DEN 322. Gaz Türbini Karakteristikleri ve Kombine tahrik sistemleri

Transkript

1 DEN 3 Gaz Türbini Karakteristikleri ve Kombine tahrik sistemleri

2 Gaz Türbinleri Rolls Royce WR Gaz Türbini Büyük hacim kaplayan ve ağır buhar türbini tesislerine göre gaz türbinlerinin yapısı basittir. Basitlik ve göreceli olarak hafiflik gaz türbinlerinin en önemli iki avantajını oluşturur. Gaz türbinleri bir ünite olarak güç dönüşümü yaptıklarından sadece türbin değil türbine gaz sevkeden diğer elemanlar ile birlikte bir ünite olarak performans hesaplanır.

3 Gaz Türbinleri Gaz Jeneratörü Güç bölümü Hava Egzost Y.O. Kompresör Kompresör Türbini Güç Türbini Y.O. Gaz Türbini ünitesinin elemanları Y.O. : yanma odaları

4 Gaz Türbinleri GE LM500 Gaz Türbini ünitesi

5 Gaz Türbinleri Temel bağıntılar r r ω Diski döndüren moment, Newton un ikinci kanunu gereği: T ( r ) = m& r u u ifade edilebilir. Burada u, nin teğet bileşenidir. Akışkan ve disk arasındaki birim zamandaki enerji transferi, güç, moment ile açısal hızın çarpımına eşittir: E = m& ω ( r r ) u u Lineer disk hızı, E U ( U ) u u = ωr olduğundan = m& U yazılabilir. U > U ise, E pozitiftir ve akışkan tarafından diske iş u u yapılır. Disk bir türbini ifade eder.

6 Gaz Türbinleri Kompresörler Kompresör veya türbinlerin esas karakteristikleri, akış hızı ile basınç artışı arasındaki ilişkidir. Kompresörler Santrifüj (merkezkaç) kompresörler, akışkanın diski veya impeleri dönüş yönüne dik doğrultuda, radyal olarak terkettiği cihazlardır. Bu tip kompresörlerin yapısı basit olduğundan daha çok küçük makinalarda kullanılırlar.

7 Gaz Türbinleri Kompresörler Tipik bir santrifüj kompresörün performans diyagramı Boyutsuz parametreler m& θ δ N = θ m& T = p T N 0 0 T 0 0 p T 0 0

8 Gaz Türbinleri Kompresörler Eksenel kompresörler, akışkanın girişten çıkışa kadar bazı hallerde birkaç kademeden geçerek dönüş yönünde eksenel olarak hareket ettiği cihazlardır. Santrifüj kompresör kullanan birkaç yüz beygirlik küçük makinalar haricinde, gemi gaz türbinlerinde eksenel tip kompresör kullanılır.

9 Gaz Türbinleri Kompresörler Tipik bir eksenel kompresörün performans diyagramı

10 Gaz Türbinleri Türbinler Türbinlerde santrifüj ve eksenel olarak yapılabilirler, gemi gaz türbinlerinde eksenel tipte türbinler kullanılır. Eksenel tipte bir türbin için: A = u A = w ( U ) u Disk Burada, A nin eksenel bileşeni ve w akışkanın diske göre göreceli hızıdır. Bu bağıntılardan: U u = ( + U w ) Enerji denkleminde bu ifade her iki taraf için de uygulanırsa: ( ) + ( w ) E = m& Eksenel türbin için: U U 0 w impuls nedeniyle kinetik enerji artışı reaksiyon nedeniyle kinetik enerji artışı w w w = = w türbin aksiyon (impuls) türbinidir türbin reaksiyon türbinidir

11 Gaz Türbinleri Türbinler Dizayner yi mümkün olduğu kadar kısa tutarak diski terkeden enerjiyi minimuma indirmeye çalışır veya enerji kullanım oranını, en iyi U ve yi seçerek maksimum yapmaya çalışır. Aksiyon türbini için enerji kullanım oranı: U ( ) u u ε = Eksenel türbin için: U = U β = ise u = cosα ve = cosα ) yazılabilir. β u ( U Enerji kullanım oranı bağıntısı yeniden düzenlenirse: ε = 4U cosα U Enerji kullanım oranını maksimum yapan U/ tesbit edilmek istendiğinde: U ε max = cosα o U bulunur. Pratik bir değer, α <

12 Gaz Türbinleri Türbinler Tahrik makinasının karakteristikleri moment dev/dak veya güç dev/dak olarak ifade edilir. İdeal tek kademeli aksiyon türbini için: U = πnr ve akışkan ile disk arasındaki enerji değişiminin moment ve açısal hızın çarpımına eşit olduğu göz önüne alınarak enerji kullanım oranı ifadesi, moment kullanım ifadesi halinde düzenlenebilir: ε T = 8πr cosα U sabit ise, moment U nun veya dev/dak nın lineer bir fonksiyonudur. U U = = 0 cosα olduğunda (en iyi değer): olduğunda (0 dev/dak): 4πr cosα ε T = 8πr cosα ε T = Türbine sabit hızda gaz gönderilmesi halinde 0 dev/dak daki moment en iyi kullanımdaki (dizayn koşulu) momentin iki katıdır.

13 Gaz Türbinleri Türbinler İdeal tek kademeli aksiyon türbini için karakteristik eğriler: T T r P P r T r N r dev/dak N r dev/dak T T = N r N r P P r N N = Nr N r r: dizayn koşulları, ε max olduğu dev/dak

14 Gaz Türbinleri Türbinler

15 Kombine Tahrik Sistemleri Gaz türbinleri, diesel motorlar ve buhar türbinleri değişik kombinasyonlarda kullanılabilirler. ODAD Ombined Diesel And Diesel Birden fazla diesel motor ortak dişli donanımına bağlanarak gerekli güç çıkışı temin edilir. OGAG Ombined Gas turbine And Gas turbine İki gaz türbini ortak dişli donanımına bağlanarak güç çıkışı iki kat arttırılır. Kısmi yük işletilmesinde, bir gaz türbini tam yükte çalışırken diğeri düşük yükte çalıştırılabilir OGOG Ombined Gas turbine Or Gas turbine Daha küçük bir gaz türbini dizayn gücünde seyir hızı için kullanılır. Büyük türbin yüksek güç gereksiniminde devreye girer ve küçük türbin devreden çıkar.

16 Kombine Tahrik Sistemleri ODOG Ombined Diesel Or Gas turbine Diesel seyir ekonomisi için kullanılır ve yüksek güç gereksiniminde gaz türbini devreye girerken diesel devreden çıkar ODAG Ombined Diesel And Gas turbine Diesel ve gaz türbini hidrolik kaplin veya kavramalarla pervane şaftına bağlanır. Gaz türbini yüksek güç gereksinimini karşılar, hatvesi kontrol edilebilir pervane kullanılır. OSAG Ombined Steam turbine And Gas turbine Seyir buhar türbinleri ile yapılır, yüksek güç gaz türbinleri tarafından karşılanır. Buhar ve gaz türbinleri ortak devir düşürme dişli donanımına bağlanırlar. OGAS Ombined Gas turbine And Steam turbine Gaz türbini esas gücü temin eder ve buhar türbini güç çıkışını arttırır. Gaz türbininin egzostu yardımcı buhar kazanında buhar üretimi için kullanılır

17 Kombine Tahrik Sistemleri - ODAD

18 Kombine Tahrik Sistemleri - OGAG

19 Kombine Tahrik Sistemleri - OGOG - yüksek güç gaz türbinleri - seyir gaz türbinleri 3- devir düşürme donanımı

20 Kombine Tahrik Sistemleri - ODOG

21 Kombine Tahrik Sistemleri Karakteristikler (OGAG) P, kw iki eş gaz türbininin toplam güç eğrisi pervane yük eğrisi tek gaz türbininin güç eğrisi dizayn devri N, dev/dak Birden fazla makinanın güç ve moment karakteristikleri her makinanın karakteristikleri toplamıdır. Diyagramda tek olarak çalıştırılan makinanın dizayn devrine ve gücüne ulaşamayacağı görülmektedir.

22 Kombine Tahrik Sistemleri Karakteristikler (ODOG) Düşük güçte uzun peryotta işletme (seyir) ve yüksek güçte kısa peryotta işletme (tam hızda) istendiği hallerde, diesel ve gaz türbini makinaları beraber kullanılabilir. Yüksek verimliliğe sahip diesel seyir halinde gerekli gücü temin edebilir ve yüksek güç talep edildiğinde gaz türbini devreye alınabilir. P, kw gaz türbini seyir gücü Tam güç pervane yük eğrisi diesel dizayn devri diesel N, dev/dak gaz türbini dizayn devri ODOG konfigürasyonunda her iki makina da aynı anda devrede olmaz. Bu ancak gaz türbininin kısmi yükte işletilmesi için yapılabilir. Kurulu bulunan iki makinanın toplam gücünün en yüksek hızda kullanılamaması bir kayıptır. Her iki makina kendi dizayn devirlerinde çalıştırıldıklarında bağlanırlarsa, üretilen güç denge noktasını sağa doğru kaydırarak her iki makinanın da aşırı hızlanmasına neden olacaktır.

23 Kombine Tahrik Sistemleri Karakteristikler (ODAG) P, kw gaz türbini + diesel seyir gücü Tam güç pervane yük eğrisi diesel gaz türbini ve diesel dizayn devri N, dev/dak ODAG konfigürasyonunda pervane her iki makinanın ortak dizayn devrinde üretilen güce uydurulur. Pervane için daha büyük bir hatve seçilerek, her iki makina dizayn güçlerine ulaşmadan dizayn devrinin aşılması önlenir. Diyagramda, diesel aynı pervane dizayn devrine uydurulmalıdır, ancak diesel seyir modunda çalışırken dizayn gücünü üretemez.