ادامه توربين گاز چگونه کار ميکند
طرز کار توربين گاز
طبق تعريف، كار مكانيكي عبارت است از حاصلضرب نيروي مقاوم در جابجايي W=F×Dx . براي استخراج كار مكانيكي از انرژي ذخيره شده در گاز، بايد به نحوي آن را منبسط كرد، اما اين انبساط تنها در شرايط خاصي ميتواند توليدكار نمايد. فرض كنيد به گاز داخل يك سيلندر، كه در فشار اتمسفر قرار دارد،
گرما دهيم؛
در اثر گر م شدن، گاز منبسط ميشود و بخشي از آن، از سيلندر خارج ميشود، بدين ترتيب چون هيچ نيروي مقاومي در برابر اين انبساط وجود ندارد تا جابجا گردد، كاري هم توليد نميشود.
و اگر هوا را در ظرف سر بسته حرارت دهيم، ظرف متورم ميشود.
به عبارت ديگر، براي اينكه بتوان از اين انبساط حجم، كاري به دست آورد، بايد يك نيروي مقاوم در برابر انبساط گاز وجود داشته باشد. براي ايجاد اين نيروي مقاوم ميتوانيم با يك پيستون، گاز را محبوس كرده و نيرويي بر روي پيستون وارد نماييم. با اين كار، گاز در داخل سيلندر فشرده ميشود. مقدار كار صرف شده براي ايجاد اين فشرده سازي، برابر با mgx1 ميباشد.
چنانچه در زير اين سيلندر شعله اي قرار گيرد، در اثر بالا رفتن دماي سيلندر، گاز شروع به انبساط ميكند، ولي نيروي وارده بر خلاف نيروي انبساط گاز، فشار وارد ميكند. با حرارت دهي بيشتر، نيروي حاصل از انبساط گاز، بر نيروي وارده غلبه كرده و پيستون را بالا ميبرد. در نهايت بر اثر انبساط گاز، جابجايي بوجود ميآيد كه به مفهوم انجام كار ميباشد. مقدار اين كار، برابر است با ميزان نيروي مقاوم وارده در مقدار جابجايي آن يعني mgx2 . اين مقدار كار را ميتوان از طريق پارامترهاي مربوط به سينلدر تعريف كرد. به عبارت ديگر كار انجام شده برابر است با حاصل ضرب فشار در تغيير حجم سيلندر W=P × DV .
اگر از اتلاف انرژي در اين سيستم صرفنظر نماييم، با خاموش شدن شعله زير سيلندر، ديگر پيستون بالاتر نرفته و در ارتفاعي ساكن ميماند. در اين حالت فشار درون سيلندر برابر با P ميماند.
حال از پايين اين سيلندر و بوسيله يك شير، مجرايي به بيرون باز ميكنيم و پرهاي را در مقابل مسير خروج گازها قرار ميدهيم. با بازشدن شير، جرياني از گاز تحت فشار به بيرون از سيلندر جريان مييابد. در حين خروج گاز از شير، سرعت آن افزايش يافته و پس از برخورد با پره، سبب چرخش آن ميشود.
به عبارت ديگر با حركت پره، انرژي جنبشي گاز به كار مكانيكي تبديل ميگردد. با فرض ثابت بودن سرعت حركت پيستون، فشار داخل سيلندر تقريباً ثابت ميماند. به مرور زمان و با خروج گاز، پيستون پايين ميآيد تا جايي كه همه گاز درون سيلندر تخليه گردد و ديگر گازي، براي خارج شدن باقي نماند. در اين زمان فشار درون نيز برابر فشار محيط ميشود. با صفر شدن اختلاف فشار محيط و درون سيلندر، ديگر جريان هوايي با انرژي جنبشي بالا براي چرخاندن پره وجود نخواهد داشت و لذا پره از حركت باز ميماند.
براي آنكه بتوانيم در پره حركت مستمر داشته باشيم، بايد مقدار انرژي جنبشي مورد نياز را در مقداري خاص حفظ نماييم. به عبارت ديگر اختلاف فشار هواي درون و بيرون سيلندر بايد ثابت باشد. فشار محيط برابر اتمسفر و ثابت است، در نتيجه فشار درون سيلندر نيز بايد حفظ شود تا اختلاف فشار ثابت بماند. به همين دليل با خارج شدن هوا از داخل سيلندر، بايد به شكلي آنرا جبران نمود. براي حصول اين مقصود، از نقطه اي ديگر در سيلندر، مقدار هواي معادل با هواي خارج شده، وارد ميگردد. براي اينكه بتوانيم دائماً به سيلندر هواي جايگزين وارد نماييم، بايد هواي ورودي داراي فشاري بالاتر از فشار سيلندر باشد. لذا بايد انرژي صرف شود تا هوايي با فشار بالاتر توليد و درون سيلندر تزريق شود. اين انرژي را ميتوان از كار توليد شده در پرهها تامين نمود.
همانگونه كه مشاهده شد، با گرم كردن هواي فشرده شدة درون سيلندر، حجم آن افزايش يافته و انرژي پتانسيل آن نيز افزايش مييابد. اين انرژي افزوده شده، با گرداندن پره به انرژي مكانيكي قابل استحصال تبديل ميشود. در نتيجه براي استمرار كاركرد پايدار سيستم بايد به طور مداوم انرژي گرمايي به هواي فشرده شده، تزريق شود.
اين مثال ساده اساس كاركرد توربين هاي گازي ميباشد. ابتدا هوا در بخشي به نام كمپرسور فشرده ميشود تا وارد محفظه احتراق گردد. در محفظه احتراق با سوزاندن سوخت فسيلي، هواي فشرده تزريقي گرم ميشود و توليد سيال با انرژي جنبشي بالا مينمايد. اين سيال به سمت پره هاي توربين هدايت ميشود تا به كمك آن كار مكانيكي توليد نمايد. كار توليد شده صرف چرخاندن كمپرسور هوا و دستگاههاي ديگر مانند ژنراتور ميگردد.