بسته آموزشی توربین های بخار (Steam Turbines)

در صنعت، با استفاده از تجهیزاتی به نام موتورهای حرارتی (Heat Engine) می‌توان انرژی گرمایی موجود در سیالات گرم مانند بخار را به کار مکانیکی تبدیل نمود. از جمله این موتورهای حرارتی می‌توان به موتورهای بخار (Steam Engine)، موتورهای احتراق داخلی (Internal Combustion Engine) و توربین‌های گازی (Gas Turbine) اشاره نمود. در تمامی این تجهیزات، یک سیال که به آن اصطلاحاً سیال عامل (working Fluid) نیز گفته می‌شود به عنوان حامل انرژی حرارتی وارد دستگاه شده و در آنجا انرژی گرمایی موجود در سیال عامل به کار مکانیکی تبدیل می‌شود.

توربین‌های بخار مورد استفاده در صنایع، اندازه‌های مختلفی دارند، بطور کلی این تجهیزات توانایی تولید توان‌هایی از چند اسب بخار تا مقادیر بیشتر از 1300 مگاوات را نیز دارا می‌باشند. غالباً از انواع بزرگ آن‌ها، در نیروگاه‌های تولید برق برای به حرکت درآوردن ژنراتورهای الکتریکی، و از انواع کوچک‌تر آنها در صنایع فرایندی مانند نفت، گاز و پتروشیمی به منظور تامین‌ نیروی محرکه تجهیزاتی چون پمپ، کمپرسور، فن‌ها و غیره بطور نسبتاً وسیعی استفاده می‌گردد.

توربین‌های بخار انواع مختلفی دارند که عموماً بر اساس معیارهای خاصی طبقه بندی می‌گردند، این معیارها عبارتند از:
1-بر اساس تعداد مراحل که توربین‌ها به انواع تک یا چندمرحله‌ای تقسیم بندی می گردند.
2-بر اساس نحوه عملکرد که دو نوع ضربه‌ای و عکس العملی می‌باشند
3- بر اساس نوع پوسته که توربین‌های تک یا چند پوسته‌ای وجود دارند
4-بر اساس نوع شفت و آرایش شفت می‌توان توربین‌ها را به انواع tandem و cross compound? تقسیم‌بندی نمود.
5- بر اساس جهت جریان سیال می‌توان توربین‌ها را به انواع جریان محوری (Axial Flow)، جریان شعاعی (Radial Flow) و جریان مماسی (Tangential Flow) تقسیم‌بندی نمود.
6- بر اساس نحوه ورود بخار و شرایط بخار خروجی توربین‌ها دارای انواع condensing، non-condensing یا Back Pressure، mixed pressure و reheat تقسیم‌بندی می‌گردند.

در حالت کلی، جریان بخار تولید شده در بویلر، در ابتدا و با توجه به نوع و اندازه توربین، از یک تا تعدادی throttle valve و governor valve عبور کرده و پس از آن وارد توربین بخار می‌شود. عموماً این جریان بخار ورودی، دارای فشار و دمای بالایی است و از طریق دو خط لوله و از دو سمت، وارد توربین می‌گردد.

اگر جریان بخار ورودی از این دو سمت، مستقیماً با پره‌های توربین برخورد نماید، به دلیل عدم یکنواختی در فشارهای وارد شده به پره‌ها، ممکن است سبب ایجاد عدم تعادل (Unbalance) در پره‌های توربین گردد. برای جلوگیری از این مشکل، بخار پس از ورود به توربین باید به نحوی پخش شده و به شکل جریان‌هایی یکنواخت درآید و نهایتاً بطور یکسان به تمام سطوح پره‌های نصب شده بر روی روتور برخورد نماید. از اینرو قبل از پره‌های توربین جریان بخار پرفشار به ترتیب از اجزائی به نام محفظه بخار (steam chest) و چرخ کورتیس عبور می‌نماید. لازم به ذکر است محفظه بخار در حقیقت محفظه ورودی بخار به Governor Valve (ها) و چرخ کورتیس نیز در اصل یک مرحله از توربین بوده که بخار پرفشار پس از برخورد به آن به حالت یکنواخت در می آید و پس از آن وارد مراحل بعدی توربین می‌گردد.

در داخل توربین، ابتدا بخار با پره‌های ثابت یا نازل‌ها برخورد کرده و بدین ترتیب جریان بخار انبساط شده و سرعت آن نیز افزایش می‌‌یابد. همچنین این پره‌ها جهت جریان بخار را برای ورود به پره‌های متحرک، تصحیح می‌نمایند. در ادامه، جریان بخار خروجی از پره‌های ثابت، با انرژی جنبشی بالا و جهت مناسب، با پره‌های متحرک برخورد کرده و سبب حرکت آنها می‌شود. با توجه به اتصال پره‌ها به شفت، این برخورد سبب دوران شفت نیز خواهد شد. حرکت دورانی شفت به مفهوم انجام کار مکانیکی می‌باشد. با متصل نمودن محور توربین به محور ژنراتور، کمپرسور و یا پمپ می‌توان انرژی الکتریکی یا کار مکانیکی مورد نیاز این تجهیزات را تامین نمود.

به مجموعه یک ردیف پره ثابت و یک ردیف پره متحرک، اصطلاحاً یک مرحله از توربین گفته می‌شود. عموماً توربین‌های صنعتی شامل چندین مرحله از این پره‌های ثابت و متحرک می‌باشند. در توربین‌های چند مرحله‌ای، بخار پس از عبور از مرحله اول، وارد دومین مرحله شده که مستقیماً پس از مرحله اول قرار دارد. این روند عبور بخار تا مرحله آخر توربین و بطور پشت‌سرهم ادامه دارد.

بر اثر عبور جریان بخار از مراحل توربین، در سه جهت مماسی، محوری و شعاعی به روتور نیرو وارد می‌گردد. این نیروها سبب خواهند شد تا شفت یا روتور از محل استقرار خود جابجا شود، برای حفظ استقرار روتور، از اجزائی به نام یاتاقان‌ که شفت را نگه می‌دارند، استفاده می‌گردد. این یاتاقان‌ها می‌توانند تا محدوده خاصی نیروهای وارد شده به شفت را خنثی نمایند، در صورتیکه مقدار این نیروها، از مقدار مجاز قابل تحمل یاتاقان‌ها بیشتر گردد، شفت یا روتور از محل استقرار خود خارج خواهد شد که سبب بروز صدمات و مشکلات جدی به توربین می‌شود.

همچنین اجزائی دیگر چون روتور، سیستم‌های آب‌بندی، یاتاقانها و غیره نیز در داخل Casing قرار دارند.

این پوسته معمولاً به شکل دو تکه است که بوسیله پیچ و مهره به یکدیگر متصل شده‌ا‌ند. از آنجایی که بخار ورودی به توربین، دارای فشار بالایی می‌باشد، این پوسته را معمولاً کم حجم و ضخیم می‌سازند. همچنین مجاری خاصی جهت هدایت بخار و تخلیه آب کندانس شده اضافی در پوسته به نام Drain وجود دارد.
با توجه به شکل پره‌های متحرک، دو مکانیزم مختلف شامل مکانیزم‌های عکس‌العملی و ضربه‌ای سبب تبدیل انرژی جنبشی به انرژی مکانیکی می‌گردند.

بطور کلی نیروگاه‌های بخار در یک سیکل کار می‌کنند. به این مفهوم که سیال عامل پس از عبور از یک سری مراحل پشت سر هم و رسیدن به مرحله آخر، مجدداً وارد مرحله اول می‌گردد. به عبارت دیگر، ترکیب و شرایط سیال عامل در خروجی از مرحله آخر با ورودی به مرحله اول یکسان می‌باشد. عموماً در نیروگاههای بخار از سیکل‌های مختلف چون سیکل ساده، کامل و ترکیبی استفاده می‌گردد. سیکل‌های ساده و کامل در توربین‌های بخار کوچک‌تر و متوسط که در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی کاربرد بیشتری دارند، از اهمیت بیشتری برخوردار هستند، بطور کلی این سیکل شامل 4 مرحله بصورت زیر می‌باشد:
1- مرحله فشرده‌سازی (پمپ تغذیه بویلر)
2- مرحله گرما دادن (بویلر)
3- مرحله انبساط (توربین)
4- مرحله سردکردن (کندانسور)

در ادامه اجزاء اصلی موجود در یک سیکل توربین بخار شامل بویلر، پمپ تغذیه آب بویلر، توربین بخار، ژنراتور، کندانسور، برج‌خنک‌کننده و غیره توضیح داده شده است. همچنین در این نرم‌افزار قسمت‌های اصلی توربین بخار و سیستم‌های موجود در آن توضیح داده شده است. این سیستم‌ها شامل سیستم روغن‌کاری و هیدرولیک، سیستم گردش آب، سیستم هوای فشرده، سیستم آب بندی گلند، سیستم کنترل، ابزاردقیق، آلارم‌ها و Tripها، جریان‌های ری هیت سرد و گرم و غیره می باشند.

همچنین نکاتی در مورد روش‌های بهره‌برداری از توربین شامل بازرسی‌های قبل از راه‌اندازی، پیش‌راه‌اندازی، راه اندازی (سرد و گرم)، از سرویس خارج‌کردن (عادی و اضطراری) ارائه شده است.

همچنین نحوه شناسایی عیوب و برطرف‌کردن آن بصورت جداول و منوهای آبشاری Cause and Effect در این نرم‌افزار ارائه شده است.

سرفصل‌های موجود در نرم افزار
1.اساس عملکرد توربین‌های بخار
2.انواع توربین‌های بخار؛
در این قسمت توربین‌ها بر اساس پارامترهای زیر تقسیم‌بندی شده‌اند:
 • بر اساس تعداد مراحل
 • بر اساس نحوه عملکرد
 • بر اساس نوع بدنه یا شفت
 • بر اساس جهت جریان سیال در توربین
 • بر اساس نحوه ورود بخار و شرایط آن
3.ساختمان و اجزاء سیکل توربین بخار: این قسمت شامل موارد ذیل می‌باشد:
 • بویلر
 • توربین بخار
       محفظه بخار یا Steam Chest
       پوسته یا Casing
       Governor Valve و سیستم گاورنینگ
       شیر فشار شکن یا Throttle Valve
       روتور
       پره‌های توربین
       یاتاقان‌ها یا Bearing
       اجزاء آب بندی توربین یا Sealing
       نازل‌های استخراج بخار بین مراحل یا Extraction
       خروجی توربین یا Exhaust
       عایق بندی یا Insulating and Jacketing
       Turning Gear
 • کندانسور و سیستم خنک‌کاری
 • پمپ تغذیه بویلر
 •ژنراتور
4.سامانه‌ها یا سیستم‌ها؛ این قسمت شامل موارد زیر می‌باشد:
 • سیستم روغن‌کاری و هیدرولیک
 • سیستم کندانسور و سیستم گردش آب
 • سیستم هوای فشرده
 • سیستم آب‌بندی گلند
 • سیستم کنترل
 • ابزار دقیق یا Instrumentation
 • Alarms and ShutDown
 • Main and reheat steam system

5.بهره برداری از توربین‌های بخار؛ این قسمت شامل موارد زیر می‌باشد:

 • بازرسی‌های قبل از راه اندازی
 • پیش‌راه‌اندازی
 • راه‌اندازی
 • از سرویس‌خارج‌کردن

6.عیوب و نحوه تشخیص
7.تعاریف و اصطلاحات
8.خودآزمایی