمپ ها مزيت هاي بسياري نسبت به پمپ هاي با جابه جايي غير مثبت دارند مانند مانند ابعاد کوچکتر ، بازده حجمي بالا ، انعطاف پذيري مناسب و توانايي کار در فشار هاي بالا ( حتي بيشتر از psi)
پمپ ها با جابه جايي مثبت از نظر ساختمان :
1- پمپ هاي دنده اي
2 - پمپ هاي پره اي
3- پمپ هاي پيستوني
پمپ ها با جابه جايي مثبت از نظر ميزان جابه جايي :
1- پمپ ها با جا به جايي ثابت
2- پمپ هاي با جابه جايي متغيير
در يک پمپ با جابه جايي ثابت (Fixed Displacement) ميزان سيال پمپ شده به ازاي هر يک دور چرخش محور ثابت است در صورتيکه در پمپ هاي با جابه جايي متغير (Variable Displacement) مقدار فوق بواسطه تغيير در ارتباط بين اجزاء پمپ قابل کم يا زياد کردن است. به اين پمپ ها ، پمپ ها ي دبي متغير نيز مي گويند.
بايد بدانيم که پمپ ها ايجاد فشار نمي کنند بلکه توليد جريان مي نمايند. در واقع در يک سيستم هيدروليک فشار بيانگر ميزان مقاومت در مقابل خروجي پمپ است اگر خروجي در فشار يک اتمسفر باشد به هيچ وجه فشار خروجي پمپ بيش از يک اتمسفر نخواهد شد .همچنين اگر خروجي در فشار 100 اتمسفر باشد براي به جريان افتادن سيال فشاري معادل 100 اتمسفر در سيال بوجود مي آيد.
پمپ هاي دنده اي Gear Pump
اين پمپ ها به دليل طراحي آسان ، هزينه ساخت پايين و جثه کوچک و جمع و جور در صنعت کاربرد زيادي پيدا کرده اند . ولي از معايب اين پمپ ها مي توان به کاهش بازده آنها در اثر فرسايش قطعات به دليل اصطکاک و خوردگي و در نتيجه نشت روغن در قسمت هاي داخلي آن اشاره کرد. اين افت فشار بيشتر در نواحي بين دنده ها و پوسته و بين دنده ها قابل مشاهده است.
پمپ ها ي دنده اي :
1- دنده خارجي External Gear Pumps
2– دنده داخلي Internal Gear Pumps
3- گوشواره اي Lobe Pumps
4- پيچي Screw Pumps
5- ژيروتور Gerotor Pumps
1- دنده خارجي External Gear Pumps
در اين پمپ ها يکي از چرخ دنده ها به محرک متصل بوده و چرخ دنده ديگر هرزگرد مي باشد. با چرخش محور محرک و دور شدن دنده هاي چرخ دنده ها از هم با ايجاد خلاء نسبي روغن به فضاي بين چرخ دنده ها و پوسته کشيده شده و به سمت خروجي رانده مي شود.
لقي بين پوسته و دنده ها در اينگونه پمپ ها حدود ( (0.025 mm مي باشد.
افت داخلي جريان به خاطر نشست روغن در فضاي موجود بين پوسته و چرخ دنده است که لغزش پمپ (Volumetric efficiency ) نام دارد.
با توجه به دور هاي بالاي پمپ که تا rpm 2700 مي رسد پمپاژ بسيار سريع انجام مي شود، اين مقدار در پمپ ها ي دنده اي با جابه جايي متغيير مي تواند از 750 rpm تا 1750 rpm متغيير باشد. پمپ ها ي دنده اي براي فشارهاي تا (كيلوگرم بر سانتي متر مربع200 ) 3000 psi طراحي شده اند که البته اندازه متداول آن 1000 psi است.
2– دنده داخلي Internal Gear Pumps
اين پمپ ها بيشتر به منظور روغنکاري و تغذيه در فشار هاي کمتر از 1000 psi استفاده مي شود ولي در انواع چند مرحله اي دسترسي به محدوده ي فشاري در حدود 4000 psi نيز امکان پذير است. کاهش بازدهي در اثر سايش در پمپ هاي دنده اي داخلي بيشتر از پمپ هاي دنده اي خارجي است.
3- پمپ هاي گوشواره اي Lobe Pumps
اين پمپ ها از خانواده پمپ هاي دنده اي هستند که آرامتر و بي صداتر از ديگر پمپ هاي اين خانواده عمل مي نمايد زيرا هر دو دنده آن داراي محرک خارجي بوده و دنده ها با يکديگر درگير نمي شوند. اما به خاطر داشتن دندانه هاي کمتر خروجي ضربان بيشتري دارد ولي جابه جايي حجمي بيشتري نسبت به ساير پمپ هاي دنده اي خواهد داشت.
4- پمپ هاي پيچي Screw Pumps
پمپ پيچي يک پمپ دنده اي با جابه جايي مثبت و جريان محوري بوده که در اثر درگيري سه پيچ دقيق (سنگ خورده) درون محفظه آب بندي شده جرياني کاملا آرام ، بدون ضربان و با بازده بالا توليد مي کند. دو روتور هرزگرد به عنوان آب بندهاي دوار عمل نموده و باعث رانده شدن سيال در جهت مناسب مي شوند.حرکت آرام بدون صدا و ارتعاش ، قابليت کا با انواع سيال ، حداقل نياز به روغنکاري ، قابليت پمپاژ امولسيون آب ، روغن و عدم ايجاد اغتشاش زياد در خروجي از مزاياي جالب اين پمپ مي باشد.
5- پمپ هاي ژيروتور Gerotor Pumps
عملکرد اين پمپها شبيه پمپ هاي چرخ دنده داخلي است. در اين پمپ ها عضو ژيروتور توسط محرک خارجي به حرکت در مي آيد و موجب چرخيدن روتور چرخ دندهاي درگير با خود مي شود.
در نتيجه اين مکانيزم درگيري ، آب بندي بين نواحي پمپاژ تامين مي گردد. عضو ژيروتور داراي يک چرخ دندانه کمتر از روتور چرخ دنده داخلي مي باشد.
حجم دندانه کاسته شده ضرب در تعداد چرخ دندانه چرخ دنده محرک ، حجم سيال پمپ شده به ازاي هر دور چرخش محور را مشخص مي نمايد.
پمپ هاي پره اي :
به طور کلي پمپ هاي پره اي به عنوان پمپ هاي فشار متوسط در صنايع مورد استفاده قرار مي گيرند. سرعت آنها معمولا از 1200 rpm تا 1750 rpm بوده و در مواقع خاص تا 2400 rpm نيز ميرسد. بازده حجمي اين پمپ ها 85% تا 90% است اما بازده کلي آنها به دليل نشت هاي موجود در اطراف روتور پايين است ( حدود 75% تا 80% ). عمدتا اين پمپها آرام و بي سر و صدا کار مي کنند ، از مزاياي جالب اين پمپ ها اين است که در صورت بروز اشکال در ساختمان پمپ بدون جدا کردن لوله هاي ورودي و خروجي قابل تعمير است.
فضاي بين روتور و رينگ بادامکي در در نيم دور اول چرخش محور ، افزيش يافته و انبساط حجمي حاصله باعث کاهش فشار و ايجاد مکش مي گردد، در نتيجه سيال به طرف مجراي ورودي پمپ جريان مي يابد. در نيم دور دوم با کم شدن فضاي بين پره ها سيال که در اين فضاها قرار دارد با فشار به سمت خروجي رانده مي شود. همانطور که در شکل مي بينيد جريان بوجود آمده به ميزان خروج از مرکز(فاصله دو مركز) محور نسبت به روتور پمپ بستگي دارد و اگر اين فاصله به صفر برسد ديگر در خروجي جرياني نخواهيم داشت.
پمپ هاي پره اي که قابليت تنظيم خروج از مرکز را دارند مي توانند دبي هاي حجمي متفاوتي را به سيستم تزريق کنند به اين پمپ ها ، جابه جايي متغيير مي گويند. به خاطر وجود خروج از مرکز محور از روتور(عدم تقارن) بار جانبي وارد بر ياتاقان ها افزايش مي يابد و در فشار هاي بالا ايجاد مشکل مي کند.
براي رفع اين مشکل از پمپ هاي پره اي متقارن (بالانس) استفاده مي کنند. شکل بيضوي پوسته در اين پمپ ها باعث مي شود که مجاري ورودي و خروجي نظير به نظير رو به روي هم قرار گيرند و تعادل هيدروليکي برقرار گردد. با اين ترفند بار جانبي وارد بر ياتاقان ها کاهش يافته اما عدم قابليت تغيير در جابه جايي از معايب اين پمپ ها به شمار مي آيد .( چون خروج از مرکز وجود نخواهد داشت)
حداکثر فشار قابل دستيابي در پمپ هاي پره اي حدود 3000 psi است.
پمپ هاي پيستوني
پمپ هاي پيستوني با دارا بودن بيشترين نسبت توان به وزن، از گرانترين پمپ ها هستند و در صورت آب بندي دقيق پيستون ها مي تواند بالا ترين بازدهي را داشته باشند. معمولا جريان در اين پمپ ها بدون ضربان بوده و به دليل عدم وارد آمدن بار جانبي به پيستونها داراي عمر طولاني مي باشند، اما به خاطر ساختار پيچيده تعمير آن مشکل است.
از نظر طراحي پمپ هاي پيستوني به دو دسته شعاعي و محوري تقسيم مي شوند.
پمپ هاي پيستوني محوري با محور خميده (Axial piston pumps(bent-axis type)) :
در اين پمپ ها خط مرکزي بلوک سيلندر نسبت به خط مرکزي محور محرک در موقعيت زاويه اي مشخصي قرار دارد ميله پيستون توسط اتصالات کروي (Ball & socket joints)به فلنج محور محرک متصل هستند به طوري که تغيير فاصله بين فلنج محرک و بلوک سيلندر باعث حرکت رفت و برگشت پيستون ها در سيلندر مي شود. يک اتصال يونيورسال ( Universal link) بلوک سيلندر را به محور محرک متصل مي کند.
ميزان خروجي پمپ با تغيير زاويه بين دو محور پمپ قابل تغيير است.در زاويه صفر خروجي وجود ندارد و بيشينه خروجي در زاويه 30 درجه بدست خواهد آمد.
پمپ هاي پيستوني محوري با صفحه زاويه گير (Axial piston pumps(Swash plate)) :
در اين نوع پمپ ها محوربلوک سيلندر و محور محرک در يک راستا قرار مي گيرند و در حين حرکت دوراني به خاطر پيروي از وضعيت صفحه زاويه گير پيستون ها حرکت رفت و برگشتي انجام خواهند داد ، با اين حرکت سيال را از ورودي مکيده و در خروجي پمپ مي کنند. اين پمپ ها را مي توان با خاصيت جابه جايي متغير نيز طراحي نمود . در پمپ هاي با جابه جايي متغيير وضعيت صفحه زاويه گير توسط مکانيزم هاي دستي ، سرو کنترل و يا از طريق سيستم جبران کننده تنظيم مي شود. حداکثر زاويه صفحه زاويه گير حدود 17.5 درجه مي باشد.
پمپ هاي پيستوني شعاعي (Radial piston pumps)
در اين نوع پمپ ها ، پيستون ها در امتداد شعاع قرار ميگيرند.پيستون ها در نتيجه نيروي گريز از مرکز و فشار سيال پشت آنها همواره با سطح رينگ عکس العمل در تماسند.
براي پمپ نمودن سيال رينگ عکس العمل بايد نسبت به محور محرک خروج از مرکز داشته باشد ( مانند شکل ) در ناحيه اي که پيستون ها از محور روتور فاصله دارند خلا نسبي بوجود آمده در نتيجه مکش انجام ميگيرد ، در ادامه دوران روتور، پيستون ها به محور نزديک شده و سيال موجود در روتور را به خروجي پمپ مي کند. در انواع جابه جايي متغيير اين پمپ ها با تغيير ميزان خروج از مرکز رينگ عکس العمل نسبت به محور محرک مي توان مقدار خروجي سيستم را تغيير داد.
پمپ هاي پلانچر (Plunger pumps)
پمپ هاي پلانچر يا پمپ هاي پيستوني رفت و برگشتي با ظرفيت بالا در هيدروليک صنعتي کاربرد دارند. ظرفيت برخي از اين پمپ ها به حدود چند صد گالن بر دقيقه مي رسد.
پيستون ها در فضاي بالاي يک محور بادامکي (شامل تعدادي رولر برينگ خارج از مرکز) در آرايش خطي قرار گرفته اند. ورود و خروج سيال به سيلندر ها از طريق سوپاپ ها(شير هاي يک ترفه) انجام مي گيرد.
راندمان پمپ ها (Pump performance):
بازده يک پمپ بطور کلي به ميزان تلرانسها و دقت بکار رفته در ساخت ، وضعيت مکانيکي اجزاء و بالانس فشار بستگي دارد. در مورد پمپ ها سه نوع بازده محاسبه مي شود:
1- بازده حجمي که مشخص کننده ميزان نشتي در پمپ است و از رابطه زير بدست مي آيد
( دبي تئوري كه پمپ بايد توليد كند /ميزان دبي حقيقي پمپ )=بازده حجمي
2- بازده مکانيکي که مشخص کننده ميزان اتلاف انرژي در اثر عواملي مانند اصطکاک در ياتاقان ها و اجزاي درگير و همچنين اغتشاش در سيال مي باشد.
= بازده مکانيکي
(قدرت حقيقي داده شده به پمپ /قدرت تئوري مورد نياز جهت کار پمپ )
3- بازده کلي که مشخص کننده کل اتلاف انرژي در يک پمپ بوده و برابر حاصضرب بازده مکانيکي در بازده حجمي مي باشد.
با توجه به نفوذ روز افزون سيستم هاي هيدروليکي در صنايع مختلف وجود پمپ هايي با توان و فشار هاي مختلف بيش از پيش مورد نياز است . پمپ به عنوان قلب سيستم هيدروليک انرژي مکانيکي را که توسط موتورهاي الکتريکي، احتراق داخلي و ... تامين مي گردد به انرژي هيدروليکي تبديل مي کند. در واقع پمپ در يک سيکل هيدروليکي يا نيوماتيکي انرژي سيال را افزايش مي دهد تا در مکان مورد نياز اين انرژي افزوده به کار مطلوب تبديل گردد.
فشار اتمسفر در اثر خلا نسبي بوجود آمده به خاطر عملکرد اجزاي مکانيکي پمپ ، سيال را مجبور به حرکت به سمت مجراي ورودي آن نموده تا توسط پمپ به ساير قسمت هاي مدار هيدروليک رانده شود.
حجم روغن پر فشار تحويل داده شده به مدار هيدروليکي بستگي به ظرفيت پمپ و در نتيجه به حجم جابه جا شده سيال در هر دور و تعداد دور پمپ دارد. ظرفيت پمپ با واحد گالن در دقيقه يا ليتر بر دقيقه بيان مي شود.
نکته قابل توجه در در مکش سيال ارتفاع عمودي مجاز پمپ نسبت به سطح آزاد سيال مي باشد ، در مورد روغن اين ارتفاع نبايد بيش از 10 متر باشد زيرا بر اثر بوجود آمدن خلا نسبي اگر ارتفاع بيش از 10 متر باشد روغن جوش آمده و بجاي روغن مايع ، بخار روغن وارد پمپ شده و در کار سيکل اختلال بوجود خواهد آورد . اما در مورد ارتفاع خروجي پمپ هيچ محدوديتي وجود ندارد و تنها توان پمپ است که مي تواند آن رامعين کند.
پمپ ها در صنعت هيدروليک به دو دسته کلي تقسيم مي شوند :
1- پمپ ها با جا به جايي غير مثبت ( پمپ هاي ديناميکي)
2- پمپ هاي با جابه جايي مثبت
پمپ ها با جا به جايي غير مثبت : توانايي مقاومت در فشار هاي بالا را ندارند و به ندرت در صنعت هيدروليک مورد استفاده قرار مي گيرند و معمولا به عنوان انتقال اوليه سيال از نقطه اي به نقطه ديگر بکار گرفته مي شوند. بطور کلي اين پمپ ها براي سيستم هاي فشار پايين و جريان بالا که حداکثر ظرفيت فشاري آنها به 250psi تا3000si محدود مي گردد مناسب است. پمپ هاي گريز از مرکز (سانتريفوژ) و محوري نمونه کاربردي پمپ هاي با جابجايي غير مثبت مي باشد.
پمپ هاي با جابجايي مثبت : در اين پمپ ها به ازاي هر دور چرخش محور مقدار معيني از سيال به سمت خروجي فرستاده مي شود و توانايي غلبه بر فشار خروجي و اصطکاک را دارد . اين پمپ ها مزيت هاي بسياري نسبت به پمپ هاي با جابه جايي غير مثبت دارند مانند مانند ابعاد کوچکتر ، بازده حجمي بالا ، انعطاف پذيري مناسب و توانايي کار در فشار هاي بالا ( حتي بيشتر از psi)
پمپ ها با جابه جايي مثبت از نظر ساختمان :
1- پمپ هاي دنده اي
2 - پمپ هاي پره اي
3- پمپ هاي پيستوني
پمپ ها با جابه جايي مثبت از نظر ميزان جابه جايي :
1- پمپ ها با جا به جايي ثابت
2- پمپ هاي با جابه جايي متغيير
در يک پمپ با جابه جايي ثابت (Fixed Displacement) ميزان سيال پمپ شده به ازاي هر يک دور چرخش محور ثابت است در صورتيکه در پمپ هاي با جابه جايي متغير (Variable Displacement) مقدار فوق بواسطه تغيير در ارتباط بين اجزاء پمپ قابل کم يا زياد کردن است. به اين پمپ ها ، پمپ ها ي دبي متغير نيز مي گويند.
بايد بدانيم که پمپ ها ايجاد فشار نمي کنند بلکه توليد جريان مي نمايند. در واقع در يک سيستم هيدروليک فشار بيانگر ميزان مقاومت در مقابل خروجي پمپ است اگر خروجي در فشار يک اتمسفر باشد به هيچ وجه فشار خروجي پمپ بيش از يک اتمسفر نخواهد شد .همچنين اگر خروجي در فشار 100 اتمسفر باشد براي به جريان افتادن سيال فشاري معادل 100 اتمسفر در سيال بوجود مي آيد.
پمپ هاي دنده اي Gear Pump
اين پمپ ها به دليل طراحي آسان ، هزينه ساخت پايين و جثه کوچک و جمع و جور در صنعت کاربرد زيادي پيدا کرده اند . ولي از معايب اين پمپ ها مي توان به کاهش بازده آنها در اثر فرسايش قطعات به دليل اصطکاک و خوردگي و در نتيجه نشت روغن در قسمت هاي داخلي آن اشاره کرد. اين افت فشار بيشتر در نواحي بين دنده ها و پوسته و بين دنده ها قابل مشاهده است.
پمپ ها ي دنده اي :
1- دنده خارجي External Gear Pumps
2– دنده داخلي Internal Gear Pumps
3- گوشواره اي Lobe Pumps
4- پيچي Screw Pumps
5- ژيروتور Gerotor Pumps
1- دنده خارجي External Gear Pumps
در اين پمپ ها يکي از چرخ دنده ها به محرک متصل بوده و چرخ دنده ديگر هرزگرد مي باشد. با چرخش محور محرک و دور شدن دنده هاي چرخ دنده ها از هم با ايجاد خلاء نسبي روغن به فضاي بين چرخ دنده ها و پوسته کشيده شده و به سمت خروجي رانده مي شود.
لقي بين پوسته و دنده ها در اينگونه پمپ ها حدود ( (0.025 mm مي باشد.
افت داخلي جريان به خاطر نشست روغن در فضاي موجود بين پوسته و چرخ دنده است که لغزش پمپ (Volumetric efficiency ) نام دارد.
با توجه به دور هاي بالاي پمپ که تا rpm 2700 مي رسد پمپاژ بسيار سريع انجام مي شود، اين مقدار در پمپ ها ي دنده اي با جابه جايي متغيير مي تواند از 750 rpm تا 1750 rpm متغيير باشد. پمپ ها ي دنده اي براي فشارهاي تا (كيلوگرم بر سانتي متر مربع200 ) 3000 psi طراحي شده اند که البته اندازه متداول آن 1000 psi است.
2– دنده داخلي Internal Gear Pumps
اين پمپ ها بيشتر به منظور روغنکاري و تغذيه در فشار هاي کمتر از 1000 psi استفاده مي شود ولي در انواع چند مرحله اي دسترسي به محدوده ي فشاري در حدود 4000 psi نيز امکان پذير است. کاهش بازدهي در اثر سايش در پمپ هاي دنده اي داخلي بيشتر از پمپ هاي دنده اي خارجي است.
3- پمپ هاي گوشواره اي Lobe Pumps
اين پمپ ها از خانواده پمپ هاي دنده اي هستند که آرامتر و بي صداتر از ديگر پمپ هاي اين خانواده عمل مي نمايد زيرا هر دو دنده آن داراي محرک خارجي بوده و دنده ها با يکديگر درگير نمي شوند. اما به خاطر داشتن دندانه هاي کمتر خروجي ضربان بيشتري دارد ولي جابه جايي حجمي بيشتري نسبت به ساير پمپ هاي دنده اي خواهد داشت.
4- پمپ هاي پيچي Screw Pumps
پمپ پيچي يک پمپ دنده اي با جابه جايي مثبت و جريان محوري بوده که در اثر درگيري سه پيچ دقيق (سنگ خورده) درون محفظه آب بندي شده جرياني کاملا آرام ، بدون ضربان و با بازده بالا توليد مي کند. دو روتور هرزگرد به عنوان آب بندهاي دوار عمل نموده و باعث رانده شدن سيال در جهت مناسب مي شوند.حرکت آرام بدون صدا و ارتعاش ، قابليت کا با انواع سيال ، حداقل نياز به روغنکاري ، قابليت پمپاژ امولسيون آب ، روغن و عدم ايجاد اغتشاش زياد در خروجي از مزاياي جالب اين پمپ مي باشد.
5- پمپ هاي ژيروتور Gerotor Pumps
عملکرد اين پمپها شبيه پمپ هاي چرخ دنده داخلي است. در اين پمپ ها عضو ژيروتور توسط محرک خارجي به حرکت در مي آيد و موجب چرخيدن روتور چرخ دندهاي درگير با خود مي شود.
در نتيجه اين مکانيزم درگيري ، آب بندي بين نواحي پمپاژ تامين مي گردد. عضو ژيروتور داراي يک چرخ دندانه کمتر از روتور چرخ دنده داخلي مي باشد.
حجم دندانه کاسته شده ضرب در تعداد چرخ دندانه چرخ دنده محرک ، حجم سيال پمپ شده به ازاي هر دور چرخش محور را مشخص مي نمايد.
پمپ هاي پره اي :
به طور کلي پمپ هاي پره اي به عنوان پمپ هاي فشار متوسط در صنايع مورد استفاده قرار مي گيرند. سرعت آنها معمولا از 1200 rpm تا 1750 rpm بوده و در مواقع خاص تا 2400 rpm نيز ميرسد. بازده حجمي اين پمپ ها 85% تا 90% است اما بازده کلي آنها به دليل نشت هاي موجود در اطراف روتور پايين است ( حدود 75% تا 80% ). عمدتا اين پمپها آرام و بي سر و صدا کار مي کنند ، از مزاياي جالب اين پمپ ها اين است که در صورت بروز اشکال در ساختمان پمپ بدون جدا کردن لوله هاي ورودي و خروجي قابل تعمير است.
فضاي بين روتور و رينگ بادامکي در در نيم دور اول چرخش محور ، افزيش يافته و انبساط حجمي حاصله باعث کاهش فشار و ايجاد مکش مي گردد، در نتيجه سيال به طرف مجراي ورودي پمپ جريان مي يابد. در نيم دور دوم با کم شدن فضاي بين پره ها سيال که در اين فضاها قرار دارد با فشار به سمت خروجي رانده مي شود. همانطور که در شکل مي بينيد جريان بوجود آمده به ميزان خروج از مرکز(فاصله دو مركز) محور نسبت به روتور پمپ بستگي دارد و اگر اين فاصله به صفر برسد ديگر در خروجي جرياني نخواهيم داشت.
پمپ هاي پره اي که قابليت تنظيم خروج از مرکز را دارند مي توانند دبي هاي حجمي متفاوتي را به سيستم تزريق کنند به اين پمپ ها ، جابه جايي متغيير مي گويند. به خاطر وجود خروج از مرکز محور از روتور(عدم تقارن) بار جانبي وارد بر ياتاقان ها افزايش مي يابد و در فشار هاي بالا ايجاد مشکل مي کند.
براي رفع اين مشکل از پمپ هاي پره اي متقارن (بالانس) استفاده مي کنند. شکل بيضوي پوسته در اين پمپ ها باعث مي شود که مجاري ورودي و خروجي نظير به نظير رو به روي هم قرار گيرند و تعادل هيدروليکي برقرار گردد. با اين ترفند بار جانبي وارد بر ياتاقان ها کاهش يافته اما عدم قابليت تغيير در جابه جايي از معايب اين پمپ ها به شمار مي آيد .( چون خروج از مرکز وجود نخواهد داشت)
حداکثر فشار قابل دستيابي در پمپ هاي پره اي حدود 3000 psi است.
پمپ هاي پيستوني
پمپ هاي پيستوني با دارا بودن بيشترين نسبت توان به وزن، از گرانترين پمپ ها هستند و در صورت آب بندي دقيق پيستون ها مي تواند بالا ترين بازدهي را داشته باشند. معمولا جريان در اين پمپ ها بدون ضربان بوده و به دليل عدم وارد آمدن بار جانبي به پيستونها داراي عمر طولاني مي باشند، اما به خاطر ساختار پيچيده تعمير آن مشکل است.
از نظر طراحي پمپ هاي پيستوني به دو دسته شعاعي و محوري تقسيم مي شوند.
پمپ هاي پيستوني محوري با محور خميده (Axial piston pumps(bent-axis type)) :
در اين پمپ ها خط مرکزي بلوک سيلندر نسبت به خط مرکزي محور محرک در موقعيت زاويه اي مشخصي قرار دارد ميله پيستون توسط اتصالات کروي (Ball & socket joints)به فلنج محور محرک متصل هستند به طوري که تغيير فاصله بين فلنج محرک و بلوک سيلندر باعث حرکت رفت و برگشت پيستون ها در سيلندر مي شود. يک اتصال يونيورسال ( Universal link) بلوک سيلندر را به محور محرک متصل مي کند.
ميزان خروجي پمپ با تغيير زاويه بين دو محور پمپ قابل تغيير است.در زاويه صفر خروجي وجود ندارد و بيشينه خروجي در زاويه 30 درجه بدست خواهد آمد.
پمپ هاي پيستوني محوري با صفحه زاويه گير (Axial piston pumps(Swash plate)) :
در اين نوع پمپ ها محوربلوک سيلندر و محور محرک در يک راستا قرار مي گيرند و در حين حرکت دوراني به خاطر پيروي از وضعيت صفحه زاويه گير پيستون ها حرکت رفت و برگشتي انجام خواهند داد ، با اين حرکت سيال را از ورودي مکيده و در خروجي پمپ مي کنند. اين پمپ ها را مي توان با خاصيت جابه جايي متغير نيز طراحي نمود . در پمپ هاي با جابه جايي متغيير وضعيت صفحه زاويه گير توسط مکانيزم هاي دستي ، سرو کنترل و يا از طريق سيستم جبران کننده تنظيم مي شود. حداکثر زاويه صفحه زاويه گير حدود 17.5 درجه مي باشد.
پمپ هاي پيستوني شعاعي (Radial piston pumps)
در اين نوع پمپ ها ، پيستون ها در امتداد شعاع قرار ميگيرند.پيستون ها در نتيجه نيروي گريز از مرکز و فشار سيال پشت آنها همواره با سطح رينگ عکس العمل در تماسند.
براي پمپ نمودن سيال رينگ عکس العمل بايد نسبت به محور محرک خروج از مرکز داشته باشد ( مانند شکل ) در ناحيه اي که پيستون ها از محور روتور فاصله دارند خلا نسبي بوجود آمده در نتيجه مکش انجام ميگيرد ، در ادامه دوران روتور، پيستون ها به محور نزديک شده و سيال موجود در روتور را به خروجي پمپ مي کند. در انواع جابه جايي متغيير اين پمپ ها با تغيير ميزان خروج از مرکز رينگ عکس العمل نسبت به محور محرک مي توان مقدار خروجي سيستم را تغيير داد.
پمپ هاي پلانچر (Plunger pumps)
پمپ هاي پلانچر يا پمپ هاي پيستوني رفت و برگشتي با ظرفيت بالا در هيدروليک صنعتي کاربرد دارند. ظرفيت برخي از اين پمپ ها به حدود چند صد گالن بر دقيقه مي رسد.
پيستون ها در فضاي بالاي يک محور بادامکي (شامل تعدادي رولر برينگ خارج از مرکز) در آرايش خطي قرار گرفته اند. ورود و خروج سيال به سيلندر ها از طريق سوپاپ ها(شير هاي يک ترفه) انجام مي گيرد.
راندمان پمپ ها (Pump performance):
بازده يک پمپ بطور کلي به ميزان تلرانسها و دقت بکار رفته در ساخت ، وضعيت مکانيکي اجزاء و بالانس فشار بستگي دارد. در مورد پمپ ها سه نوع بازده محاسبه مي شود:
1- بازده حجمي که مشخص کننده ميزان نشتي در پمپ است و از رابطه زير بدست مي آيد
( دبي تئوري كه پمپ بايد توليد كند /ميزان دبي حقيقي پمپ )=بازده حجمي
2- بازده مکانيکي که مشخص کننده ميزان اتلاف انرژي در اثر عواملي مانند اصطکاک در ياتاقان ها و اجزاي درگير و همچنين اغتشاش در سيال مي باشد.
= بازده مکانيکي
(قدرت حقيقي داده شده به پمپ /قدرت تئوري مورد نياز جهت کار پمپ )
3- بازده کلي که مشخص کننده کل اتلاف انرژي در يک پمپ بوده و برابر حاصضرب بازده مکانيکي در بازده حجمي مي باشد.
spow
اخراجی موقت
تاريخچه پيل سوختي
اگر چه پيل‌سوختي به تازگي به عنوان يكي از راهكارهاي توليد انرژي الكتريكي مطرح شده است ولي تاريخچه آن به قرن نوزدهم و كار دانشمند انگليسي سرويليام گرو بر ميگردد. او اولين پيل‌سوختي را در سال 1839 با سرمشق گرفتن از واکنش الکتروليز آب، طي واکنش معکوس و در حضور کاتاليست پلاتين ساخت.
واژه "پيل‌سوختي" در سال 1889 توسط لودويک مند و چارلز لنجر به كار گرفته شد. آنها نوعي پيل‌سوختي که هوا و سوخت ذغال‌سنگ را مصرف مي‌کرد، ساختند. تلاش‌هاي متعددي در اوايل قرن بيستم در جهت توسعه پيل‌سوختي انجام شد که به دليل عدم درک علمي مسئله هيچ يک موفقيت آميز نبود. علاقه به استفاده از پيل سوختي با کشف سوختهاي فسيلي ارزان و رواج موتورهاي بخار کمرنگ گرديد.
فصلي ديگر از تاريخچه تحقيقات پيل‌سوختي توسط فرانسيس بيكن از دانشگاه كمبريج انجام شد. او در سال 1932 بر روي ماشين ساخته شده توسط مند و لنجر اصلاحات بسياري انجام داد. اين اصلاحات شامل جايگزيني كاتاليست گرانقيمت پلاتين با نيكل و همچنين استفاده از هيدروكسيدپتاسيم قليايي به جاي اسيد سولفوريك به دليل مزيت عدم خورندگي آن ميباشد. اين اختراع كه اولين پيل‌سوختي قليايي بود، “Bacon Cell” ناميده شد. او 27 سال تحقيقات خود را ادامه داد تا توانست يك پيل‌سوختي كامل وكارا ارائه نمايد. بيكون در سال 1959 پيل‌سوختي با توان 5 كيلووات را توليد نمود كه مي‌توانست نيروي محركه يك دستگاه جوشكاري را تامين نمايد.
تحقيقات جديد در اين عرصه از اوايل دهه 60 ميلادي با اوج گيري فعاليت‌هاي مربوط به تسخير فضا توسط انسان آغاز شد. مركز تحقيقات ناسا در پي تامين نيرو جهت پروازهاي فضايي با سرنشين بود. ناسا پس از رد گزينه‌هاي موجود نظير باتري (به علت سنگيني)، انرژي خورشيدي(به علت گران بودن) و انرژي هسته‌اي (به علت ريسك بالا) پيل‌سوختي را انتخاب نمود.
تحقيقات در اين زمينه به ساخت پيل‌سوختي پليمري توسط شركت جنرال الكتريك منجر شد. ايالات متحده فنآوري پيل سوختي را در برنامه فضايي Gemini استفاده نمود كه اولين كاربرد تجاري پيل‌سوختي بود.
پرت و ويتني دو سازنده موتور هواپيما پيل‌سوختي قليايي بيكن را به منظور كاهش وزن و افزايش طول عمر اصلاح نموده و آن را در برنامه فضايي آپولو به كار بردند. در هر دو پروژه پيل‌سوختي بعنوان منبع انرژي الكتريكي براي فضاپيما استفاده شدند. اما در پروژه آپولو پيلهاي سوختي براي فضانوردان آب آشاميدني نيز توليد مي‌كرد. پس از کاربرد پيلهاي سوختي در اين پروژه‌ها، دولت‌ها و شركت‌ها به اين فنآوري جديد به عنوان منبع مناسبي براي توليد انرژي پاك در آينده توجه روزافزوني نشان دادند.
از سال 1970 فنآوري پيل‌سوختي براي سيستمهاي زميني توسعه يافت. تحريم نفتي از سال1973-1979 موجب تشديد تلاش دولتمردان امريكا و محققين در توسعه اين فنآوري به جهت قطع وابستگي به واردات نفتي گشت.
در طول دهه 80 تلاش محققين بر تهيه مواد مورد نياز، انتخاب سوخت مناسب و كاهش هزينه استوار بود. همچنين اولين محصول تجاري جهت تامين نيرو محركه خودرو در سال1993 توسط شركت بلارد ارائه شد.
كاربردهاي پيل سوختي نيروگاهي
بازار مولدهاي نيروگاهي پيل‌سوختي بسيار گسترده است و کاربردهاي دولتي، نظامي و صنعتي را شامل ميشود. همچنين به عنوان نيروي پشتيبان در مواقع اضطراري در مخابرات، صنايع پزشکي، ادارات، بيمارستان‌ها، هتل‌هاي بزرگ و سيستمهاي کامپيوتري به کار مي‌رود.
پيلهاي سوختي نسبتاً آرام و بي‌صدا هستند لذا جهت توليد برق محلي مناسبند. علاوه بر کاهش نياز به گسترش شبکه توزيع برق، از گرماي توليدي از اين نيروگاهها ميتوان جهت گرمايش و توليد بخار آب استفاده نمود.
اين نيروگاهها در مصارف کوچک بازدهي الکتريکي بالايي دارند و همچنين در ترکيب با نيروگاههاي گاز طبيعي بازدهي الکتريکي آنها به 70-80% ميرسد.
مزيت ديگر اين نيروگاهها عدم آلودگي محيط زيست است. خروجي نيروگاههاي پيل‌سوختي بخارآب مي باشد.
نيروگاههاي پيل سوختي قابليت استفاده از سوختهاي مختلف مانند متانول، اتانول، هيدروژن، گاز طبيعي، پروپان و بنزين را دارند و مانند ساير نيروگاهها محدود به استفاده از يک منبع انرژي خاص نيست. از زمانيکه اولين پيل‌سوختي نيروگاهي در دهه 60 توليد گشت، تا کنون در مجموع 650 سيستم کامل با توان بيش از 10 کيلووات (ميانگين آن 200 کيلووات است) ساخته شد. تقريباً 90 درصد از اين واحدها با گاز طبيعي تغذيه مي شود. البته استفاده از سوختهاي جايگزين نظير بيوگاز و گاز ذغال نيز پيشرفت قابل ملاحظه‌اي داشته است. در اين بخش نيروگاه انواع متنوع پيل‌سوختي به کار رفته است. در ابتدا از پيل‌سوختي اسيد فسفريک آغاز گرديد و سپس پيل‌سوختي پليمري و پيل‌سوختي کربنات مذاب جايگزين آن گشتند. در حاليکه پيل‌سوختي اکسيد جامد در آينده بازار را به قبضه در خواهد آورد.
در بخش پيلهاي سوختي نيروگاهي کوچک (زير 10 کيلووات) نيز رشد قابل ملاحظه‌اي را شاهد بوديم. تعداد اين واحدها اکنون به 1900 رسيده است. اين سيستم جهت مصارف خانگي و بازارهايي از قبيل UPS ونيروي پشتيبان در اماکن دوردست کاربري دارد. نيمي از محصولات در آمريکاي شمالي توسعه يافته است.
در بخش سيستمهاي نيروگاهي کوچک 20 درصد سهم بازار را پيل‌سوختي اکسيدجامد و مابقي را پيل‌سوختي پليمري تشکيل ميدهد. بازار پيل‌سوختي کوچک در ژاپن که به مصارف خانگي اختصاص دارد، منحصراً با پيل‌سوختي پليمري است و اميد است تا انتهاي سال 2005 محصولات به بازار عرضه گردند.
فروش تعدادي از واحدهاي نيروگاهي کوچک آغاز شده است که از جمله آنها سيستم GenCore شرکت Plug Power مي باشد(توان 5 کيلووات، 15000 دلار)
دولت ژاپن حمايت خود از توسعه پيلهاي سوختي نيروگاهي در ابعاد بزرگ را از سال 1980 آغاز نموده است و شرکت هاي ژاپني گاز توکيو و Osaca از بزرگترين شرکت هاي توسعه دهنده اين فنآوري ميباشند.
انواع پيلهاي سوختي
پيلهاي سوختي در انواع زير موجود ميباشند:
پيلهاي سوختي اسيدفسفريكي
پيلهاي سوختي پليمري
پيلهاي سوختي اكسيد جامد
پيلهاي سوختي قليايي
پيلهاي سوختي متانولي
مزاياي پيل سوختي چيست؟
راندمان بالا، حداقل نشر آلاينده‌هاي زيست محيطي،امكان استفاده از سوختهاي فسيلي و پاك، مدولار بودن و قابليت توليد همزمان حرارت و الكتريسيته و استفاده در كاربردهاي توليد غيرمتمركز انرژي از جمله مزاياي پيل سوختي ميباشند.
روشهاي توليد پيل سوختي
جديدترين راه توليد پيل سوختي
لوى تامپسون، پرفسور مهندسى شيمى و رئيس تيم تحقيقاتى پيل سوختى جديد در اين مورد چنين مى گويد: «ما به سامانه اى رسيده ايم كه بسيار مشابه سامانه هايى است كه براى توليد ابزارهاى ميكرو الكترونيك مورد استفاده قرار مى گيرد.»
روشى كه پرفسور تامپسون و تيم همكار او به آن رسيده اند، استفاده از ميكروفابريكيشن است. ميكروفابريكيشن خلق ساختارهاى فيزيكي، ابزار و مواد مركبى است كه اجزاى تشكل دهنده آنها در حدود يك ميكرومتر هستند. ميكروالكترونيك ها منبع انرژى كالاهاى بسيار زيادى هستند از كارت تبريك صوتى گرفته تا كامپيوترهاى قابل حمل.
تامپسون يكى از بزرگترين موانع استفاده تجارى و گسترده از پيل هاى سوختى را هزينه بالاى ساخت آن مى داند. براى اينكه از اين منبع در مصارف روزمره استفاده كرد، بايد هزينه توليد آن پايين تر بيايد تا مثلا در يك كامپيوتر قابل حمل مورد استفاده قرار گيرد.
در شيوه معمول كنوني، پيل هاى سوختي، مشابه خودروها توليد مى شوند يعنى قطعات مختلف آنها به صورت جداگانه ساخته مى شوند و سپس روى هم سوار مى شوند تا يك پيل سوختى توليد شود. اين كار گستره بسيار زيادى دارد و علاوه بر هزينه بالاى آن، كه به آن اشاره شد نياز به زمان بسيار زيادى دارد. اما گروه تحقيقاتى تامپسون با استفاده از فرآيند پيشرفته ميكروفابريكيشن، نسل جديد پيل هاى سوختى را مى سازد. اين بار به جاى توليد جداگانه پيل سوختي، آنها به صورت لايه لايه ساخته مى شوند، روشى كه در حال حاضر براى ساخت ابزارهاى ميكروالكترونيك مورد استفاده قرار مى گيرد.
محققان دانشگاه ميشيگان اميدوارند با استفاده از اين فن آورى ارزان قيمت و همچنين استفاده از مواد ارزانتر، قيمت پيل هاى سوختى را از 10هزار دلار براى هر كيلو وات به 1000 دلار برسانند.
با اين قيمت، پيل هاى سوختى مى توانند با باترى هاى يون لتييوم كه در سطح وسيع مورد استفاده قرار مى گيرند رقابت كنند.
دانشگاه ميشيگان استفاده از ميكروفابريكيشن براى توليد پيل سوختى را دو سال و نيم پيش آغاز كرد. اولين بازار آنها وسايل برقى است، ولى آنها در گام بعدى مى خواهند از پيل هاى سوختى در اتومبيل ها استفاده كنند.
سوخت تازه براي پيل هاي سوختي
با استفاده از اسيدفرميك به عنوان سوخت غيرقابل اشتعال در پيل هاي سوختي محصولات الكترونيكي قابل حمل بدون اتصال به شبكه برق كار مي كنند. شركت هاي BASE و Tekion توسعه دهنده پيل هاي سوختي مينياتوري براي محصولات قابل حمل به منظور توسعه اسيدفرميك به عنوان سوخت براي فناوري پيل سوختي Tekion تفاهم نامه اي امضا كردند.BASE بزرگترين توليد كننده اسيدفرميك در دنيا محسوب مي شود و قصد دارد با همكاري Tekion، فرمولاسيون مناسبي را براي اسيدفرميك تهيه و آزمايش كند. اين دو شركت همچنين در زمينه توسعه كدها و استانداردهاي مرتبط با اين موضوع نيز فعاليت خواهند داشت و تجربه هايشان را در زمينه سازگاري اين مواد براي پيل هاي سوختي به اشتراك مي گذارند. بر اساس اين گزارش، اولين كاربرد تجاري محصولات Tekion، يك نمونه «بسته انرژي» است كه درون دستگاه هاي الكترونيكي قابل حمل جاي گرفته يا به آنها متصل مي شود تا اين دستگاه ها بتوانند بدون اتصال به شبكه برق كار كنند. اين بسته يك سيستم هيبريدي باتري پيل سوختي مينياتوري است كه با نام تجاري بسته انرژي Formira در بازار موجود است و سوخت گيري آن با تعويض كارتريج اسيدفرميك صورت مي گيرد. اين فناوري براي استفاده در محصولات الكترونيكي قابل حمل در محدوده تواني كمتر از 50 وات با انرژي كمتر از 100 وات ساعت طراحي شده و از مزاياي قابل توجهي برخوردار است.
ساخت پيل سوختي با نيروي باكتري
تيمي متشكيل از ميكروبيولوژيست‌ها، مهندسين و متخصصان شيمي زمين از دانشگاه‌هاي كاليفرنياي جنوبي و رايس به منظور ساخت پيلهاي سوختي ( به اندازه يك كف دست) با نيروي محركه باكتري براي تامين انرژي هواپيماهاي جاسوسي همكاري مشترك خود را آغاز كردند. نيروي هوايي آمريكا از مدتها قبل در پي توليد وسايل نقليه هوايي در مقياس مينياتوري (به اندازه حشرات) بود، اما تاكنون اين خواسته به دليل نداشتن منبع انرژي فشرده مناسب ناكام مانده است.
اين گروه تحقيقاتي اميدوار است با سرمايه‌گذاري 4/4 ميليون دلاري مركز تحقيقات دانشگاهي در وزارت دفاع (MURI) بتواند با توليد نخستين نمونه بدون سرنشين، طي پنج سال آينده اين انديشه را محقق سازد. بر اساس اين گزارش، در دانشگاه رايس به منظور درك چگونگي اتصال و اثر متقابل باكتري Sewanella بر سطوح آند در پيل سوختي، تحقيقاتي در حال انجام است.
آند در پيل سوختي و باتري‌ها، وظيفه جمع‌آوري الكترون اضافي را بر عهده دارد و اين تيم قصد دارد شرايط بهينه انتقال الكترون‌ها در سطح آند در شرايط مختلف را تعيين كند.
اجزاي اصلي اين سيستم باكتري، سطح و محلول هضم كننده باكتري است كه تغيير هر يك از اين عوامل روي دو عامل ديگر مؤثر بوده و هدف، يافتن شرايط بهينه عملكرد سيستم كلي است.
دانشگاه كاليفرنياي جنوبي در زمينه روشهاي ژنتيكي، حفظ متابوليسم تنفسي ميكروب‌ها در محيط‌هاي با اكسيژن كم، تحقيقاتي انجام داده است. Sewanella يكي از اين باكتري‌ها براي متابوليسم كامل غذا به جاي اكسيژن از فلز استفاده ميكند و از آنجا كه اين ارگانيسم قادر است مستقيما الكترون‌ها را به اكسيد فلزي جامد انتقال دهد، مي توان آن را در آند پيل سوختي مورد استفاده قرار داد.
در مطالعه پيل سوختي به منظور ارزيابي رفتار باكتري در شرايط مختلف از مدل‌هاي رايانه‌اي استفاده شده است كه انجام اين آزمايش‌ها توسط رايانه، موجب تمركز آزمايشهاي تجربي روي روشهاي مناسب‌تر و صرفه‌جويي در زمان و هزينه خواهد شد.
يکي ديگر از انگيزه هاي وسوه برانگيز بکارگيري پيل سوختي
شركت جنرال موتورز قصد دارد با برنامه اي بلند مدت، سوخت هيدروژن را به صورت همه گير در خودروها مورد استفاده قرار دهد.
در حال حاضر شش ميليارد و 400 ميليون انسان بر روي كره زمين زندگي مي‌كنند و اين آمار تا سال 2020 به هفت ميليارد و 500 ميليون نفر خواهد رسيد. در همين حال پيش‌بيني ميشود، در مدت زمان فوق شمار افرادي كه صاحب خودرو مي‌شوند 12 تا 15 درصد رشد داشته باشد و اين بدان معني است كه تعداد خودروها كه در حال حاضر در حدود 775 ميليون دستگاه برآورد شده است، تا سال 2020 به بيش از يك ميليارد و 100 ميليون دستگاه خواهد رسيد. بنابراين كاهش مصرف سوخت و آلاينده‌هاي محيط زيست اهميت بسيار زيادي پيدا ميكند كه در اين ميان شركت خودروسازي جنرال موتورز آمريكا با معرفي تكنولوژي پيل سوختي هيدروژني توانسته است اميد به جابجايي بدون آلودگي رادر آينده افزايش دهد.
لذا توسعه خودروهاي پيل سوختي به سرعت در جهان در حال رشد است، به طوري كه در حال حاضر شركت‌هاي خودروسازي جنرال موتورز و اوپل بيش از يك ميليارد دلار صرف تحقيقات در اين تكنولوژي كرده‌اند.
"هيدروژن 3 اوپل" ثابت كرده است كه رانندگي با خودروهاي متفاوت، مسير خود را از آزمايشگاه به جاده هموار كرده است و نمونه اوليه آن در حال حاضر با همكاري شركت سازنده مبلمان ايكيا (IKEA) در حال گذراندن آزمايشهاي متفاوت است و سكوئل (Seqel) جنرال موتورز به توليد خودروهاي با پيل سوختي نزديك‌تر شده است.
"هيدروژن 3 اوپل"؛ دونده دو ماراتن، قهرمان مسابقات رالي
"هيدروژن 3 اوپل" جانشين نمونه اوليه هيدروژني است كه در بهار سال 2000 معرفي شد و از روي طرح خودرو زافيرا اوپل ساخته شده بود.
نيروي برق اين خودرو توسط 200 قطعه پيل سوختي كه به صورت سري به يكديگر متصل شده‌اند، توليد ميشود. اين پيل‌ها نيروي موتور برقي 82 اسب بخار بر 60 كيلووات هيدروژن 3 را تامين ميكند. اين نيروگاه كه حداكثر 215NM گشتاور توسعه ميدهد، حداكثر سرعتي برابر با 160 كيلومتر بر ساعت توليد ميكند و در كمتر از 16 ثانيه از صفر تا 100 كيلومتر در ساعت شتاب ميگيرد كه در حالتي كاملا بي‌صداست.
در مسابقات ماراتن تابستان سال 2004، هيدروژن 3 اوپل توانست بدون هيچ مشكلي 9 هزار و 696 كيلومتر را در 14 كشور مختلف اروپايي طي كند. در آوريل سال 2005 نيز اين خودرو توانست جايزه مسابقات رالي مونت كارلو را براي وسايل نقليه داراي پيل سوختي از آن خود كند.
شركت خودروسازي اوپل اكنون در حال گسترش تكنولوژي آزمايشهاي پيل سوختي با همكاري شركت سوئدي ايكيا ميباشد. وسايل نقليه پيل سوختي هيدروژن 3 كه عاري از آلاينده‌هاي زيست محيطي ميباشد از اوايل تابستان سال گذشته تحويل كالاها به مشتريان ايكيا را در برلين آغاز كرده است. سوخت اين وسايل نقليه با هيدروژن مايع تامين ميشود.
آزمايشهاي اين خودروها تحت نظارت پروژه همكاري انرژي پاك دولت آلمان انجام ميشود كه عملكرد انرژي 17 خودرو با سوخت هيدروژني را تحت شرايط خاص آزمايش ميكند.
بزرگترين جايگاه سوخت گاز هيدروژني جهان در پاييز سال 2004 در پايتخت آلمان آغاز به كار كرد و قرار است علاوه بر گاز هيدروژن و هيدروژن مايع، بنزين و گازوئيل نيز به مردم ارايه كند.
سكوئل جنرال موتورز
خودروي سكوئل جنرال موتورز محصولي است كه تمامي نتايج تحقيقات فشرده كه طي چند سال اخير از سوي بزرگترين خودروساز جهان انجام شده است را در بر دارد؛ پروژه‌اي كه جنرال موتورز بيش از يك ميليارد دلار در آن سرمايه‌گذاري كرده است. اين خودرو جادار به گونه‌اي طراحي شده است كه كمترين آلايندگي محيط زيست را دارد. در اين خودرو سه منبع با فشار بالا تعبيه شده است كه موقعيت آنها در ميانه شاسي باعث بهبود مركز ثقل خودرو ميشود. اين خودروها كه از اصلاحات فني بسيار زيادي نيز بهره‌مند ميباشند منحصر به فرد هستند.
خودروي سكوئل جنرال موتورز به دليل افزايش 25 درصدي نيرو توسط تكنولوژي جديد ميتواند سرعت صفر تا 100 كيلومتر را در كمتر از 10 ثانيه به دست آورد.
اجزاي پيل سوختي شامل توده پيل سوختي، دستگاه فرعي هيدروژن و فرآوري هوا، سيستم خنك كننده و سيستم توزيع ولتاژ بالا ميباشد
اگر چه پيل‌سوختي به تازگي به عنوان يكي از راهكارهاي توليد انرژي الكتريكي مطرح شده است ولي تاريخچه آن به قرن نوزدهم و كار دانشمند انگليسي سرويليام گرو بر ميگردد. او اولين پيل‌سوختي را در سال 1839 با سرمشق گرفتن از واکنش الکتروليز آب، طي واکنش معکوس و در حضور کاتاليست پلاتين ساخت.
واژه "پيل‌سوختي" در سال 1889 توسط لودويک مند و چارلز لنجر به كار گرفته شد. آنها نوعي پيل‌سوختي که هوا و سوخت ذغال‌سنگ را مصرف مي‌کرد، ساختند. تلاش‌هاي متعددي در اوايل قرن بيستم در جهت توسعه پيل‌سوختي انجام شد که به دليل عدم درک علمي مسئله هيچ يک موفقيت آميز نبود. علاقه به استفاده از پيل سوختي با کشف سوختهاي فسيلي ارزان و رواج موتورهاي بخار کمرنگ گرديد.
فصلي ديگر از تاريخچه تحقيقات پيل‌سوختي توسط فرانسيس بيكن از دانشگاه كمبريج انجام شد. او در سال 1932 بر روي ماشين ساخته شده توسط مند و لنجر اصلاحات بسياري انجام داد. اين اصلاحات شامل جايگزيني كاتاليست گرانقيمت پلاتين با نيكل و همچنين استفاده از هيدروكسيدپتاسيم قليايي به جاي اسيد سولفوريك به دليل مزيت عدم خورندگي آن ميباشد. اين اختراع كه اولين پيل‌سوختي قليايي بود، “Bacon Cell” ناميده شد. او 27 سال تحقيقات خود را ادامه داد تا توانست يك پيل‌سوختي كامل وكارا ارائه نمايد. بيكون در سال 1959 پيل‌سوختي با توان 5 كيلووات را توليد نمود كه مي‌توانست نيروي محركه يك دستگاه جوشكاري را تامين نمايد.
تحقيقات جديد در اين عرصه از اوايل دهه 60 ميلادي با اوج گيري فعاليت‌هاي مربوط به تسخير فضا توسط انسان آغاز شد. مركز تحقيقات ناسا در پي تامين نيرو جهت پروازهاي فضايي با سرنشين بود. ناسا پس از رد گزينه‌هاي موجود نظير باتري (به علت سنگيني)، انرژي خورشيدي(به علت گران بودن) و انرژي هسته‌اي (به علت ريسك بالا) پيل‌سوختي را انتخاب نمود.
تحقيقات در اين زمينه به ساخت پيل‌سوختي پليمري توسط شركت جنرال الكتريك منجر شد. ايالات متحده فنآوري پيل سوختي را در برنامه فضايي Gemini استفاده نمود كه اولين كاربرد تجاري پيل‌سوختي بود.
پرت و ويتني دو سازنده موتور هواپيما پيل‌سوختي قليايي بيكن را به منظور كاهش وزن و افزايش طول عمر اصلاح نموده و آن را در برنامه فضايي آپولو به كار بردند. در هر دو پروژه پيل‌سوختي بعنوان منبع انرژي الكتريكي براي فضاپيما استفاده شدند. اما در پروژه آپولو پيلهاي سوختي براي فضانوردان آب آشاميدني نيز توليد مي‌كرد. پس از کاربرد پيلهاي سوختي در اين پروژه‌ها، دولت‌ها و شركت‌ها به اين فنآوري جديد به عنوان منبع مناسبي براي توليد انرژي پاك در آينده توجه روزافزوني نشان دادند.
از سال 1970 فنآوري پيل‌سوختي براي سيستمهاي زميني توسعه يافت. تحريم نفتي از سال1973-1979 موجب تشديد تلاش دولتمردان امريكا و محققين در توسعه اين فنآوري به جهت قطع وابستگي به واردات نفتي گشت.
در طول دهه 80 تلاش محققين بر تهيه مواد مورد نياز، انتخاب سوخت مناسب و كاهش هزينه استوار بود. همچنين اولين محصول تجاري جهت تامين نيرو محركه خودرو در سال1993 توسط شركت بلارد ارائه شد.
كاربردهاي پيل سوختي نيروگاهي
بازار مولدهاي نيروگاهي پيل‌سوختي بسيار گسترده است و کاربردهاي دولتي، نظامي و صنعتي را شامل ميشود. همچنين به عنوان نيروي پشتيبان در مواقع اضطراري در مخابرات، صنايع پزشکي، ادارات، بيمارستان‌ها، هتل‌هاي بزرگ و سيستمهاي کامپيوتري به کار مي‌رود.
پيلهاي سوختي نسبتاً آرام و بي‌صدا هستند لذا جهت توليد برق محلي مناسبند. علاوه بر کاهش نياز به گسترش شبکه توزيع برق، از گرماي توليدي از اين نيروگاهها ميتوان جهت گرمايش و توليد بخار آب استفاده نمود.
اين نيروگاهها در مصارف کوچک بازدهي الکتريکي بالايي دارند و همچنين در ترکيب با نيروگاههاي گاز طبيعي بازدهي الکتريکي آنها به 70-80% ميرسد.
مزيت ديگر اين نيروگاهها عدم آلودگي محيط زيست است. خروجي نيروگاههاي پيل‌سوختي بخارآب مي باشد.
نيروگاههاي پيل سوختي قابليت استفاده از سوختهاي مختلف مانند متانول، اتانول، هيدروژن، گاز طبيعي، پروپان و بنزين را دارند و مانند ساير نيروگاهها محدود به استفاده از يک منبع انرژي خاص نيست. از زمانيکه اولين پيل‌سوختي نيروگاهي در دهه 60 توليد گشت، تا کنون در مجموع 650 سيستم کامل با توان بيش از 10 کيلووات (ميانگين آن 200 کيلووات است) ساخته شد. تقريباً 90 درصد از اين واحدها با گاز طبيعي تغذيه مي شود. البته استفاده از سوختهاي جايگزين نظير بيوگاز و گاز ذغال نيز پيشرفت قابل ملاحظه‌اي داشته است. در اين بخش نيروگاه انواع متنوع پيل‌سوختي به کار رفته است. در ابتدا از پيل‌سوختي اسيد فسفريک آغاز گرديد و سپس پيل‌سوختي پليمري و پيل‌سوختي کربنات مذاب جايگزين آن گشتند. در حاليکه پيل‌سوختي اکسيد جامد در آينده بازار را به قبضه در خواهد آورد.
در بخش پيلهاي سوختي نيروگاهي کوچک (زير 10 کيلووات) نيز رشد قابل ملاحظه‌اي را شاهد بوديم. تعداد اين واحدها اکنون به 1900 رسيده است. اين سيستم جهت مصارف خانگي و بازارهايي از قبيل UPS ونيروي پشتيبان در اماکن دوردست کاربري دارد. نيمي از محصولات در آمريکاي شمالي توسعه يافته است.
در بخش سيستمهاي نيروگاهي کوچک 20 درصد سهم بازار را پيل‌سوختي اکسيدجامد و مابقي را پيل‌سوختي پليمري تشکيل ميدهد. بازار پيل‌سوختي کوچک در ژاپن که به مصارف خانگي اختصاص دارد، منحصراً با پيل‌سوختي پليمري است و اميد است تا انتهاي سال 2005 محصولات به بازار عرضه گردند.
فروش تعدادي از واحدهاي نيروگاهي کوچک آغاز شده است که از جمله آنها سيستم GenCore شرکت Plug Power مي باشد(توان 5 کيلووات، 15000 دلار)
دولت ژاپن حمايت خود از توسعه پيلهاي سوختي نيروگاهي در ابعاد بزرگ را از سال 1980 آغاز نموده است و شرکت هاي ژاپني گاز توکيو و Osaca از بزرگترين شرکت هاي توسعه دهنده اين فنآوري ميباشند.
انواع پيلهاي سوختي
پيلهاي سوختي در انواع زير موجود ميباشند:
پيلهاي سوختي اسيدفسفريكي
پيلهاي سوختي پليمري
پيلهاي سوختي اكسيد جامد
پيلهاي سوختي قليايي
پيلهاي سوختي متانولي
مزاياي پيل سوختي چيست؟
راندمان بالا، حداقل نشر آلاينده‌هاي زيست محيطي،امكان استفاده از سوختهاي فسيلي و پاك، مدولار بودن و قابليت توليد همزمان حرارت و الكتريسيته و استفاده در كاربردهاي توليد غيرمتمركز انرژي از جمله مزاياي پيل سوختي ميباشند.
روشهاي توليد پيل سوختي
جديدترين راه توليد پيل سوختي
لوى تامپسون، پرفسور مهندسى شيمى و رئيس تيم تحقيقاتى پيل سوختى جديد در اين مورد چنين مى گويد: «ما به سامانه اى رسيده ايم كه بسيار مشابه سامانه هايى است كه براى توليد ابزارهاى ميكرو الكترونيك مورد استفاده قرار مى گيرد.»
روشى كه پرفسور تامپسون و تيم همكار او به آن رسيده اند، استفاده از ميكروفابريكيشن است. ميكروفابريكيشن خلق ساختارهاى فيزيكي، ابزار و مواد مركبى است كه اجزاى تشكل دهنده آنها در حدود يك ميكرومتر هستند. ميكروالكترونيك ها منبع انرژى كالاهاى بسيار زيادى هستند از كارت تبريك صوتى گرفته تا كامپيوترهاى قابل حمل.
تامپسون يكى از بزرگترين موانع استفاده تجارى و گسترده از پيل هاى سوختى را هزينه بالاى ساخت آن مى داند. براى اينكه از اين منبع در مصارف روزمره استفاده كرد، بايد هزينه توليد آن پايين تر بيايد تا مثلا در يك كامپيوتر قابل حمل مورد استفاده قرار گيرد.
در شيوه معمول كنوني، پيل هاى سوختي، مشابه خودروها توليد مى شوند يعنى قطعات مختلف آنها به صورت جداگانه ساخته مى شوند و سپس روى هم سوار مى شوند تا يك پيل سوختى توليد شود. اين كار گستره بسيار زيادى دارد و علاوه بر هزينه بالاى آن، كه به آن اشاره شد نياز به زمان بسيار زيادى دارد. اما گروه تحقيقاتى تامپسون با استفاده از فرآيند پيشرفته ميكروفابريكيشن، نسل جديد پيل هاى سوختى را مى سازد. اين بار به جاى توليد جداگانه پيل سوختي، آنها به صورت لايه لايه ساخته مى شوند، روشى كه در حال حاضر براى ساخت ابزارهاى ميكروالكترونيك مورد استفاده قرار مى گيرد.
محققان دانشگاه ميشيگان اميدوارند با استفاده از اين فن آورى ارزان قيمت و همچنين استفاده از مواد ارزانتر، قيمت پيل هاى سوختى را از 10هزار دلار براى هر كيلو وات به 1000 دلار برسانند.
با اين قيمت، پيل هاى سوختى مى توانند با باترى هاى يون لتييوم كه در سطح وسيع مورد استفاده قرار مى گيرند رقابت كنند.
دانشگاه ميشيگان استفاده از ميكروفابريكيشن براى توليد پيل سوختى را دو سال و نيم پيش آغاز كرد. اولين بازار آنها وسايل برقى است، ولى آنها در گام بعدى مى خواهند از پيل هاى سوختى در اتومبيل ها استفاده كنند.
سوخت تازه براي پيل هاي سوختي
با استفاده از اسيدفرميك به عنوان سوخت غيرقابل اشتعال در پيل هاي سوختي محصولات الكترونيكي قابل حمل بدون اتصال به شبكه برق كار مي كنند. شركت هاي BASE و Tekion توسعه دهنده پيل هاي سوختي مينياتوري براي محصولات قابل حمل به منظور توسعه اسيدفرميك به عنوان سوخت براي فناوري پيل سوختي Tekion تفاهم نامه اي امضا كردند.BASE بزرگترين توليد كننده اسيدفرميك در دنيا محسوب مي شود و قصد دارد با همكاري Tekion، فرمولاسيون مناسبي را براي اسيدفرميك تهيه و آزمايش كند. اين دو شركت همچنين در زمينه توسعه كدها و استانداردهاي مرتبط با اين موضوع نيز فعاليت خواهند داشت و تجربه هايشان را در زمينه سازگاري اين مواد براي پيل هاي سوختي به اشتراك مي گذارند. بر اساس اين گزارش، اولين كاربرد تجاري محصولات Tekion، يك نمونه «بسته انرژي» است كه درون دستگاه هاي الكترونيكي قابل حمل جاي گرفته يا به آنها متصل مي شود تا اين دستگاه ها بتوانند بدون اتصال به شبكه برق كار كنند. اين بسته يك سيستم هيبريدي باتري پيل سوختي مينياتوري است كه با نام تجاري بسته انرژي Formira در بازار موجود است و سوخت گيري آن با تعويض كارتريج اسيدفرميك صورت مي گيرد. اين فناوري براي استفاده در محصولات الكترونيكي قابل حمل در محدوده تواني كمتر از 50 وات با انرژي كمتر از 100 وات ساعت طراحي شده و از مزاياي قابل توجهي برخوردار است.
ساخت پيل سوختي با نيروي باكتري
تيمي متشكيل از ميكروبيولوژيست‌ها، مهندسين و متخصصان شيمي زمين از دانشگاه‌هاي كاليفرنياي جنوبي و رايس به منظور ساخت پيلهاي سوختي ( به اندازه يك كف دست) با نيروي محركه باكتري براي تامين انرژي هواپيماهاي جاسوسي همكاري مشترك خود را آغاز كردند. نيروي هوايي آمريكا از مدتها قبل در پي توليد وسايل نقليه هوايي در مقياس مينياتوري (به اندازه حشرات) بود، اما تاكنون اين خواسته به دليل نداشتن منبع انرژي فشرده مناسب ناكام مانده است.
اين گروه تحقيقاتي اميدوار است با سرمايه‌گذاري 4/4 ميليون دلاري مركز تحقيقات دانشگاهي در وزارت دفاع (MURI) بتواند با توليد نخستين نمونه بدون سرنشين، طي پنج سال آينده اين انديشه را محقق سازد. بر اساس اين گزارش، در دانشگاه رايس به منظور درك چگونگي اتصال و اثر متقابل باكتري Sewanella بر سطوح آند در پيل سوختي، تحقيقاتي در حال انجام است.
آند در پيل سوختي و باتري‌ها، وظيفه جمع‌آوري الكترون اضافي را بر عهده دارد و اين تيم قصد دارد شرايط بهينه انتقال الكترون‌ها در سطح آند در شرايط مختلف را تعيين كند.
اجزاي اصلي اين سيستم باكتري، سطح و محلول هضم كننده باكتري است كه تغيير هر يك از اين عوامل روي دو عامل ديگر مؤثر بوده و هدف، يافتن شرايط بهينه عملكرد سيستم كلي است.
دانشگاه كاليفرنياي جنوبي در زمينه روشهاي ژنتيكي، حفظ متابوليسم تنفسي ميكروب‌ها در محيط‌هاي با اكسيژن كم، تحقيقاتي انجام داده است. Sewanella يكي از اين باكتري‌ها براي متابوليسم كامل غذا به جاي اكسيژن از فلز استفاده ميكند و از آنجا كه اين ارگانيسم قادر است مستقيما الكترون‌ها را به اكسيد فلزي جامد انتقال دهد، مي توان آن را در آند پيل سوختي مورد استفاده قرار داد.
در مطالعه پيل سوختي به منظور ارزيابي رفتار باكتري در شرايط مختلف از مدل‌هاي رايانه‌اي استفاده شده است كه انجام اين آزمايش‌ها توسط رايانه، موجب تمركز آزمايشهاي تجربي روي روشهاي مناسب‌تر و صرفه‌جويي در زمان و هزينه خواهد شد.
يکي ديگر از انگيزه هاي وسوه برانگيز بکارگيري پيل سوختي
شركت جنرال موتورز قصد دارد با برنامه اي بلند مدت، سوخت هيدروژن را به صورت همه گير در خودروها مورد استفاده قرار دهد.
در حال حاضر شش ميليارد و 400 ميليون انسان بر روي كره زمين زندگي مي‌كنند و اين آمار تا سال 2020 به هفت ميليارد و 500 ميليون نفر خواهد رسيد. در همين حال پيش‌بيني ميشود، در مدت زمان فوق شمار افرادي كه صاحب خودرو مي‌شوند 12 تا 15 درصد رشد داشته باشد و اين بدان معني است كه تعداد خودروها كه در حال حاضر در حدود 775 ميليون دستگاه برآورد شده است، تا سال 2020 به بيش از يك ميليارد و 100 ميليون دستگاه خواهد رسيد. بنابراين كاهش مصرف سوخت و آلاينده‌هاي محيط زيست اهميت بسيار زيادي پيدا ميكند كه در اين ميان شركت خودروسازي جنرال موتورز آمريكا با معرفي تكنولوژي پيل سوختي هيدروژني توانسته است اميد به جابجايي بدون آلودگي رادر آينده افزايش دهد.
لذا توسعه خودروهاي پيل سوختي به سرعت در جهان در حال رشد است، به طوري كه در حال حاضر شركت‌هاي خودروسازي جنرال موتورز و اوپل بيش از يك ميليارد دلار صرف تحقيقات در اين تكنولوژي كرده‌اند.
"هيدروژن 3 اوپل" ثابت كرده است كه رانندگي با خودروهاي متفاوت، مسير خود را از آزمايشگاه به جاده هموار كرده است و نمونه اوليه آن در حال حاضر با همكاري شركت سازنده مبلمان ايكيا (IKEA) در حال گذراندن آزمايشهاي متفاوت است و سكوئل (Seqel) جنرال موتورز به توليد خودروهاي با پيل سوختي نزديك‌تر شده است.
"هيدروژن 3 اوپل"؛ دونده دو ماراتن، قهرمان مسابقات رالي
"هيدروژن 3 اوپل" جانشين نمونه اوليه هيدروژني است كه در بهار سال 2000 معرفي شد و از روي طرح خودرو زافيرا اوپل ساخته شده بود.
نيروي برق اين خودرو توسط 200 قطعه پيل سوختي كه به صورت سري به يكديگر متصل شده‌اند، توليد ميشود. اين پيل‌ها نيروي موتور برقي 82 اسب بخار بر 60 كيلووات هيدروژن 3 را تامين ميكند. اين نيروگاه كه حداكثر 215NM گشتاور توسعه ميدهد، حداكثر سرعتي برابر با 160 كيلومتر بر ساعت توليد ميكند و در كمتر از 16 ثانيه از صفر تا 100 كيلومتر در ساعت شتاب ميگيرد كه در حالتي كاملا بي‌صداست.
در مسابقات ماراتن تابستان سال 2004، هيدروژن 3 اوپل توانست بدون هيچ مشكلي 9 هزار و 696 كيلومتر را در 14 كشور مختلف اروپايي طي كند. در آوريل سال 2005 نيز اين خودرو توانست جايزه مسابقات رالي مونت كارلو را براي وسايل نقليه داراي پيل سوختي از آن خود كند.
شركت خودروسازي اوپل اكنون در حال گسترش تكنولوژي آزمايشهاي پيل سوختي با همكاري شركت سوئدي ايكيا ميباشد. وسايل نقليه پيل سوختي هيدروژن 3 كه عاري از آلاينده‌هاي زيست محيطي ميباشد از اوايل تابستان سال گذشته تحويل كالاها به مشتريان ايكيا را در برلين آغاز كرده است. سوخت اين وسايل نقليه با هيدروژن مايع تامين ميشود.
آزمايشهاي اين خودروها تحت نظارت پروژه همكاري انرژي پاك دولت آلمان انجام ميشود كه عملكرد انرژي 17 خودرو با سوخت هيدروژني را تحت شرايط خاص آزمايش ميكند.
بزرگترين جايگاه سوخت گاز هيدروژني جهان در پاييز سال 2004 در پايتخت آلمان آغاز به كار كرد و قرار است علاوه بر گاز هيدروژن و هيدروژن مايع، بنزين و گازوئيل نيز به مردم ارايه كند.
سكوئل جنرال موتورز
خودروي سكوئل جنرال موتورز محصولي است كه تمامي نتايج تحقيقات فشرده كه طي چند سال اخير از سوي بزرگترين خودروساز جهان انجام شده است را در بر دارد؛ پروژه‌اي كه جنرال موتورز بيش از يك ميليارد دلار در آن سرمايه‌گذاري كرده است. اين خودرو جادار به گونه‌اي طراحي شده است كه كمترين آلايندگي محيط زيست را دارد. در اين خودرو سه منبع با فشار بالا تعبيه شده است كه موقعيت آنها در ميانه شاسي باعث بهبود مركز ثقل خودرو ميشود. اين خودروها كه از اصلاحات فني بسيار زيادي نيز بهره‌مند ميباشند منحصر به فرد هستند.
خودروي سكوئل جنرال موتورز به دليل افزايش 25 درصدي نيرو توسط تكنولوژي جديد ميتواند سرعت صفر تا 100 كيلومتر را در كمتر از 10 ثانيه به دست آورد.
اجزاي پيل سوختي شامل توده پيل سوختي، دستگاه فرعي هيدروژن و فرآوري هوا، سيستم خنك كننده و سيستم توزيع ولتاژ بالا ميباشد
آخرین ویرایش:
spow
اخراجی موقت
کوپلينگ ها
کوپلينگ ها اجزايي از ماشين هستند که حرکت و توان را از انتهاي يک محور دريافت و به محور ديگر منتقل مي کنند. در کوپلينگ ها قطع ارتباط بين محور محرک و متحرک وجود ندارد. در يک دسته بندي کلي کوپلينگ ها به دو نوع صلب و انعطاف پذير تقسيم بندي مي شوند.
1- کوپلينگ هاي صلب (سخت)
اين نوع کوپلينگ ها جهت اتصال دو محور کاملا هم راستا در تجهيزاتي که در آن ها هم محوري دقيق دو محور ضروري و قابل دسترس است استفاده مي شود لازم به ذکر است که هر گونه عدم تقارن محوري در اين نوع کوپلينگ ها خرابي هاي سريع را در اثر تشت هاي بالا به دنبال دارد اين نوع از کوپلينگ ها به دو دسته تقسيم بندي مي شوند:
1-1 کوپلينگ هاي پوسته اي
در اين نوع کوپلينگها ، دو نصفه پوسته با فشار پيچها روي محور بسته شده و گشتاور چرخشي بوسيله اصطکاک به محور منتقل مي گردد. هردو محور با خار انطباقي به پوسته متصل مي شوند ، مونتاژ اين کوپلينگها آسان است ولي فقط امکان انتقال قدرت بين دو محور هم قطر را ميسر مي سازد. اين نوع کوپلينگ انتقال گشتاورهاي کم را امکان پذير مي نمايد.
2-1 کوپلينگ هاي فلنچي
سطح بيروني بوش لغزشي مخروطي بوده و لذا در اثر محکم کردن پيچها اتصال فشاري و اصطکاک کافي بين فلنچ و بوش برقرار مي گردد. دو محور در اين اتصال بايستي کاملاً همراستا باشند ، مونتاژ و دمونتاژ اين نوع کوپلينگ به آساني انجام مي شود.
2- کوپلينگ هاي انعطاف پذير
کوپلينگ هاي انعطاف پذير در انواع مختلف تجاري در دسترس هستند که هر يک براي شرايط کاري خاصي مناسب مي باشند اين نوع کوپلينگ ها مي توانند عدم تقارن محوري شعاعي و زاويه اي را بين محور محرک و متحرک تحمل کنند.
کوپلينگهاي انعطاف پذير چهار وظيفه اصلي بر عهده دارند :
1- انتقال گشتاور و سرعت از محرک به متحرک
2- خنثي و مستهلک کردن ارتعاشات
3- جبران ناميزانيها
4- تاثير بر فرکانس طبيعي سيستم
مقادير ناهمراستايي مجاز کوپلينگها را بايد از کاتالوگهاي سرندگان بدست آورد ولي به طور کلي ناهمراستايي محوري مجاز در کوپلينگهاي کوچک به in 005/0 و در کوپلينگهاي بزرگ به in 03/0 محدود مي باشد. حداکثر ناميزاني زاويه اي مجاز هم معمولاً در حدود در نظر گرفته مي شود.
با توجه به طيف وسيعي از انواع کوپلينگ هاي انعطاف پذير ، وجود يک دسته بندي جامع که بتواند تمام انواع را در برگيرد در دسترس نيست. لذا از دسته بندي انواع کوپلينگهاي انعطاف پذير صرف نظر مي شود.
1-2 کوپلينگ توربوفلکس
اين کوپلينگ از دو فلنچ و يک قطعه واسطه که اکثراً يک محور تو خالي مي باشد تشکيل شده است. گشتاور چرخشي توسط واشر فنري منتقل مي گردد و به کمک آن مقداري جابجايي محوري و زاويه اي ميسر مي شود. اين نوع کوپلينگ توانايي تحمل نيروهاي شعاعي زياد ( مانند نيروهاي اعمال شده به غلتکهاي دستگاه نورد ) را دارا مي باشد.
2-2 کوپلينگ شبکه اي ( فالک )
در اين نوع کوپلينگ ، گشتاور از طريق يک فنر انعطاف پذير به شيارهاي فولادي روي کوپلينگ انتقال مي يابدو بين دو نيمه کوپلينگ کمي فاصله وجود دارد که تا حدي ناميزاني محوري را جبران نموده و قابليت تحمل بارهاي ناگهاني سبک را بدليل وجود فنريت پيچشي را بوجود مي آورد. استفاده از محفظه و گريسکاري براي اين کوپلينگ لازم است.
3-2 کوپلينگ هاي زنجيري
کوپلينگ زنجيري از دو چرخ زنجير تشکيل شده است که توسط يک زنجير دو رديفه به يکديگر متصل مي گردند بدليل وجود کمي لقي بين اجزاء رنجير ، اين نوع کوپلينگ مقادير کم ناميزاني زاويه اي ، محوري و شعاعي را تحمل مي کند. جهت طولاني شدن عمر کاري ، دندانه هاي چرخ زنجيرها سخت کاري مي گردد.
کوپلينگ بايستي گريسکاري شده و درون يک محفظه بسته پر از گريس قرارداده شود.
4-2 کوپلينگ هاي چرخ دنده اي
کوپلينگ چرخ دنده اي از دو توپي متصل به چرخ دنده تشکيل شده که يک بوش هزار خاري آنها را به يکديگر متصل مي کند. بدليل وجود لقي بين دنده ها و همچنين خاصيت عملکرد کشويي امکان جذب ناميزاني هاي دوراني ، زاويه اي و محوري و محوري را دارا مي باشد. قابليت انتقال توانهاي زياد در مقايسه با ساير انواع کوپلينگ ( به نسبت ابعاد و وزن ) از مشخصات کوپلينگ چرخ دنده اي است. مقدار ناميزاني مجاز و ظرفيت انتقال بار به شکل و لقي و زاويه فشار دنده ها بستگي دارد.
5-2 کوپلينگ فکي
کوپلينگ فکي يکي از متداولترين انواع کوپلينگهاي انعطاف پذير است که با استفاده از يک ضربه گير الاستومري از انتقال ارتعاش و ضربه جلوگيري نموده و ناميزانيهاي محور را جذب مي نمايد. اين نوع کوپلينگ عليرغم حجم و ابعاد کم قابليت انتقال توانهاي بالا را دارا بوده و در طرحهاي متنوع جهت کاربردهاي عادي و اختصاصي استفاده مي شود. مقدار سختي عضو الاستومري ، دماي کاري ، مقاومت شيميايي و صلبيت پيچشي آن بسته به شرايط عملکرد تعيين مي گردد.
معمولاً درجه حرارت کاري اين نوع کوپلينگ در محدوده 40- تا 120 درجه سانتيگراد مي باشد. توپي هاي کوپلينگهاي فکي معمولاً از فولاد يا چدن ساخته مي شوند.
6-2 کوپلينگ رولکس
اصلي ترين ويژگي اين نوع کوپلينگ قابليت انعطاف زياد در جهت دوراني و جلوگيري از انتقال ضربه و ارتعاش مي باشد.
7-2 آکارد ئوني
قابليت تحمل ناميزانيهاي زاويه اي و محوري و جذب ارتعاشات پيچشي مهمترين ويژگي اين کوپلينگ است.
8-2 پارافلکس ( چرخي )
اين نوع کوپلينگ ضمن تحمل ناهمراستايي محوري و زاويه اي قابليت جذب ارتعاشات پيچشي را نيز دارا مي باشد.
9-2 کوپلينگ متغير زاويه اي ( يونيورسال)
کوپلينگهاي انعطاف پذير بسته به طرح و ساختمان داخلي مي توانند ناهمراستايي زاويه اي را تا حدود 3 درجه و ناهمراستايي محوري را تا تحمل کنند. ولي در برخي از کاربردها لازم است که دو محور ناهمراستايي بيشتري داشته باشند. در اين گونه کاربردها از چهارشاخه يا اتصال يونيورسال استفاده مي شود. مفصلهاي يونيورسال در سرعتهاي بسيار پائين امکان کار تحت زاويه را نيز دارا هستند. ولي حداکثر زاويه قابل توصيه جهت سرعتهاي بيشتر از rpm10 ، مي باشد. در سرعتهاي بالاتر از rpm600 اين زاويه به حداکثر محدود مي گردد.
موفق باشید
کوپلينگ ها اجزايي از ماشين هستند که حرکت و توان را از انتهاي يک محور دريافت و به محور ديگر منتقل مي کنند. در کوپلينگ ها قطع ارتباط بين محور محرک و متحرک وجود ندارد. در يک دسته بندي کلي کوپلينگ ها به دو نوع صلب و انعطاف پذير تقسيم بندي مي شوند.
1- کوپلينگ هاي صلب (سخت)
اين نوع کوپلينگ ها جهت اتصال دو محور کاملا هم راستا در تجهيزاتي که در آن ها هم محوري دقيق دو محور ضروري و قابل دسترس است استفاده مي شود لازم به ذکر است که هر گونه عدم تقارن محوري در اين نوع کوپلينگ ها خرابي هاي سريع را در اثر تشت هاي بالا به دنبال دارد اين نوع از کوپلينگ ها به دو دسته تقسيم بندي مي شوند:
1-1 کوپلينگ هاي پوسته اي
در اين نوع کوپلينگها ، دو نصفه پوسته با فشار پيچها روي محور بسته شده و گشتاور چرخشي بوسيله اصطکاک به محور منتقل مي گردد. هردو محور با خار انطباقي به پوسته متصل مي شوند ، مونتاژ اين کوپلينگها آسان است ولي فقط امکان انتقال قدرت بين دو محور هم قطر را ميسر مي سازد. اين نوع کوپلينگ انتقال گشتاورهاي کم را امکان پذير مي نمايد.
2-1 کوپلينگ هاي فلنچي
سطح بيروني بوش لغزشي مخروطي بوده و لذا در اثر محکم کردن پيچها اتصال فشاري و اصطکاک کافي بين فلنچ و بوش برقرار مي گردد. دو محور در اين اتصال بايستي کاملاً همراستا باشند ، مونتاژ و دمونتاژ اين نوع کوپلينگ به آساني انجام مي شود.
2- کوپلينگ هاي انعطاف پذير
کوپلينگ هاي انعطاف پذير در انواع مختلف تجاري در دسترس هستند که هر يک براي شرايط کاري خاصي مناسب مي باشند اين نوع کوپلينگ ها مي توانند عدم تقارن محوري شعاعي و زاويه اي را بين محور محرک و متحرک تحمل کنند.
کوپلينگهاي انعطاف پذير چهار وظيفه اصلي بر عهده دارند :
1- انتقال گشتاور و سرعت از محرک به متحرک
2- خنثي و مستهلک کردن ارتعاشات
3- جبران ناميزانيها
4- تاثير بر فرکانس طبيعي سيستم
مقادير ناهمراستايي مجاز کوپلينگها را بايد از کاتالوگهاي سرندگان بدست آورد ولي به طور کلي ناهمراستايي محوري مجاز در کوپلينگهاي کوچک به in 005/0 و در کوپلينگهاي بزرگ به in 03/0 محدود مي باشد. حداکثر ناميزاني زاويه اي مجاز هم معمولاً در حدود در نظر گرفته مي شود.
با توجه به طيف وسيعي از انواع کوپلينگ هاي انعطاف پذير ، وجود يک دسته بندي جامع که بتواند تمام انواع را در برگيرد در دسترس نيست. لذا از دسته بندي انواع کوپلينگهاي انعطاف پذير صرف نظر مي شود.
1-2 کوپلينگ توربوفلکس
اين کوپلينگ از دو فلنچ و يک قطعه واسطه که اکثراً يک محور تو خالي مي باشد تشکيل شده است. گشتاور چرخشي توسط واشر فنري منتقل مي گردد و به کمک آن مقداري جابجايي محوري و زاويه اي ميسر مي شود. اين نوع کوپلينگ توانايي تحمل نيروهاي شعاعي زياد ( مانند نيروهاي اعمال شده به غلتکهاي دستگاه نورد ) را دارا مي باشد.
2-2 کوپلينگ شبکه اي ( فالک )
در اين نوع کوپلينگ ، گشتاور از طريق يک فنر انعطاف پذير به شيارهاي فولادي روي کوپلينگ انتقال مي يابدو بين دو نيمه کوپلينگ کمي فاصله وجود دارد که تا حدي ناميزاني محوري را جبران نموده و قابليت تحمل بارهاي ناگهاني سبک را بدليل وجود فنريت پيچشي را بوجود مي آورد. استفاده از محفظه و گريسکاري براي اين کوپلينگ لازم است.
3-2 کوپلينگ هاي زنجيري
کوپلينگ زنجيري از دو چرخ زنجير تشکيل شده است که توسط يک زنجير دو رديفه به يکديگر متصل مي گردند بدليل وجود کمي لقي بين اجزاء رنجير ، اين نوع کوپلينگ مقادير کم ناميزاني زاويه اي ، محوري و شعاعي را تحمل مي کند. جهت طولاني شدن عمر کاري ، دندانه هاي چرخ زنجيرها سخت کاري مي گردد.
کوپلينگ بايستي گريسکاري شده و درون يک محفظه بسته پر از گريس قرارداده شود.
4-2 کوپلينگ هاي چرخ دنده اي
کوپلينگ چرخ دنده اي از دو توپي متصل به چرخ دنده تشکيل شده که يک بوش هزار خاري آنها را به يکديگر متصل مي کند. بدليل وجود لقي بين دنده ها و همچنين خاصيت عملکرد کشويي امکان جذب ناميزاني هاي دوراني ، زاويه اي و محوري و محوري را دارا مي باشد. قابليت انتقال توانهاي زياد در مقايسه با ساير انواع کوپلينگ ( به نسبت ابعاد و وزن ) از مشخصات کوپلينگ چرخ دنده اي است. مقدار ناميزاني مجاز و ظرفيت انتقال بار به شکل و لقي و زاويه فشار دنده ها بستگي دارد.
5-2 کوپلينگ فکي
کوپلينگ فکي يکي از متداولترين انواع کوپلينگهاي انعطاف پذير است که با استفاده از يک ضربه گير الاستومري از انتقال ارتعاش و ضربه جلوگيري نموده و ناميزانيهاي محور را جذب مي نمايد. اين نوع کوپلينگ عليرغم حجم و ابعاد کم قابليت انتقال توانهاي بالا را دارا بوده و در طرحهاي متنوع جهت کاربردهاي عادي و اختصاصي استفاده مي شود. مقدار سختي عضو الاستومري ، دماي کاري ، مقاومت شيميايي و صلبيت پيچشي آن بسته به شرايط عملکرد تعيين مي گردد.
معمولاً درجه حرارت کاري اين نوع کوپلينگ در محدوده 40- تا 120 درجه سانتيگراد مي باشد. توپي هاي کوپلينگهاي فکي معمولاً از فولاد يا چدن ساخته مي شوند.
6-2 کوپلينگ رولکس
اصلي ترين ويژگي اين نوع کوپلينگ قابليت انعطاف زياد در جهت دوراني و جلوگيري از انتقال ضربه و ارتعاش مي باشد.
7-2 آکارد ئوني
قابليت تحمل ناميزانيهاي زاويه اي و محوري و جذب ارتعاشات پيچشي مهمترين ويژگي اين کوپلينگ است.
8-2 پارافلکس ( چرخي )
اين نوع کوپلينگ ضمن تحمل ناهمراستايي محوري و زاويه اي قابليت جذب ارتعاشات پيچشي را نيز دارا مي باشد.
9-2 کوپلينگ متغير زاويه اي ( يونيورسال)
کوپلينگهاي انعطاف پذير بسته به طرح و ساختمان داخلي مي توانند ناهمراستايي زاويه اي را تا حدود 3 درجه و ناهمراستايي محوري را تا تحمل کنند. ولي در برخي از کاربردها لازم است که دو محور ناهمراستايي بيشتري داشته باشند. در اين گونه کاربردها از چهارشاخه يا اتصال يونيورسال استفاده مي شود. مفصلهاي يونيورسال در سرعتهاي بسيار پائين امکان کار تحت زاويه را نيز دارا هستند. ولي حداکثر زاويه قابل توصيه جهت سرعتهاي بيشتر از rpm10 ، مي باشد. در سرعتهاي بالاتر از rpm600 اين زاويه به حداکثر محدود مي گردد.
موفق باشید
spow
اخراجی موقت
برجهای خنک کننده
دراکثر کارخانجات کوچک و بزرگ يکي از مهمترين و اساسي ترين دستگاهها مي توان انواع برجهاي خنک کننده را نام برد.
برجهاي خنک کننده علاوه بر آب به منظور خنک کردن سيالاتي ديگر در صورت لزوم مورد استفاده واقع مي شود.
با توجه به اينکه برجهاي خنک کننده معمولاًً حجيم مي باشند و بعلت پاشيدن آب در محيط اطراف خود و خرابي تجهيزات آن را معمولاًٌ در انتهاي فرايند نصب مي کنند.
اگراز وسايل برجهاي خنک کننده صرف نظر نشود براي ساخت برج تکنولوژي بالايي نياز نيست همانطور که در ايران در حال حاضر ساخت اين برجها در حد وسيعي صورت مي گيرد .برجها با توجه به شرايط فيزيکي و شيميايي خاص خود دچار مشکلاتي مي شوند ولي معمولاٌ زماني لازم است تا اين مشکلات برج را از کار بياندازد طولاني است.،ولي عملاٌ اجتناب ناپذير است.
در اين مجمعه تا سر حد امکان سعي شده است که ديدي نسبتاً کلي راجع به برج جنبه اي به خواننده منتقل شود و تا حد امکان از جزييات مربوط به برجهاي خنک کننده توضيح لازم داده شده باشد.
پيشگفتار :
برج خنک کننده دستگاهي است که با ايجاد سطح وسيع تماس آب با هوا تبخير آسان مي کند و باعث خنک شدن سريع آب مي گردد.عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرماي نهان تبخير انجام مي گيرد، در حالي که مقدار کمي آب تبخير مي شود و باعث خنک شدن آب مي گردد.بايد توجه داشت آب مقداري از گرماي خود را به طريق تشعشع ،هدايتي وجابجايي و بقيه از راه تبخير از دست ميدهد.
بيشتر دستگاههاي خنک کن از يک مدار بسته تشکيل شده اند که آب در اين دستگاهها نقش جذب ، دفع و انتقال گرما را به عهده دارد، يعني گرماي بوجود آمده توسط ماشين جذب و از دستگاه دور مي سازد. اين کار باعث ادامه کار يکنواخت و پايداري دستگاه مي شود.
در دستگاههايي که به دلايلي مجبوريم آب را بگردش در آوريم و يا به کار ببريم بايد بنحوي گرماي آب را دفع کرد. با بکار بردن برجهاي خنک کننده اين کار انجام مي گيرد. در تمام کارخانه ها تعداد زيادي دستگاههاي تبديل حرارتي (heat exchanger) وجود دارد که در بيشترآنها آب عامل سرد کنندگي است.
بدلايل زير آب معمولترين سرد کننده هاست:
1. بمقدار زياد وارزان در دسترس مي باشد.
2. به آساني آب را مي توان مورد استفاده قرار داد .
3. قدرت سرد کنندگي آب نسبت به اکثر مايعات( در حجم مساوي )بيشتر است.
4. انقباض و انبساط آب با تغيير درجه حرارت جزيي است.
هر چند که آب براي انتقال گرما بسيار مناسب است با بکار بردن آن باعث بوجود آمدن مشکلاتي نيز مي شود.
آب با سختي زياد باعث رسوب سازي در دستگاهها شده و همچنين از آنجايي که بيشتر اين دستگاهها از آلياژ آهن ساخته شده اند مشکل خوردگي بوجود مي آيد. از طرف ديگر بيشتر برجهاي خنک کننده در بر خورد مستقيم با هوا و نور خورشيد مي باشند محيط مناسبي براي رشد باکتريها و ميکرو ارگانيسم ها نيز مي باشد که آنها نيز مشکلاتي همراه دارند.
وارد شدن گرد و خاک بداخل برج نيز در بعضي مواقع ايجاد اشکال مي نمايد.در کل اين مشکلات باعث مي شود که بازدهي دستگاه کم شده و در نتيجه از نظر اقتصادي مخارج زيادتري خواهند داشت. در اين مجموعه طبيعت اين مشکلات و شرايط بوجود آمدن آنها و راههاي جلوگيري از آنها را بطور مختصر شرح خواهيم داد.موارد استفاده از برجهاي خنک کننده را نيز در بخش هاي ديگري از اين مجموعه را در بر مي گيرد.
عموماً برجهاي خنک کننده (cooling tower) را به سه گروه تقسيم مي کنند:
1. برجهاي خنک کننده مرطوب
2. برجهاي خنک کننده مرطوب- خشک
3. برجهاي خنک کننده خشک
در برجهاي خنک کننده مرطوب، آب نقش اصلي و اساسي را داشته و هدف نيز همان خنک کردن آب است. اين نوع دستگاهها که خود به چند گروه و دسته تقسيم مي شوند در صنعت داراي کاربرد فراواني است.
از يرجهاي خنک کننده خشک بيشتر در مکانهاي که آب کافي براي خنک کردن برج وجود ندارد استفاده مي شود. عمل خنک کردن آب را نيز ميتوان از برجهاي سيني دار بصورت مرحله اي انجام داد.ولي عملاً بعلت وجود هزينه هاي زياد ساخت ،نگهداري و کنترل سيستم اين روش ، معمول نمي باشد.
براي انجام عمليات خنک سازي آب مي توان از برجهاي آکنده و سيني دار استفاده نمود.با وجود اين در مواردي که فازهاي مورد نظر آب و هوا با شند بعلت فراواني و ارزان بودن فازهاي فوق بدلايلي که در صفحه قبل ذکر شد از دستگاههاي ديگري استفاده مي گردد که ساختن و نگهداري آنها مستلزم هزينه هاي زيادي نمي باشد. از اين جهت بيشتر دستگاههايي که در مقياس صنعتي بکار مي رود ساختمان و خصوصيات بسيار عمده اي را دارا است که اينک به انواع مختلف اين دستگاهها اشاره مي شود.
فصل اول
بررسي برجهاي خنک کننده و اجزاء آن
برج خنک کننده : COOLING TOWER
برج خنک کن دستگاهي است که با ايجاد سطح وسيعي در تماس آب با هوا ، عمل تبخير را آسان نموده و در نتيجه باعث خنک شدن سريع آب مي گردد.
عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرماي نهان تبخير انجام مي گيرد در حالي که مقدار کمي آب بخار مي شود و سبب خنک شدن آب مي گردد.بايد توجه داشت که آب مقدار اندکي از گرماي خود را از طريق تشعشع (Radiation) ودر حدود 4/1آن را از راه هدايت (Conduction) و جابجائي (Convection) و بقيه را از راه تبخير از دست ميدهد.
اختلاف فشار بخار آب بين سطح آب و هوا باعث تبخير مي شود.اين اختلاف بستگي به دماي آب و ميزان اشباع هوا از آب دارد.
ct2
مقدار گرماي که بوسيله مايعي جذب يا دفع مي شود از رابطه زير بدست مي آيد :
E=W×S×?T
در رابطه بالا:
E :گرماي دفع يا جذب شده بر حسب BTU/hr يا CAL/hr
W :دبي مايع خنک شونده بر حسب lb/hr
S : گرماي ويژه مايع خنک کننده بر حسب lb.f/ Btu
?T :کاهش دماي مايع خنک شونده بر حسب f
در حاليکه عمل خنک شدن از طريق تبخير انجام مي گيرد گر ماي نهان تبخير از دست داده شده بايد به آن اضافه گردد و آن برابر است با حاصل ضرب گرماي نهان تبخير در دبي .
مقدار تبخير بستگي دارد به سطح بر خورد آب با هوا و همچنين شدت جريان هوا دارد. براي اينکه حداکثر بهره برداري که در طرح آن بکار رفته است رعايت شود در برجهاي خنک کننده که آکنده هاي آن از نوع splash packing مي باشد آب به صورت قطره هاي در سطوح برج پخش مي شود تا سطح وسيعي بوجود آيد البته براي اين منظور مي توان از آکنه هاي نوع film packing نيز استفاده کرد.
جريان هوا در برج به صورت کشش طبيعي با استفاده از دودکش هاي هذلولي شکل يا کشش مکانيکي بوسيله بادبزنهاي مناسب در جهت مخالف آب ( counter-flow) و يا به طور متقاطع (cross-flow) با آن به جريان مي افتد .
سيستم برج خنک کننده :
در سيستم برج خنک کننده آب گرم کندانسور از برج خنک کننده عبور مي کند و با هوا تماس مي يابد. در برجهاي خنک کننده با کشش طبيعي ،پوسته خارجي برج از بتن مسلح ساخته شده ودر روي پايه ها تکيه دارد . هوا از قسمت پائين وارد برج خنک کننده مي شود و به طرف بالا جريان مي يابد و از دهانه بالاي برج خارج مي گردد.
انواع ديگري از برجهاي خنک کننده که از چوب و ساير مصالح ساخته مي شود نيز وجود دارد.در برجهاي خنک کننده با کشش طبيعي هوا شکل برج طوري طراحي مي شود که جريان سريع هوا در داخل برج بوجود آيد.
آب گرم از کندانسور در ارتفاع 10 تا 15 متر بالاتر از سطح استخر به سيستم پخش کننده آب وارد مي شود . در برجهاي قديمي تر صفحه اي که آب خروجي از کندانسور به آن ريخته مي شود داراي سوراخهاي منظمي در قسمت پائين است که آب از داخل اين سوراخها به فنجانهاي زيرين مي ريزد. اين فنجانها باعث پاشش آب و تبديل آنها به قطرات کوچک مي شوند. يک سيستم خيلي جديد براي پخش آب در برج خنک کننده بکار بردن لوله هايي است که در سطح بالاي آن شيپوره هايي براي پاشش آب تعبيه شده است.
تبادل حرارت بين هواي بالارونده از برج و آبي که از برج سرازير است با تغيير حرارت محسوس در اثر اختلاف درجه حرارت بين آب و هوا انجام مي شود. سهم اين قسمت از تبادل حرارتي خيلي کم است و قسمت عمده تبادل در اثر تبخير مقدار کمي آب که پيوسته همراه هوا مي باشد،انجام مي شود. در اثر اين عمل مقدار زيادي گرما از آب سرازير شده در برج خنک کننده ( بستگي به مقدار آبي که تبخير شده است) به هوا منتقل مي گردد(Evaporating loss). ضمناً مقداري از قطرات آب بوسيله هوا بخارج از برج پراکنده مي شود(Windage loss). براي جلوگيري از خروج قطرات آب يک شبکه چوب در اطراف برج و حدود 3 متر بالاتر از توده تخته ها قرار دارد . کمبود آب تبخير شده در سيستم برج خنک کننده بايد از منبع خارجي جبران شود که به آن ،آب تکميلي يا آب جبراني (Makeup) گويند . براي اين منظور در صورت امکان از آب رودخانه استفاده کرد يا فاضلابها را تا حد امکان صاف و تصفيه کرده و استفاده نمود .
هنگاميکه از نظر فضاي ساختمان برج خنک کننده محدوديتي وجود داشته باشد ظرفيت برج خنک کننده راتا حد امکان با استفاده از بادبزنهاي مخصوص و بزرگي اضافه مي نمايند. اين بادبزنها مقدار عبورهواي خنک کننده در داخل برج را زياد مي نمايد .
عوامل مؤثر در طراحي برجهاي خنک کننده :
عوامل مؤثر در طراحي برجهاي خنک کننده را بطور خلاصه مي توان بصورت زير بيان کرد :
1. ميزان افت درجه حرارت (اختلاف دماي ورودي وخروجي برج)
2. اختلاف بين درجه حرارت آب سرد و درجه حرارت مرطوب هوا
3. دماي مرطوب محيط : اصولاً خنک کردن آب زير اين دما غير ممکن است .
4. شدت جريان آب
5. شدت جريان هوا
6. نوع آکنه هاي برج
7. روش پخش آب
به تجربه ثابت شده است که براي هر 10 درجه فارنهايت افت دما در برج خنک کننده ميزان تبخير در حدود يک درصد کل آب در حال گردش مي باشد .
چون نمک هاي کلرور حلاليت زيادي دارند غلظت يون کلر در آب ورودي به برج وآب در حال گردش راهنماي بسيار خوبي براي تعيين غلظت بوده و بنابراين هميشه بايد آنرا بازديد و بررسي نمود .
افزايش غلظت مواد محلول و مواد معلق در آب در حال گردش در برج خنک کننده ايجاد اشکال مي نمايد که براي جلوگيري از افزايش غلظت مواد محلول و مواد معلق مقداري از آب در حال گردش را تخليه مي کنند که اين آب در صنعت به زير آب (Blow down) معروف است .
مقدار آب برج همچنين ممکن است تصادفي يا بوسيله باد تقليل يابد . اصولاً در برجهاي خنک کننده مقداري آب بصورت گرد درآمده و توسط باد يا کشش از برج خارج مي شود .
مقدار تخليه لازم در يرج براي کنترل مواد محلول و معلق مجاز را مي توان از رابطه زير بدست آورد :
M=(B+W)*C
که در رابطه فوق
B : مقدار زير آب بر حسب gal/hr يا m3/hr
E : مقدار آب تبخير شده بر حسب gal/hr يا m3/hr
C : ضريب غلطت پيشنهاد شده براي برج
W : مقدار آبي که توسط باد خارج مي شود بر حسب gal/hr يا m3/hr
مقدار آبي که باد همراه خود از برج خارج مي سازد در رابطه بالا منفي است ،زيرا آب مواد محلول و معلق را نيز با خود مي برد . بنابراين تاثير در غلظت و بالا بردن املاح آب ندارد .
مقدار آب لازم جهت آب کسري برج از رابطه زير بدست آورد :
MAKE UP = E +B + W
اطلاعاتي که از طرف خريداران در اختيار فروشندگان قرار مي گيرد در طرح برج اهميت فراواني دارد . مانند اختلاف دما ، مقدار آب در حال گردش ،مقدار زير آب .
کمبود آب در اثر تبخير و باد را با استفاده از رابطه هاي بالا بررسي مي کنند .
قسمتهاي اصلي برج خنک کننده:
cl3
الف) لوله ها و آکنه ها
شامل قسمتهاي هستند که درجريان انتقال حرارت دخالت داشته در ضمن باعث مي شود که مقدار آب گرد شده که همراه باد خارج مي شود کم شده و از خروج آنها از برج جلوگيري شود.همچنين نگهدار خوبي براي قسمتهاي ديگر برج مي باشد . در مورد مشخصات آکنه ها در همين فصل توضيح داده خواهد شد.
ب)حوضچه
حوضچه در پائين برج قرار دارد که آب خنک کننده در آن جمع مي گردد.به حوضچه يک جريان بنام آب تکميلي يا آب جبراني (MAKE UP) وارد مي شود و يک جريان براي استفاده در دستگاههاي تبادل حرارت از آن خارج مي گردد .علاوه بر جمع آوري آب در حوضچه ،آب قبل از اينکه به سمت کندانسور پمپ شود صاف نيز مي گردد.
حوضچه هاي برجهاي بزرگ و مفيد از بتن ساخته شده اند .عموماً اين حوضچه ها طوري طراحي مي شوند که برج بدون اضافه کردن آب جبراني مي تواند براي چندين ساعت کار کند .
از زهکش براي برطرف کردن لجن ته نشين شده و کنترل سطح آب در حالتي که جريان موج دار که در کف قرار دارد ترک مي کند و به ميان سرندي که از ورود اشغال تجمع يافته به ورودي پمپ جلوگيري مي کند ،مي ريزد .
پ)بادبزنها
در برجهاي خنک کننده با کشش مکانيکي باد بزنهاي نصب مي شوند تا جريان هواي لازم را جهت عبور از آکنه ها توليد نمايد .بادبزنها در برجهاي خنک کننده با کشش مکانيکي کاربرد دارند . توضيح در اين مورد ضرورتي ندارد و به همين مقدار اکتفا مي شود .
ت) حذف کننده ها
اين وسيله از خارج شدن قطرات آب بوسيله کشش هوا از برج جلوگيري بعمل مي آورد . تيغه ها معمولاًطوري نصب مي شوند که با سطح افق زاويه اي در حدود 45 درجه بسازد .جنس اين تيغه ها از چوب ، فلز يا پلاستيک ممکن است ساخته شده باشند .درباره کشش و حذف کننده هاي کشش بعداً مفصلاً توضيح داده خواهد شد .
ث) آکنه ها
دو نوع آکنه ها که در برجهاي خنک کننده ممکن است مورد استفاده قرار گيرد عبارتند از :
1. SPLASH PACKING
2. FILM PACKING
1. SPLASH PACKING :
در اين نوع آکنه ها آب بر اثر برخورد با تيغه ها پخش و به صورت قطره قطره در آمده که در نتيجه ايجاد سطح وسيع مي نمايد .از آنجايکه قطرات آب همراه پيوسته بوده و وزن سنگين دارند اين نوع دسته بندي ممکن است در اثر جريان دائمي از هم گسيخته گردد.
2. FILM PACKING :
در اين نوع آکنه ها سطح وسيع از آب در اثر جريان آن در روي تيغه ها بوجود مي آيد . به طرق گوناگون مي توان چنين سطح وسيعي ايجاد کرد
a. GIRD PACKING
در اين نوع آکنه ها از يک سري شبکه هاي که معمولاً از چوب بوده و روي يکديگر قرار گرفته اند استفاده مي شود .اين شبکه ها طوري نصب گرديده که همراه هر شبکه با شبکه هاي اطراف خود زاويه 90 درجه مي سازند وباين شکل در سطوح شبکه ها پخش مي گردد .
b. RANDOM PACKING
اين نوع آکنه ها موادي با سطح زياد درست شده که به طور نا منظم در داخل برج قرار دارند . يکي از دلايل نا مرغوب بودن اين نوع آکنه ها ايجاد مقاومت زياد در مقابل جريان هوا مي باشد . اين نوع آکنه ها داراي قسمتهاي حلقوي است که قطر هر حلقه با طول آن برابر است . اين حلقه ها از جنس هاي مختلفي يوده وسطح تماس آب با هوا را زياد مي کنند.
c. PLATE TYPE FILM PACKING
اين نوع آکنه ها از صفحات نازک پلاستيکي چين دار ساخنه شده اند که با زاويه کمي کمتر از 90 درجه با سطح افق نصب شده اند. چين هاي روي صفحات باعث بوجود امدن سطح زياد مي گردند .
مشخصات و خصوصيات آکنه ها در بخش هاي آينده تشريح خواهد شد .آکنه ها بايد طورب انتخاب شوند تا هم سطح تماس آب و هوا براي نسبتهاي بالاي انتقال حرارت و انتفال جرم مناسب ياشند و هم مقاومت کمتري در مقابل جريان هوا داشته باشند .آکنه ها بايد محکم ، سبک و در برابر خوردگي و خراب شدن مقاوم باشد.
مشخصات و خصوصيات آکنه ها :
مشخصات و خصوصيات آکنه يک برج خنک کننده را در يک برج خنک کننده آزمايشي اندازه گيري مي کنند. يک نمونه از اين برج در نيروگاه برق groyden A در سال 1950 بنا شده بود و در آن زمان فکر مي کردند بزرگترين نوع خود در کشور باشد . در اين برج يک مقطع از آکنه با مربعي به ضلع 4 ft وعمق 8 ft را مي توان زير يک تغيير بار آب و هوا و اتلاف حرارتي براي اندازه گيري ضريب انتقال حجمي و مقاومت جريان هوا نصب و آز مايش کرد . بزرگي اين برج يک مسئله اساسي است در غير اينصورت مقدار آبي که به ظرف پائين ديواره ريزش مي کند کافي است تا بر روي دقت آزمايش تاثير بگذارد.
هر دو جريان آب وهوا توسط اوريفيس اندازه گيري مي شود . جريان آب بيشتر در مقابل يک حجم اندازه گيري شده تانک ، چک خواهد شد.
دراکثر کارخانجات کوچک و بزرگ يکي از مهمترين و اساسي ترين دستگاهها مي توان انواع برجهاي خنک کننده را نام برد.
برجهاي خنک کننده علاوه بر آب به منظور خنک کردن سيالاتي ديگر در صورت لزوم مورد استفاده واقع مي شود.
با توجه به اينکه برجهاي خنک کننده معمولاًً حجيم مي باشند و بعلت پاشيدن آب در محيط اطراف خود و خرابي تجهيزات آن را معمولاًٌ در انتهاي فرايند نصب مي کنند.
اگراز وسايل برجهاي خنک کننده صرف نظر نشود براي ساخت برج تکنولوژي بالايي نياز نيست همانطور که در ايران در حال حاضر ساخت اين برجها در حد وسيعي صورت مي گيرد .برجها با توجه به شرايط فيزيکي و شيميايي خاص خود دچار مشکلاتي مي شوند ولي معمولاٌ زماني لازم است تا اين مشکلات برج را از کار بياندازد طولاني است.،ولي عملاٌ اجتناب ناپذير است.
در اين مجمعه تا سر حد امکان سعي شده است که ديدي نسبتاً کلي راجع به برج جنبه اي به خواننده منتقل شود و تا حد امکان از جزييات مربوط به برجهاي خنک کننده توضيح لازم داده شده باشد.
پيشگفتار :
برج خنک کننده دستگاهي است که با ايجاد سطح وسيع تماس آب با هوا تبخير آسان مي کند و باعث خنک شدن سريع آب مي گردد.عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرماي نهان تبخير انجام مي گيرد، در حالي که مقدار کمي آب تبخير مي شود و باعث خنک شدن آب مي گردد.بايد توجه داشت آب مقداري از گرماي خود را به طريق تشعشع ،هدايتي وجابجايي و بقيه از راه تبخير از دست ميدهد.
بيشتر دستگاههاي خنک کن از يک مدار بسته تشکيل شده اند که آب در اين دستگاهها نقش جذب ، دفع و انتقال گرما را به عهده دارد، يعني گرماي بوجود آمده توسط ماشين جذب و از دستگاه دور مي سازد. اين کار باعث ادامه کار يکنواخت و پايداري دستگاه مي شود.
در دستگاههايي که به دلايلي مجبوريم آب را بگردش در آوريم و يا به کار ببريم بايد بنحوي گرماي آب را دفع کرد. با بکار بردن برجهاي خنک کننده اين کار انجام مي گيرد. در تمام کارخانه ها تعداد زيادي دستگاههاي تبديل حرارتي (heat exchanger) وجود دارد که در بيشترآنها آب عامل سرد کنندگي است.
بدلايل زير آب معمولترين سرد کننده هاست:
1. بمقدار زياد وارزان در دسترس مي باشد.
2. به آساني آب را مي توان مورد استفاده قرار داد .
3. قدرت سرد کنندگي آب نسبت به اکثر مايعات( در حجم مساوي )بيشتر است.
4. انقباض و انبساط آب با تغيير درجه حرارت جزيي است.
هر چند که آب براي انتقال گرما بسيار مناسب است با بکار بردن آن باعث بوجود آمدن مشکلاتي نيز مي شود.
آب با سختي زياد باعث رسوب سازي در دستگاهها شده و همچنين از آنجايي که بيشتر اين دستگاهها از آلياژ آهن ساخته شده اند مشکل خوردگي بوجود مي آيد. از طرف ديگر بيشتر برجهاي خنک کننده در بر خورد مستقيم با هوا و نور خورشيد مي باشند محيط مناسبي براي رشد باکتريها و ميکرو ارگانيسم ها نيز مي باشد که آنها نيز مشکلاتي همراه دارند.
وارد شدن گرد و خاک بداخل برج نيز در بعضي مواقع ايجاد اشکال مي نمايد.در کل اين مشکلات باعث مي شود که بازدهي دستگاه کم شده و در نتيجه از نظر اقتصادي مخارج زيادتري خواهند داشت. در اين مجموعه طبيعت اين مشکلات و شرايط بوجود آمدن آنها و راههاي جلوگيري از آنها را بطور مختصر شرح خواهيم داد.موارد استفاده از برجهاي خنک کننده را نيز در بخش هاي ديگري از اين مجموعه را در بر مي گيرد.
عموماً برجهاي خنک کننده (cooling tower) را به سه گروه تقسيم مي کنند:
1. برجهاي خنک کننده مرطوب
2. برجهاي خنک کننده مرطوب- خشک
3. برجهاي خنک کننده خشک
در برجهاي خنک کننده مرطوب، آب نقش اصلي و اساسي را داشته و هدف نيز همان خنک کردن آب است. اين نوع دستگاهها که خود به چند گروه و دسته تقسيم مي شوند در صنعت داراي کاربرد فراواني است.
از يرجهاي خنک کننده خشک بيشتر در مکانهاي که آب کافي براي خنک کردن برج وجود ندارد استفاده مي شود. عمل خنک کردن آب را نيز ميتوان از برجهاي سيني دار بصورت مرحله اي انجام داد.ولي عملاً بعلت وجود هزينه هاي زياد ساخت ،نگهداري و کنترل سيستم اين روش ، معمول نمي باشد.
براي انجام عمليات خنک سازي آب مي توان از برجهاي آکنده و سيني دار استفاده نمود.با وجود اين در مواردي که فازهاي مورد نظر آب و هوا با شند بعلت فراواني و ارزان بودن فازهاي فوق بدلايلي که در صفحه قبل ذکر شد از دستگاههاي ديگري استفاده مي گردد که ساختن و نگهداري آنها مستلزم هزينه هاي زيادي نمي باشد. از اين جهت بيشتر دستگاههايي که در مقياس صنعتي بکار مي رود ساختمان و خصوصيات بسيار عمده اي را دارا است که اينک به انواع مختلف اين دستگاهها اشاره مي شود.
فصل اول
بررسي برجهاي خنک کننده و اجزاء آن
برج خنک کننده : COOLING TOWER
برج خنک کن دستگاهي است که با ايجاد سطح وسيعي در تماس آب با هوا ، عمل تبخير را آسان نموده و در نتيجه باعث خنک شدن سريع آب مي گردد.
عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرماي نهان تبخير انجام مي گيرد در حالي که مقدار کمي آب بخار مي شود و سبب خنک شدن آب مي گردد.بايد توجه داشت که آب مقدار اندکي از گرماي خود را از طريق تشعشع (Radiation) ودر حدود 4/1آن را از راه هدايت (Conduction) و جابجائي (Convection) و بقيه را از راه تبخير از دست ميدهد.
اختلاف فشار بخار آب بين سطح آب و هوا باعث تبخير مي شود.اين اختلاف بستگي به دماي آب و ميزان اشباع هوا از آب دارد.
ct2
مقدار گرماي که بوسيله مايعي جذب يا دفع مي شود از رابطه زير بدست مي آيد :
E=W×S×?T
در رابطه بالا:
E :گرماي دفع يا جذب شده بر حسب BTU/hr يا CAL/hr
W :دبي مايع خنک شونده بر حسب lb/hr
S : گرماي ويژه مايع خنک کننده بر حسب lb.f/ Btu
?T :کاهش دماي مايع خنک شونده بر حسب f
در حاليکه عمل خنک شدن از طريق تبخير انجام مي گيرد گر ماي نهان تبخير از دست داده شده بايد به آن اضافه گردد و آن برابر است با حاصل ضرب گرماي نهان تبخير در دبي .
مقدار تبخير بستگي دارد به سطح بر خورد آب با هوا و همچنين شدت جريان هوا دارد. براي اينکه حداکثر بهره برداري که در طرح آن بکار رفته است رعايت شود در برجهاي خنک کننده که آکنده هاي آن از نوع splash packing مي باشد آب به صورت قطره هاي در سطوح برج پخش مي شود تا سطح وسيعي بوجود آيد البته براي اين منظور مي توان از آکنه هاي نوع film packing نيز استفاده کرد.
جريان هوا در برج به صورت کشش طبيعي با استفاده از دودکش هاي هذلولي شکل يا کشش مکانيکي بوسيله بادبزنهاي مناسب در جهت مخالف آب ( counter-flow) و يا به طور متقاطع (cross-flow) با آن به جريان مي افتد .
سيستم برج خنک کننده :
در سيستم برج خنک کننده آب گرم کندانسور از برج خنک کننده عبور مي کند و با هوا تماس مي يابد. در برجهاي خنک کننده با کشش طبيعي ،پوسته خارجي برج از بتن مسلح ساخته شده ودر روي پايه ها تکيه دارد . هوا از قسمت پائين وارد برج خنک کننده مي شود و به طرف بالا جريان مي يابد و از دهانه بالاي برج خارج مي گردد.
انواع ديگري از برجهاي خنک کننده که از چوب و ساير مصالح ساخته مي شود نيز وجود دارد.در برجهاي خنک کننده با کشش طبيعي هوا شکل برج طوري طراحي مي شود که جريان سريع هوا در داخل برج بوجود آيد.
آب گرم از کندانسور در ارتفاع 10 تا 15 متر بالاتر از سطح استخر به سيستم پخش کننده آب وارد مي شود . در برجهاي قديمي تر صفحه اي که آب خروجي از کندانسور به آن ريخته مي شود داراي سوراخهاي منظمي در قسمت پائين است که آب از داخل اين سوراخها به فنجانهاي زيرين مي ريزد. اين فنجانها باعث پاشش آب و تبديل آنها به قطرات کوچک مي شوند. يک سيستم خيلي جديد براي پخش آب در برج خنک کننده بکار بردن لوله هايي است که در سطح بالاي آن شيپوره هايي براي پاشش آب تعبيه شده است.
تبادل حرارت بين هواي بالارونده از برج و آبي که از برج سرازير است با تغيير حرارت محسوس در اثر اختلاف درجه حرارت بين آب و هوا انجام مي شود. سهم اين قسمت از تبادل حرارتي خيلي کم است و قسمت عمده تبادل در اثر تبخير مقدار کمي آب که پيوسته همراه هوا مي باشد،انجام مي شود. در اثر اين عمل مقدار زيادي گرما از آب سرازير شده در برج خنک کننده ( بستگي به مقدار آبي که تبخير شده است) به هوا منتقل مي گردد(Evaporating loss). ضمناً مقداري از قطرات آب بوسيله هوا بخارج از برج پراکنده مي شود(Windage loss). براي جلوگيري از خروج قطرات آب يک شبکه چوب در اطراف برج و حدود 3 متر بالاتر از توده تخته ها قرار دارد . کمبود آب تبخير شده در سيستم برج خنک کننده بايد از منبع خارجي جبران شود که به آن ،آب تکميلي يا آب جبراني (Makeup) گويند . براي اين منظور در صورت امکان از آب رودخانه استفاده کرد يا فاضلابها را تا حد امکان صاف و تصفيه کرده و استفاده نمود .
هنگاميکه از نظر فضاي ساختمان برج خنک کننده محدوديتي وجود داشته باشد ظرفيت برج خنک کننده راتا حد امکان با استفاده از بادبزنهاي مخصوص و بزرگي اضافه مي نمايند. اين بادبزنها مقدار عبورهواي خنک کننده در داخل برج را زياد مي نمايد .
عوامل مؤثر در طراحي برجهاي خنک کننده :
عوامل مؤثر در طراحي برجهاي خنک کننده را بطور خلاصه مي توان بصورت زير بيان کرد :
1. ميزان افت درجه حرارت (اختلاف دماي ورودي وخروجي برج)
2. اختلاف بين درجه حرارت آب سرد و درجه حرارت مرطوب هوا
3. دماي مرطوب محيط : اصولاً خنک کردن آب زير اين دما غير ممکن است .
4. شدت جريان آب
5. شدت جريان هوا
6. نوع آکنه هاي برج
7. روش پخش آب
به تجربه ثابت شده است که براي هر 10 درجه فارنهايت افت دما در برج خنک کننده ميزان تبخير در حدود يک درصد کل آب در حال گردش مي باشد .
چون نمک هاي کلرور حلاليت زيادي دارند غلظت يون کلر در آب ورودي به برج وآب در حال گردش راهنماي بسيار خوبي براي تعيين غلظت بوده و بنابراين هميشه بايد آنرا بازديد و بررسي نمود .
افزايش غلظت مواد محلول و مواد معلق در آب در حال گردش در برج خنک کننده ايجاد اشکال مي نمايد که براي جلوگيري از افزايش غلظت مواد محلول و مواد معلق مقداري از آب در حال گردش را تخليه مي کنند که اين آب در صنعت به زير آب (Blow down) معروف است .
مقدار آب برج همچنين ممکن است تصادفي يا بوسيله باد تقليل يابد . اصولاً در برجهاي خنک کننده مقداري آب بصورت گرد درآمده و توسط باد يا کشش از برج خارج مي شود .
مقدار تخليه لازم در يرج براي کنترل مواد محلول و معلق مجاز را مي توان از رابطه زير بدست آورد :
M=(B+W)*C
که در رابطه فوق
B : مقدار زير آب بر حسب gal/hr يا m3/hr
E : مقدار آب تبخير شده بر حسب gal/hr يا m3/hr
C : ضريب غلطت پيشنهاد شده براي برج
W : مقدار آبي که توسط باد خارج مي شود بر حسب gal/hr يا m3/hr
مقدار آبي که باد همراه خود از برج خارج مي سازد در رابطه بالا منفي است ،زيرا آب مواد محلول و معلق را نيز با خود مي برد . بنابراين تاثير در غلظت و بالا بردن املاح آب ندارد .
مقدار آب لازم جهت آب کسري برج از رابطه زير بدست آورد :
MAKE UP = E +B + W
اطلاعاتي که از طرف خريداران در اختيار فروشندگان قرار مي گيرد در طرح برج اهميت فراواني دارد . مانند اختلاف دما ، مقدار آب در حال گردش ،مقدار زير آب .
کمبود آب در اثر تبخير و باد را با استفاده از رابطه هاي بالا بررسي مي کنند .
قسمتهاي اصلي برج خنک کننده:
cl3
الف) لوله ها و آکنه ها
شامل قسمتهاي هستند که درجريان انتقال حرارت دخالت داشته در ضمن باعث مي شود که مقدار آب گرد شده که همراه باد خارج مي شود کم شده و از خروج آنها از برج جلوگيري شود.همچنين نگهدار خوبي براي قسمتهاي ديگر برج مي باشد . در مورد مشخصات آکنه ها در همين فصل توضيح داده خواهد شد.
ب)حوضچه
حوضچه در پائين برج قرار دارد که آب خنک کننده در آن جمع مي گردد.به حوضچه يک جريان بنام آب تکميلي يا آب جبراني (MAKE UP) وارد مي شود و يک جريان براي استفاده در دستگاههاي تبادل حرارت از آن خارج مي گردد .علاوه بر جمع آوري آب در حوضچه ،آب قبل از اينکه به سمت کندانسور پمپ شود صاف نيز مي گردد.
حوضچه هاي برجهاي بزرگ و مفيد از بتن ساخته شده اند .عموماً اين حوضچه ها طوري طراحي مي شوند که برج بدون اضافه کردن آب جبراني مي تواند براي چندين ساعت کار کند .
از زهکش براي برطرف کردن لجن ته نشين شده و کنترل سطح آب در حالتي که جريان موج دار که در کف قرار دارد ترک مي کند و به ميان سرندي که از ورود اشغال تجمع يافته به ورودي پمپ جلوگيري مي کند ،مي ريزد .
پ)بادبزنها
در برجهاي خنک کننده با کشش مکانيکي باد بزنهاي نصب مي شوند تا جريان هواي لازم را جهت عبور از آکنه ها توليد نمايد .بادبزنها در برجهاي خنک کننده با کشش مکانيکي کاربرد دارند . توضيح در اين مورد ضرورتي ندارد و به همين مقدار اکتفا مي شود .
ت) حذف کننده ها
اين وسيله از خارج شدن قطرات آب بوسيله کشش هوا از برج جلوگيري بعمل مي آورد . تيغه ها معمولاًطوري نصب مي شوند که با سطح افق زاويه اي در حدود 45 درجه بسازد .جنس اين تيغه ها از چوب ، فلز يا پلاستيک ممکن است ساخته شده باشند .درباره کشش و حذف کننده هاي کشش بعداً مفصلاً توضيح داده خواهد شد .
ث) آکنه ها
دو نوع آکنه ها که در برجهاي خنک کننده ممکن است مورد استفاده قرار گيرد عبارتند از :
1. SPLASH PACKING
2. FILM PACKING
1. SPLASH PACKING :
در اين نوع آکنه ها آب بر اثر برخورد با تيغه ها پخش و به صورت قطره قطره در آمده که در نتيجه ايجاد سطح وسيع مي نمايد .از آنجايکه قطرات آب همراه پيوسته بوده و وزن سنگين دارند اين نوع دسته بندي ممکن است در اثر جريان دائمي از هم گسيخته گردد.
2. FILM PACKING :
در اين نوع آکنه ها سطح وسيع از آب در اثر جريان آن در روي تيغه ها بوجود مي آيد . به طرق گوناگون مي توان چنين سطح وسيعي ايجاد کرد
a. GIRD PACKING
در اين نوع آکنه ها از يک سري شبکه هاي که معمولاً از چوب بوده و روي يکديگر قرار گرفته اند استفاده مي شود .اين شبکه ها طوري نصب گرديده که همراه هر شبکه با شبکه هاي اطراف خود زاويه 90 درجه مي سازند وباين شکل در سطوح شبکه ها پخش مي گردد .
b. RANDOM PACKING
اين نوع آکنه ها موادي با سطح زياد درست شده که به طور نا منظم در داخل برج قرار دارند . يکي از دلايل نا مرغوب بودن اين نوع آکنه ها ايجاد مقاومت زياد در مقابل جريان هوا مي باشد . اين نوع آکنه ها داراي قسمتهاي حلقوي است که قطر هر حلقه با طول آن برابر است . اين حلقه ها از جنس هاي مختلفي يوده وسطح تماس آب با هوا را زياد مي کنند.
c. PLATE TYPE FILM PACKING
اين نوع آکنه ها از صفحات نازک پلاستيکي چين دار ساخنه شده اند که با زاويه کمي کمتر از 90 درجه با سطح افق نصب شده اند. چين هاي روي صفحات باعث بوجود امدن سطح زياد مي گردند .
مشخصات و خصوصيات آکنه ها در بخش هاي آينده تشريح خواهد شد .آکنه ها بايد طورب انتخاب شوند تا هم سطح تماس آب و هوا براي نسبتهاي بالاي انتقال حرارت و انتفال جرم مناسب ياشند و هم مقاومت کمتري در مقابل جريان هوا داشته باشند .آکنه ها بايد محکم ، سبک و در برابر خوردگي و خراب شدن مقاوم باشد.
مشخصات و خصوصيات آکنه ها :
مشخصات و خصوصيات آکنه يک برج خنک کننده را در يک برج خنک کننده آزمايشي اندازه گيري مي کنند. يک نمونه از اين برج در نيروگاه برق groyden A در سال 1950 بنا شده بود و در آن زمان فکر مي کردند بزرگترين نوع خود در کشور باشد . در اين برج يک مقطع از آکنه با مربعي به ضلع 4 ft وعمق 8 ft را مي توان زير يک تغيير بار آب و هوا و اتلاف حرارتي براي اندازه گيري ضريب انتقال حجمي و مقاومت جريان هوا نصب و آز مايش کرد . بزرگي اين برج يک مسئله اساسي است در غير اينصورت مقدار آبي که به ظرف پائين ديواره ريزش مي کند کافي است تا بر روي دقت آزمايش تاثير بگذارد.
هر دو جريان آب وهوا توسط اوريفيس اندازه گيري مي شود . جريان آب بيشتر در مقابل يک حجم اندازه گيري شده تانک ، چک خواهد شد.
Similar threads
| Thread starter | عنوان | تالار | پاسخ ها | تاریخ |
|---|---|---|---|---|
|
اشنایی با ساختار کنترل در نیروگاهها | سامانه های تولید انرژی و قدرت | 1 |