دستگاه تست استند ارائه شده به منظور تست، بررسي و تحليل عملكرد كلاچ اتوماتيك مكانيكي قبل از نصب و بهره برداري، استفاده مي¬شود. كلاچ اتوماتيك مكانيكي با استفاده از مكانيزم Free-Wheel عمل مي كند و بين دو محور نصب مي شود، سرعت نسبي بين محورها به اين صورت كه اگر سرعت محور ورودي بيشتر باشد كلاچ درگير مي¬شود و اگر سرعت شفت خروجي بيشتر شود كلاچ رها مي شود. باعث عملكرد كلاچ مي شود. تست استند حاضر قادر است با استفاده از دو موتور الكتريكي AC كه در ورودي و خروجي كلاچ نصب مي شوند و توسط سيستم اينورتور مي توان دور آنها را كنترل كرد، سرعت¬هاي مختلف را به محورهاي ورودي و خروجي كلاچ اعمال كند و شرايط مختلف كاركردي را ايجاد نمايد. در تست استند ادعا شده با استفاده از سنسورهاي مختلف شتاب سنج، فشار سنج و دما و يك سيستم پايش وضعيت پارامترهاي مختلف نشان دهنده عملكرد كلاچ مشاهده، ثبت و تحليل مي شوند.

برنر چرخشي توربين گازي با آلايندگي پايين يك برنر پيش¬آميخته متشكل از دو نيم مخروط توخالي است كه بر روي هم چيده شده¬اند و يك محفظه مخروطي را شكل مي¬دهند. دو جزء نيم مخروطي از پهلو با يكديگر داراي مقداري فاصله هستند تا جريان هواي چرخشي مماسي را درون برنر شكل داده و يك مخلوط پيش آميخته¬ي همگن و بهينه را مهيا سازند. برنر داراي حداقل يك نازل سوخت در انتهاي بالادست روي محور برنر است كه سوخت گاز را درون برنر تزريق مي¬كند. برنر در امتداد كانال¬هاي ورودي هواي مماسي داراي دريچه¬هاي تزريق سوخت گازي است كه از ابتدا تا انتهاي كانال¬ها قرار گرفته¬اند و سوخت گازي را به جريان هواي مماسي اضافه مي¬كنند.

فرآيند كنترل اوليه محفظه احتراق توربين گازي

اختراع طراحي و ساخت محفظه احتراق حلقوي توربين گازي – GTAC ، متشكل از برنر42، لاينر داخلي 41 و لاينر خارجي 40 مي باشد كه بصورت حلقوي ساخته شده اند. 18 عدد برنر 42 از نوع برنر چرخشي ساده در بخش ابتدايي محفظه وجود دارد كه عمل اختلاط سوخت و هوا را انجام داده و موجب كاهش Nox مي شوند. گاز داغ پرفشار حاصل از احتراق از محفظه وارد توربين شده و توليد كار مي كند. لاينر محفظه متشكل از چند پنل مي باشد، هر پنل داراي يك رديف سوراخ خنك كاري لايه اي مي باشد. اين پنل ها توسط جوش به يكديگر اتصال داده شده و يك ديواره را تشكيل داده اند. به منظور جلوگيري از سوختن لاينرها از روش خنك كاري لايه اي و همرفتي استفاده شده است، هواي خروجي از هر رديف سوراخ خنك كاري لايه اي همانند فيلم نازكي بر روي ديواره داخلي لاينر جريان يافته و مانع از تماس مستقيم گاز داغ با سطح لاينر ميشود. جريان هواي داخل كانال جانبي نيز سطح خارجي لاينر را بصورت همرفتي خنك كاري مينمايد.

اختراع سيستم بهينه خنك‌كاري براي پره‌ها‌ي متحرك طبقه اول توربين گازهاي متوسط و كوچك، ارائه يك راه حل براي كاهش دماي پره متحرك است و كاربرد خاص آن مربوط به رديف اول توربين IGT25 مي‌باشد. عموماً در توربين‌هاي گاز، دماي گازهاي ورودي به پره‌ها از آستانه تحمل دماي فلزِ پره به مراتب بيشتر مي‌باشد و نياز است با استفاده از روشهاي خنك‌كاري، دماي فلزِ پره را كاهش داد. اختراع حاضر، مسيرهاي خنك كاري داخلي براي پره‌‌هاي توربين گاز در اختراع حاضر، بگونه‌اي است كه تكنولوژي بكار رفته شده در هر قسمت از پره، متناسب با حساسيت گرماي آن قسمت مي‌باشد. بدين ترتيب مقدار دبي سيال خنك‌كن كاهش يافته، توزيع يكنواخت‌تري براي دماي پره حاصل و در عين حال راندمان توربين و عمر آن افزايش مي‌يابد. با توجه به حساسيت لبه حمله، براي خنك كاري آن مسير جداگانه‌اي با سطح مقطع كوچك به منظور افزايش سرعت جريان و ضريب انتقال حرارت استفاده شده است. اما وجود اين مسيرِ خنك‌كاري به تنهايي براي كاهش دماي لبه حمله كارساز نيست و به منظور افزايش كارايي، توربولاتورهايي بر روي كانال داخلي تعبيه شده‌اند. براي خنك كاري شراد پره نيز از همين هوا استفاده شده است. براي خنك كاري اواسط پره از مسيرهاي شامل سطوح گسترده استفاده شده تا سطح انتقال حرارت افزايش، اما افت جريان چندان افزايش نيابد. براي خنك كاري لبه فرار از تركيب آشفته ساز‌ها و در نقاط انتهاي از پين-فين استفاده شده است. در انتهاي لبه فرار بدليل نازك بودن پره، احتمال آسيب حرارتي بالا است. بعلاوه نازك بودن پره در اين مكان استفاده از آشفته ساز‌ها را مشكل مي‌كند. پين فين‌ها هم ضريب انتقال حرارت را افزايش داده و هم نازك بودن پره مانعي براي ساختشان نيست.

در اختراع سيستم بهينه خنك‌كاري براي پره‌ها‌ي متحرك طبقه دوم توربين گازهاي متوسط و كوچك، چينش تكنولوژي هاي خنك‌كاري با استفاده از سه مسير جريان براي پره متحرك رديف دوم توربين‌هاي گازي با كاربرد در توربين IGT25 ارائه شد. توليد مسيرهاي رفت و برگشتي داخل پره به منظور يكنواخت نمودن توزيع دماي فلز پره و كاهش جريان هوا جهت خنك‌كاري مورد استفاده قرار مي‌گيرد. مي‌توان پره را به سه ناحيه كلي لبه حمله، بخش مياني و لبه فرار تقسيم بندي نمود و از سه مسير جداگانه براي خنك‌كردن اين نواحي استفاده نمود. در هر مسير از تكنولوژي هاي خنك‌كاري متفاوتي استفاده مي‌شود. همانطور كه مي‌دانيم ضريب انتقال حرارت تكنولوژي هاي خنك‌كاري داخلي يكسان نمي‌باشد و برخي تكنولوژي هاي خنك‌كاري قادر هستند ضريب انتقال حرارت را به صورت چشمگيري افزايش دهند. در نوآوري حاضر، چينش تكنولوژي هاي خنك‌كاري بگونه‌اي مي‌باشد كه متناسب با دماي نقاط مختلف پره باشد. يعني در نقاطي از پره كه انتظار دماي بيشتري را داريم، تكنولوژي با قابليت خنك‌كاري بالاتري مورد استفاده قرار مي‌گيرد. بدين ترتيب مقدار دبي سيال خنك‌كن كاهش يافته، توزيع يكنواخت‌تري براي دماي پره حاصل و در عين حال راندمان توربين افزايش مي‌يابد. در روش‌هاي فعلي، خنك‌كاري پره يكنواخت نبوده كه باعث به وجود آمدن نقاط داغ در پره و در نهايت كاهش عمر آن مي‌شود. مسير شماره 1 جهت خنك‌كاري لبه حمله قرار مي‌گيرد و فاقد مغشوش‌گرهاي جريان مي‌باشد. با توجه به اينكه دماي ورودي گازهاي داغ به اين پره همانند پره‌هاي رديف اول چشمگير نمي‌باشد به منظور اجتناب از افزايش هزينه توليد پره، در طرح مورد ادعا ضرورتي براي تعبيه تكنولوژي پيچيده همچون ريب در اين ناحيه وجود ندارد. در مسير شما ره 2 براي خنك‌كاري اواسط پره از مسيرهاي شامل سطوح گسترده استفاده شده تا سطح انتقال حرارت افزايش، اما افت جريان چندان افزايش نيابد. مسير شماره 3 براي خنك‌كاري لبه فرار مي‌باشد و از تركيب آشفته ساز‌ها و در نقاط انتهاي از پين-فين در اين مسير استفاده شده‌است. در انتهاي لبه فرار بدليل نازك بودن پره، احتمال آسيب حرارتي بالا است. بعلاوه نازك بودن پره در اين مكان استفاده از آشفته ساز‌ها را مشكل مي‌كند. پين فين‌ها هم ضريب انتقال حرارت را افزايش داده و هم نازك بودن پره مانعي براي ساختشان نيست.

اختراع سيستم خنك كاري براي پره هاي ثابت طبقه دوم توربين گاز كوچك و متوسط مسير بهينه اي جهت خنك كاري براي پره هاي ثابت طبقه دوم توربين هاي گازي با كاربرد در توربين گازي IGT25، شامل سه مسير رفت و برگشتي مي‌باشد. مسير اول وظيفه سرد كردن لبه حمله را داشته و مسير دوم و سوم به ترتيب به خنك‌كاري وسط پره و لبه فرار پره مي‌پردازد. در اين مسيرها با توجه به توزيع دماي گاز غيريكنواخت توربين از تكنولوژي هاي مختلف خنك‌كاري استفاده شده است. به اين معني كه در هر ناحيه‌اي كه داراي دماي بالايي مي‌باشد، از تكنولوژي جديدتري استفاده شده تا ضريب انتقال حرارت افزايش يابد. در طراحي حاضر با عبور كمترين دبي سيال خنك‌كن، توزيع يكنواخت‌تري براي دماي پره حاصل و در عين حال راندمان توربين افزايش مي‌يابد. در روش‌هاي فعلي، خنك‌كاري پره بشدت غير يكنواخت بوده كه باعث به وجود آمدن نقاط داغ در پره و در نهايت كاهش عمر آن مي‌شود. با توجه به اينكه دماي پره در لبه حمله بيشتر از نواحي ديگر مي‌باشد، لذا كانال خنك‌كننده در اين ناحيه داراي ريب هايي مي‌باشد كه عمود بر جهت جريان خنك‌كن بوده و جريان را به شدت مغشوش مي‌كند، اين امر باعث افزايش ضريب انتقال حرارت مي‌گردد. در نواحي وسط پره از مسيرهاي شامل سطوح گسترده استفاده شده تا سطح انتقال حرارت افزايش يابد در حالي كه افت جريان ناچيز باشد. با توجه به اينكه فلز پره در لبه فرار نازك مي‌باشد، براي خنك‌كاري اين ناحيه از پين فينهاي كوتاه و پين فينهاي كشيده استفاده شده است. پين فينهاي كوتاه علاوه بر افزايش سطح تماس سيال خنك‌كننده، به مغشوش كردن جريان نيز كمك مي‌كند كه در هر دو صورت باعث افزايش انتقال حرارت مي‌شود. اگر چه استفاده از پين فينهاي كشيده، به آشفتگي جريان كمك زيادي نمي‌كند ولي سطح تماس را به شدت افزايش مي‌دهد كه باعث افزايش انتقال حرارت مي‌شود. با توجه به جهت قرارگيري پين فينهاي كشيده در انتهاي لبه فرار، جهت جريان خروجي از لبه فرار را يكنواخت كرده كه باعث كمترين افت اختلاط جريان كولنت و جريان خارجي مي‌شود. علاوه بر اين استفاده از پين فينهاي كشيده استحكام عرضي پره را نيز افزايش مي‌دهد. در فرآيند طراحي كانال خنك‌كننده، در هر مرحله توزيع دما و تنش پره محاسبه گرديده و محاسبات طراحي اصلاح شده است. براي طراحي نهايي، شبيه‌سازي عددي در شرايط كاركرد نامي انجام گرفته كه نتايج آن در اين نوآوري ارائه شده است.

روش مورد ادعا مربوط است به چيدمان‌هاي مختلف تزريق چندمرحله‌اي سوخت در محفظه‌هاي احتراق موتورهاي توربين گاز به منظور كنترل ميزان آلاينده‌ها و حاشيه پايداري شعله در كل محدوده كاري پايا و گذراي توربين، در شرايط محيطي متنوع و با استفاده از سوخت‌هاي مختلف. با استفاده از تزريق چندمرحله‌اي سوخت همچنين مي‌توان عملكرد اشتعال، ميزان راندمان احتراق و پروفيل دماي خروجي محفظه در شرايط كاري مختلف را نيز بهينه نمود. در چيدمان عمومي روش مورد ادعا، فضاي احتراق شامل يك يا چند محفظه احتراق و هر محفظه شامل يك يا چند مجموعه برنر و هر برنر شامل يك يا چند مسير سوخت مجزا بوده و مقدار سوخت مسيرهاي سوخت‌رساني مختلف بر حسب نيازمندي‌هاي كاربردي موتور توسط سيستم كنترل آن تعيين مي‌گردد. با تلفيق روش‌هاي تزريق چندمرحله‌اي سوخت، كاركرد موتور در شرايط مختلف بهينه مي‌شود. اساس روش مورد ادعا مبتني است بر تنظيم دبي سوخت مسيرهاي مختلف سوخت‌رساني منتهي به فضاي هندسي مربوط به احتراق، بر مبناي يك استراتژي تقسيم سوخت معين. استراتژي تقسيم سوخت محفظه به عنوان بخشي از واحد كنترل موتور، نحوه تقسيم سوخت (يا سوخت‌هاي مختلف) بين نواحي گوناگون فضاي احتراق را برحسب مجموعه داده‌هاي عملكردي موتور و شرايط محيط كاري آن تعيين مي‌كند. با استفاده از اين روش، نحوه توزيع سوخت (و لذا استوكيومتري) در نواحي مختلف فضاي احتراق كنترل شده و كاركرد موتور در شرايط مختلف بهينه مي‌گردد. روش مورد ادعا قابل اعمال به كليه انواع توربين‌هاي گاز زميني و هوايي در سايزهاي ميكرو تا ماكرو بوده و مي‌تواند به همراه رويكردهاي كنترل توزيع هواي ورودي و يا به تنهايي مورد استفاده قرار گيرد. همچنين روش مزبور قابل اعمال به پيكربندي‌هاي گوناگون سيكل توربين و نيز پيكربندي‌هاي مختلف محفظه احتراق مي‌باشد.

اختراع حاضر تست استند ابداعي است كه در آن تستهاي پيش و پس از توليد قطعات محفظه احتراق حلقوي موتورهاي توربين گاز انجام مي¬شود. اين تست استند طوري طراحي شده¬است كه قادر به ارائه اطلاعات دقيق و جزئي در خصوص نحوه پاشش سوخت در سر پاشنده¬هاي سوخت و نيز توزيع هوا مابين بخشهاي مختلف برنر، لاينر و مجموعه محفظه احتراق است و مي¬تواند فرآيند ارزيابي، تحويل¬گيري و اطمينان از صحت عملكرد قسمتهاي نامبرده را فراهم نمايد. روند انجام تستها نيز بدين صورت است كه دبي عبوري از قطعه تحت تست ثابت نگه داشته شده و افت فشار آن اندازه¬گيري شده و با معيار پذيرش كه از پيش استخراج شده است، مورد ارزيابي قرار مي¬گيرد.

يكي از مباحث مهم در محفظه¬هاي احتراق توربين گازي نحوه اشتعال در آن مي¬باشد. در اين اختراع يك سيستم اشتعال از نوع جرقه¬اي طراحي و ساخته شده است كه نسبت به سيستم¬هاي نظير خود داراي ويژگي¬ها و مزاياي خاصي است. در اين سيستم، انرژي و ولتاژ بالا جهت ايجاد اشتعال در مخلوط سوخت و هوا توسط اكسايتر(Exciter) تامين مي¬شود. جرقه¬زن (Spark Plug) به گونه‌اي طراحي شده كه كاملاً روي پوسته قرار گيرد و سر پلاگ به صورت مبتكرانه‌اي به حالت مماس با لاينر قرار مي‌گيرد به گونه‌اي كه انرژي توليد شده در آن به داخل محفظه هدايت مي‌شود. به¬دليل اينكه سر پلاگ در تماس مستقيم با جريان دما بالا قرار نداشته و همچنين با هواي خنك‌كاري لاينر خنك مي¬شود، محافظت‌هاي حرارتي شديدي براي سر پلاگ نياز نيست. به اين ترتيب با اين ابتكار مشكل سوختگي سر پلاگ كه مشكلي مطرح در مبحث سيستم‌هاي اشتعال از نوع جرقه‌اي است حل مي‌شود. همچنين با توجه به اينكه پلاگ سيستم اشتعال روي بخش استوانه‌اي لاينر نصب مي‌شود، مشكل رسوب كربن، گرفتن پلاگ و خراب شدن آن (كه در اكثر سيستم¬هاي اشتعال نصب شده در داخل محفظه مرسوم است) وجود ندارد. معمولاً به دليل مسائل آئروديناميكي سعي مي‌شود از جرقه‌زن‌هايي استفاده شود كه در هنگام استفاده نشدن، بتوان آنها را از محفظه خارج كرد. اين ابتكار اين خصوصيت را دارد كه سر پلاگ اصلاً وارد محفظه نشده و در كل طول عملكرد خارج از محفظه قرار دارد و با توجه به انرژي بالايي كه دارد قادر است در تركيب داخل محفظه احتراق اشتعال پايدار ايجاد نمايد. با توجه به مطالب ارائه شده، اين سيستم با توجه به داشتن انرژي بالا داراي قابليت اعتماد بالا به همراه طول عمر زياد مي¬باشد و جهت استفاده در توربين-هاي گازي توصيه ميشود.