بررسی عددی تاثیر زاویه نصب پره بر عملکرد یک توربین گاز محوری دو مرحله‌ای

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی برق ، دانشگاه نیشابور، نیشابور، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک ، دانشگاه سیستان و بلوچستان ، زاهدان، ایران

چکیده

در کار حاضر اثرات زاویه نصب پره‌های یک توربین محوری دو طبقه بر عملکرد آن به روش عددی بررسی شده­است. مشخصات هندسی توربین گازی مدلMS5001   شرکت جنرال الکتریک برای مطالعه انتخاب شده­است. ابتدا هندسه­ی توربین ایجاد و شبکه‌بندی شده، و با قرار دادن پره­های شبکه­بندی شده در کنار هم مدل نهایی ایجاد گردیده­است. به منظور محاسبه اثر دیوار بر جریان آشفته از مدل آشفتگی انتقال تنش برشی (SST) استفاده شده­است. ابتدا نتایج بدست آمده از توربین مورد مطالعه با نتایج میدانی موجود از نیروگاه مقایسه شده، که تطابق خوبی داشتند. سپس به منظور بررسی اثرات زاویه نصب پره­های توربین بر عملکرد آن در هر مرحله زاویه نصب یک ردیف از چهار ردیف پره­های توربین مورد پژوهش تغییر داده­شده، و نتایج بدست آمده از حل مسئله با مدل اصلی توربین مقایسه شده­است. افزایش زاویه نصب پره­های استاتور ردیف دوم وکاهش زاویه نصب پره های روتور ردیف دوم سبب افزایش توان و همچنین افزایش بازدهی توربین می­شود. از نتایج بدست‌آمده می‌توان به افزایش 00/4 درصد توان تولیدی و افزایش 87/0 درصد بازده توربین در بهترین حالت و بهینه­ترین آرایش پره­ها اشاره کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]   اصول دستگاه‌ها و طرز کار توربین‌های احتراقی گازی، شرکت ملی نفت مناطق نفت‌خیزجنوب، مرکز آموزش فنون شهید مجدزاده، قسمت آموزش مکانیک و توربین، مهرماه 85.
[2]     Biswas D., Takamatsu T., Iwasaki H., Unsteady three-dimensional navier-stokes simulations of turbine rotor-stator interaction using multi-airfoil, Toshiba Corporation Research and Development Center Kawasaki, Japan, 2003.
[3]  Lastiwka D., Chang D.., Tavoularis S., Effect of rotor blade scaling on gas turbine performance, Department of Mechanical Engineering, University of Ottawa Ottawa, ON K1N 6N5, Canada, 2013.
[4]  Brost V., Ruprecht A., Maihöfer M.., Interactions in an Axial Turbine a Comparison of Transient and Steady State Frozen Rotor Simulations, Institute for Fluid Mechanics and Hydraulic Machinery, University of Stuttgart, Germany, 2009.
[5]  Bauer, Chi., Instationäre Berechnung Einer Hydraulischen Axialturbine, Unter Berücksichtigung der Interaktion Zwischen Leit- und Laufrad, PhD Thesis, University of Stuttgart, 2001.
[6]  آقایی طوق ر.، مسگرپور طوسی  ا.، برومند  م.، مطالعه­ی جریان در یک توربین فراصوت خاص و بررسی تاثیر هندسی لبه­ی پره­ها بر عملکرد توربین، نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک، شماره یک، ایران، 1389.
[7]  علی­گودرز م.ر.، کرابی ه.، سلیمانی تهرانی م.ر.، بررسی اثرات پیچش، کج شدن و شکم دادن پره بر عملکرد یک نمونه توربین محوری، مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس، شماره 4، ایران، 1391.
[8]  Arabnia M., Sivashanmugam V.K., Ghaly W., Optimization of an Axial Turbine Rotor for High Aerodynamic Inlet Blockage, Proceedings of ASME Turbo Expo, Vancouver Canada, 2011.
[9]  Arabnia M., Aerodynamic Shape Optimization of Axial Turbines in Three Dimensional Flow, Concordia University, PhD thesis, 2012.
[10]    آقایی طوق ر.، مسگرپور طوسی  ا.، برومند  م.، بررسی عددی تاثیر زوایای پره بر روی عملکرد پروانه­ی گریز از مرکز، فصل­نامه مکانیک هوافضا، جلد 8، شماره 2، ایران، 1391.
[11]   Lebele-Alawa, B. T. , Axial-thrust responses due to a gas turbine’s rotor blade distortions, Journal of Engineering Physics and Thermophysics, Vol 83, pp 991–994, 2010.
[12]   ترابیده  ر.، شاطری نجف­آبادی ع.ر.، بررسی اثر شدت توربولانس ورودی و لقی بر روی جریان نشتی و انتقال حرارت در ناحیه نوک پره توربین گاز، هشتمین کنفرانس سالانه انجمن هوافضای ایران، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، 1387.
[13]    جوانیان جویباری حمید.، شاه حسینی م.ر.، قدک ف.، راد م.، مدل‌سازی یک‌بعدی توربین‌گاز دو طبقه جریان محوری با استفاده از معادله جریان و مقایسه با نتایج تجربی، دهمین کنفرانس انجمن هوافضای ایران، دانشگاه تربیت مدرس، 1389.
[14]   De Figueiredo J. C. B. S., Fast aerodynamic design of a one-stage axial gas turbine in order to produce a 3D geometry ready for optimization, Technique Lisboa, MSc Thesis, 2014.
[15]   WEI N., Significance of Loss Models in Aerothermodynamic Simulation for Axial Turbines, Royal Institute of Technology, 2000.
[16]   اکبرزاده ع.، شفیعی میم م.ح.، مطالعه تاثیر تعداد پره­ها بر عملکرد یک توربین گاز محوری، مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس، دوره 19، شماره 12، صص 2916-2907، ایران، آذر 1398.
[17]   Sun F., Tong J., Feng Q., Zhang J., Microstructural evolution and deformation features in gas turbine blades operated in-service, Journal od Alloys and Compounds, 618(2015), 728-733
[18]   Prasad K., Prasad B. A., Anandarao M., Numerical analysis of twisted aerofoil gas turbine blade, Material Todays: Proceedings 4(2017), 7931-7941
[19] Rogge T., Berger R., Pohle L., Rolfes R., Wallaschek F., Efficient structural analysis of gas turbine blades, Aircraft Engineering and Aerospace Technology, https://doi.org/10.1108/AEAT-05-2016-0085
[20]   Biswas D., Takamatsu T., Iwasaki H., Unsteady Three-Dimensional Navier-Stokes Simulations of Turbine Rotor-Stator Interaction Using Multi-Airfoil, Corporation Research and Development Center Kawasaki, Japan, 2003.
[21]   Lastiwka D., Chang D., Tavoularis S., Effect of Rotor Blade Scaling on Gas Turbine Performance”, Department of Mechanical Engineering, University of Ottawa Ottawa, ON K1N 6N5, Canada, 2009.