در حال حاضر نیروگاه های برق آبی یکی از به صرفه ترین روش های تولید برق بوده و بیشترین سهم را در تولید جهانی برق تجدیدپذیر دارند. به دلیل سابقه طولانی استفاده از توربین آبی در تولید برق، حوزه های فناورانه مرتبط با آن در سطح بالایی از بلوغ قرار دارند. ولی با این حال همچنان تحقیقات متعددی به منظور افزایش راندمان، افزایش انعطاف پذیری در عملکرد، افزایش عمر و کاهش هزینه های نصب، بهره برداری و نگهداری توربین های آبی در جریان است. در این پژوهش مقالات و اختراعات مرتبط با فناوری توربین های آبی پیمایش شده و بر اساس آن حوزه های فناورانه ای که در پژوهش های اخیر مورد تمرکز واقع شده اند، شناسایی گردیده است. با توجه به کاربرد گسترده توربین فرانسیس در تولید برق آبی به ویژه در کشور ایران، پیمایش صورت گرفته عمدتاً مربوط به این نوع توربین می باشد. بر این اساس حوزه های فناورانه توربین فرانسیس شامل مباحث مرتبط با گردابه و جریان در لوله رانش، پره ها، کاویتاسیون، محفظه حلزونی، دینامیک سیالات محاسباتی و ساخت و تولید می باشد. همچنین فناوری های مرتبط با افزایش محدوده عملکرد توربین آبی و نیز دیجیتالی سازی عملکرد توربین آبی مهمترین فناوری های در حال رشد در رابطه با برق آبی هستند.

در این مقاله، ابتدا دلایل استفاده از فن پذیرش جزئی در توربین های فراصوت تشریح شده است. سپس، خلاصه ای از فرآیند طراحی آزمایشگاه توربین های فراصوت به منظور تولید منحنی مشخصه توربین، ارائه شده است. محاسبات مربوط به روش هم سانی گازدینامیکی، تشریح شده و استانداردهای مربوط به نحوه نصب و بهره برداری از سامانه های اندازه گیری در آزمایشگاه معرفی شده اند. منحنی مشخصه های به دست آمده در این آزمایشگاه با نتایج کد پیش بینی عملکرد توربین و نتایج کار دیگران مقایسه شده است. باتوجه به صحه گذاری کد پیش بینی عملکرد با نتایج آزمایش توربین در شرایط واقعی، نتایج حاصل از آزمایش توربین در شرایط هم سانی نتایج قابل قبولی هستند. هم چنین، راندمان توربین در شرایط پذیرش جزئی دست کم 20 واحد کم تر از شرایط پذیرش کامل است.متن کامل این مقاله به زبان انگلیسی می باشد، لطفا برای مشاهده متن کامل مقاله به بخش انگلیسی مراجعه فرمایید.لطفا برای مشاهده متن کامل این مقاله اینجا را کلیک کنید.

در ترمودینامیک کلاسیک، حداکثر بازده زمانی بدست می آید که کلیه فرآیندها بصورت بازگشت پذیر صورت پذیرد. اما بخاطر ماهیت بازگشت ناپذیر فرایندهای واقعی، وجود تلفات در سیستم اجتناب ناپذیر می باشد. محاسبه آهنگ بازگشت ناپذیریها، منجر به ارایه روش اگزرژی میگردد. این روش ضمن توجه به کمیت انرژی به کیفیت آن نیز توجه ویژه ای دارد. در تحلیل به روش اگزرژی، تلفات و بازگشت ناپذیریها، بر پایه یک روش منطقی مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند. با مقایسه آهنگ بازگشت ناپذیریها در اجزا مختلف سیستم، میتوان بخشی را که دارای حداکثر تلفات (عدم کارآیی) در سیستم می باشد را شناسایی نمود. در مطالعه حاضر، با استفاده از روش فوق، سیکل تزریق بخار توربین گاز که توربین آن مجهز به یکی از دو روش خنک کاری داخلی یا نفوذی باشد مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرد.در مجموع از مطالعات اگزرژی در سیکل مذکور، به روشنی اهمیت بازگشت ناپذیریهای موجود در محفظه احتراق نمایان می شود. به طوری که به ازای دمای ورود به توربین (خنک شونده به روش داخلی) برابر C˚1100 و نسبت فشار 15، حدود 5/2% از اگزرژی سوخت در کمپرسور و حدود 8/29% آن نیز در محفظه احتراق تلف می شود. همچنین سهم توربین و بویلر نیز در این اتلافات به ترتیب 1/2% و 3/10% از اگزرژی سوخت خواهد بود. در چنین شرایطی بازده اگزرژی سیکل 1/43% می باشد. واضح است که مابقی تلفات نیز مربوط به اگزرژی گازهای خروجی از دودکش میباشد.

به لحاظ مزایا و مقبولیت روز افزون سیکل های توربین گاز لازم است از طرح های ویژه ای جهت بهبود عملکرد انها استفاده شود. عموما عملکرد توربین های گازی تا حد زیادی وابسته به افزایش دمای ورود به توربین است که این امر به نوبه خود با بهبود سیستم خنک کاری پره های توربین در ارتباط می باشد. فرایند خنک کاری نیز با افت های ترمودینامیکی در سیکل توام می باشد به طوریکه گاها جریمه های ترمودینامیکی حاصله ممکن است مزایای مثبت حاصل از افزایش دما را تحت تاثیر منفی خود قرار دهد تحلیل که بتواند پیشگویی های دقیقی را همراه با تمام جزییات در مورد افت های مذکور ارائه نماید. تحلیل بسیار پیچیده ای خواهد بود. هدف مقاله حاضر مطالعه مدلسازی و ارزیابی ترمودینامیکی سیکل توربین گاز با پره های خنک شونده می باشد. در این تحلیل از دو روش خنک کاری لایه ای داخلی و نفوذی استفاده شده است. عوامل بازگشت ناپذیری منظور شده در این افت ها ناشی از اصطکاک جریان گازها با دیواره خفقان هوای خنک کاری، اختلاط جریانهای خنک کاری با گازهای گرم و انتقال حرارت بازگشت ناپذیر می باشند. در این ارزیابی مشخص گردید که افتهای خنک کاری بطور موثری با افزایش دمای مجاز سطح پره و همچنین با کاهش ضریب تکنولوژی توربین کاهی می یابند. همچنین روش خنک کاری نفوذی در محدوده عملکردی مناسب تر و بالاتری نسبت به روش داخلی قرار دارد.

در کار حاضر سیستم ترکیبی پیل سوختی اکسید جامد، توربین گاز و توربین بخار از نظر اقتصادی و ترمودینامیکی بررسی شده است. به منظور تحلیل اقتصادی هزینه سالیانه شده و برای تحلیل ترمودینامیکی با حل معادله بقای انرژی، راندمان انرژی بدست آمده است. اتصال پیل و توربین گاز، به صورت مستقیم یا غیر مستقیم و همچنین گرمایش واکنشگرهای ورودی به پیل، تماما با خروجی توربین گاز یا پیش گرمایش با خروجی توربین گاز و گرمایش نهایی با خروجی محفظه پس سوز، چهار پیکربندی متفاوت ایجاد می کنند که از نظر اقتصادی و ترمودینامیکی مورد بررسی قرار گرفته اند. این چهار پیکربندی می توانند شرایطی را ایجاد کنند که فشار کاری پیل و توربین گاز متفاوت یا یکسان باشد و از طرفی دمای کارکردی متفاوتی برای پیل ایجاد شود. نتایج نشان می دهد که سیستم ترکیبی با اتصال مستقیم و گرمایش واکنشگرها تنها با خروجی توربین گاز، به ازای شدت جریان A/m2 1000 با راندمان 3/59% و هزینه سالیانه $/year 416290 مناسب ترین سیستم به لحاظ ترمودینامیکی و به ازای شدت جریان A/m2 5000 با راندمان 7/52% و هزینه سالیانه $/year 212438 مناسب ترین سیستم به لحاظ اقتصادی است.