தொழில்துறை வாயு விசையாழிகள் மீதான பிரேட்டன் சுழற்சி ஆய்வு

தொழில்துறை வாயு விசையாழிகள் மீதான பிரேட்டன் சுழற்சி ஆய்வு

பெண்டாஹுலுவான்
தொழில்துறை வாயு விசையாழிகள் என்பவை மின் உற்பத்தி நிலையங்கள், எண்ணெய் மற்றும் எரிவாயுத் தொழில், மற்றும் அதிக இயந்திர சக்தி மற்றும் வேகமான செயல்பாடு தேவைப்படும் பல்வேறு செயல்முறைப் பயன்பாடுகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஆற்றல் மாற்றும் இயந்திரங்கள் ஆகும். நவீன வாயு விசையாழிகளின் அடிப்படைச் செயல்பாடு பொதுவாக பிரேட்டன் சுழற்சியைப் பின்பற்றுகிறது. இது, வேலையை உருவாக்குவதற்காக காற்றை அழுத்துதல், எரிதல் மூலம் வெப்பத்தைச் சேர்த்தல், மற்றும் சூடான வாயுக்களை விரிவடையச் செய்தல் ஆகிய செயல்முறைகளை விவரிக்கும் ஒரு வெப்ப இயக்கவியல் சுழற்சியாகும். பிரேட்டன் சுழற்சியைப் பற்றிய ஆய்வு முக்கியமானது, ஏனெனில் இதிலிருந்தே வாயு விசையாழிகளின் செயல்பாடுகளுக்கான செயல்திறன், எரிபொருள் நுகர்வு, ஆற்றல் செயல்திறன் மற்றும் உகப்பாக்க உத்திகளைப் புரிந்துகொண்டு மேம்படுத்த முடியும்.

பிரேட்டன் சுழற்சியின் அடிப்படைக் கருத்து
இலட்சிய பிரேட்டன் சுழற்சியானது நான்கு முக்கிய செயல்முறைகளைக் கொண்டுள்ளது, அவை பொதுவாக இரண்டு ஐசென்ட்ரோபிக் செயல்முறைகள் மற்றும் இரண்டு மாறா-அழுத்த செயல்முறைகளாக மாதிரியாக்கப்படுகின்றன. உண்மையான வாயு விசையாழிகளில், இயந்திர இழப்புகள், உராய்வு, அழுத்த இழப்புகள் மற்றும் முழுமையற்ற கூறு செயல்திறன்கள் காரணமாக இந்த செயல்முறைகள் மாறுபடுகின்றன. இருப்பினும், இந்த இலட்சிய மாதிரியானது ஆரம்ப பகுப்பாய்வு மற்றும் செயல்திறன் ஒப்பீடுகளுக்கு மிகவும் பயனுள்ள ஒரு அடித்தளமாகத் தொடர்கிறது.

பிரேட்டன் சுழற்சியின் நான்கு நிலையான செயல்முறைகள் பின்வருமாறு:
1. அமுக்கியில் ஐசென்ட்ரோபிக் அமுக்கம் (1 → 2)
2. எரிதல் அறையில் நிலையான அழுத்தத்தில் வெப்பம் சேர்த்தல் (2 → 3)
3. டர்பைனில் ஐசென்ட்ரோபிக் விரிவாக்கம் (3 → 4)
4. மாறா அழுத்தத்தில் வெப்பச் சிதறல் (4 → 1) சுற்றுச்சூழலுக்கு (ஒரு மூடிய சுழற்சியில்) அல்லது வெளியேற்ற வாயு வழியாக (ஒரு திறந்த சுழற்சியில்)

பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் தொழில்துறை வாயு விசையாழிகளில் (திறந்த சுழற்சி), சுற்றுப்புறக் காற்று அமுக்கிக்குள் நுழைகிறது, பின்னர் எரிதலுக்குப் பிறகு உயர் அழுத்த வாயு விசையாழியில் விரிவடைந்து வளிமண்டலத்தில் வெளியிடப்படுகிறது அல்லது வெப்பமூட்டல் (இணை உற்பத்தி) அல்லது நீராவி உற்பத்தி (ஒருங்கிணைந்த சுழற்சி) போன்ற பிற செயல்முறைகளுக்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

முக்கிய கூறுகளும் சுழற்சியுடனான அவற்றின் தொடர்பும்
1. கம்ப்ரெசர்
ஒரு அமுக்கி, காற்றின் அழுத்தத்தை அதன் உள்ளீட்டு நிலையில் இருந்து (பொதுவாக வளிமண்டல அழுத்தத்திற்கு அருகில்) மிக உயர்ந்த அழுத்தத்திற்கு உயர்த்துகிறது. இந்த அமுக்கும் செயல்முறைக்குக் கணிசமான வேலை தேவைப்படுகிறது, மேலும் பல வாயு விசையாழிகளில், விசையாழியின் சக்தியின் ஒரு குறிப்பிடத்தக்க பகுதி அமுக்கியை இயக்குவதற்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. அமுக்கியின் செயல்திறன் சுழற்சித் திறனைப் பெருமளவில் தீர்மானிக்கிறது, ஏனெனில் அமுக்கும் வேலை அதிகமாக இருக்கும்போது, ​​சுமைக்கு (மின்னாக்கி அல்லது இயந்திரச் சுமை) கிடைக்கும் நிகர சக்தி குறைவாக இருக்கும்.

கொள்கையளவில், அமுக்கம் என்பது ஐசென்ட்ரோபிக் தன்மையுடையதாகக் கருதப்படுகிறது, ஆனால் உண்மையில், மீளாத்தன்மையின் காரணமாக என்ட்ரோபி அதிகரிக்கிறது. ஒரு அமுக்கியின் ஐசென்ட்ரோபிக் செயல்திறன் என்பது, அந்த அமுக்கி சிறந்த நிலைமைகளுக்கு எவ்வளவு நெருக்கமாக இயங்குகிறது என்பதை மதிப்பிடுவதற்கான ஒரு முக்கியமான அளவுருவாகும்.

2. எரிப்பு அறை (கம்பஸ்டர்)
எரிப்பு அறையில், எரிபொருள் (இயற்கை எரிவாயு போன்றவை) உட்செலுத்தப்பட்டு உயர் அழுத்தக் காற்றுடன் எரிக்கப்படுகிறது. உராய்வு மற்றும் எரிப்பான் வடிவமைப்பு காரணமாக தவிர்க்க முடியாத சில அழுத்த இழப்புகள் இருந்தாலும், எரிப்பு செயல்முறையானது ஏறக்குறைய நிலையான அழுத்தத்தில் வாயுவின் வெப்பநிலையை வெகுவாக அதிகரிக்கிறது.

எரிப்பு அறையின் வெளிவழி வெப்பநிலை வரம்புகள், டர்பைன் பொருட்களின் செயல்திறன் (குறிப்பாக ஆரம்ப நிலை பிளேடுகள்) மற்றும் குளிரூட்டும் தொழில்நுட்பம் ஆகியவற்றால் பெரிதும் பாதிக்கப்படுகின்றன. நவீன வடிவமைப்புகளில், டர்பைன் உள்வழி வெப்பநிலை (TIT) என்பது செயல்திறன் மற்றும் ஆற்றல் ஆதாயங்களைத் தீர்மானிக்கும் ஒரு முக்கிய காரணியாகும், ஆனால் அது நம்பகத்தன்மை மற்றும் மூலப்பொருட்களின் செலவுகள் ஆகியவற்றிலும் சவால்களை ஏற்படுத்துகிறது.

3. டர்பைன்
டர்பைன்கள், சூடான வாயுக்களின் வெப்ப ஆற்றலை விரிவடைதல் மூலம் இயந்திர வேலையாக மாற்றுகின்றன. டர்பைனின் வேலையின் ஒரு பகுதி அமுக்கியை இயக்கப் பயன்படுகிறது, மீதமுள்ள பகுதி தொழில்துறைப் பயன்பாடுகளுக்கான நிகர வேலையாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. அமுக்கிகளைப் போலவே, டர்பைன்களும் அவற்றின் திறன் வெளியீடு மற்றும் ஒட்டுமொத்த செயல்திறனைப் பாதிக்கும் ஐசென்ட்ரோபிக் செயல்திறன்களைக் கொண்டுள்ளன.

4. வெளியேற்ற அமைப்பு
தொழில்துறை எரிவாயு விசையாழிகளின் வெளியேற்ற வாயுக்களை நேரடியாக வளிமண்டலத்தில் வெளியிடலாம் அல்லது மேலும் பயன்படுத்தலாம். வெளியேற்ற வாயுக்களின் வெப்பநிலை பெரும்பாலும் அதிகமாக இருப்பதால், வீணாகும் வெப்பத்தைப் பயன்படுத்துவது ஒரு முக்கியமான உத்தியாகும். இங்குதான் ஒருங்கிணைந்த சுழற்சி அமைப்புகள் (எரிவாயு விசையாழி + நீராவி விசையாழி) அல்லது இணை மின் உற்பத்தி/CHP (மின்சாரம் + செயல்முறை வெப்பம்) ஆகியவை பயன்பாட்டிற்கு வருகின்றன.

பிரேட்டன் பகுப்பாய்வில் முக்கிய அளவுருக்கள்
அழுத்த விகிதம்
அமுக்கி அழுத்த விகிதம் (πc = P2/P1) என்பது வடிவமைப்பில் மிகவும் செல்வாக்கு மிக்க ஒரு மாறியாகும். ஒரு சிறந்த பிரேட்டன் சுழற்சியில், அழுத்த விகிதத்தை அதிகரிப்பது, சுழற்சியின் அதிகபட்ச வெப்பநிலை வரம்பைப் பொறுத்து, ஒரு குறிப்பிட்ட உகந்த நிலை வரை வெப்பத் திறனைப் பொதுவாக அதிகரிக்கிறது. நடைமுறையில், மிக அதிக அழுத்த விகிதமானது அமுக்கியின் பணிச்சுமையை அளவுக்கு அதிகமாக அதிகரித்து, நிகர ஆற்றலைக் குறைத்துவிடும்; குறிப்பாக அமுக்கியின் செயல்திறன் குறைவாக இருந்தாலோ அல்லது எரிதல் அறையில் பெரிய அழுத்த இழப்புகள் இருந்தாலோ இது நிகழலாம்.

டர்பைன் உள்ளீட்டு வெப்பநிலை (TIT)
அதிக வெப்ப ஆற்றல் மட்டத்தில் விரிவாக்கம் தொடங்குவதால், TIT-ஐ அதிகரிப்பது பெரும்பாலும் ஆற்றல் வெளியீட்டையும் செயல்திறனையும் அதிகரிக்கிறது. இருப்பினும், இது மூலப்பொருட்கள், பிளேடு குளிரூட்டும் அமைப்புகள் மற்றும் NOx உமிழ்வுகள் ஆகியவற்றால் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது, இவை அதிக எரிதல் வெப்பநிலைகளில் அதிகரிக்க முனைகின்றன. எனவே, எரிவாயு விசையாழி உற்பத்தியாளர்கள் சூப்பர் அலாய்கள், வெப்பத் தடுப்புப் பூச்சுகள் மற்றும் உள் குளிரூட்டும் நுட்பங்களில் பெருமளவில் முதலீடு செய்கின்றனர்.

கூறு செயல்திறன்
அமுக்கிகள் மற்றும் விசையாழிகளின் ஐசென்ட்ரோபிக் செயல்திறனே, இலட்சிய மற்றும் உண்மையான செயல்திறனுக்கு இடையிலான முக்கிய வேறுபாடாகப் பெரும்பாலும் அமைகிறது. காற்றியக்க இழப்புகள், இடைவெளி, அமுக்கி அசுத்தமாதல், மற்றும் அரிப்பு, துருப்பிடித்தல் காரணமாக ஏற்படும் இறக்கைச் சிதைவு ஆகியவை காலப்போக்கில் செயல்திறனைக் குறைக்கும்.

எரிப்பு அறை மற்றும் குழாய் அழுத்த இழப்பு
ஒரு இலட்சிய மாதிரியில், வெப்பம் சேர்ப்பது நிலையான அழுத்தத்தில் நிகழ்கிறது. இருப்பினும், ஒரு நிஜ உலக அமைப்பில், எரிப்பான் மற்றும் குழாய்களில் அழுத்தம் குறைகிறது. இந்த அழுத்தக் குறைவு, விசையாழியில் உள்ள பயனுள்ள விரிவாக்க விகிதத்தைக் குறைக்கிறது, அதன் மூலம் விசையாழியின் செயல்திறனையும் திறனையும் குறைக்கிறது.

தொழில்துறை வாயு விசையாழிகளில் பிரேட்டன் சுழற்சி மாற்றம்
செயல்திறனை மேம்படுத்துவதற்காக, பிரேட்டன் சுழற்சி பெரும்பாலும் பல நுட்பங்களைக் கொண்டு மாற்றியமைக்கப்படுகிறது:

1. மீளுருவாக்கம் (மீட்பு)
மீளுருவாக்கம் என்பது, எரிதல் அறைக்குள் நுழைவதற்கு முன்பு, அழுத்தப்பட்ட காற்றை முன்கூட்டியே சூடாக்குவதற்காக சூடான வெளியேற்ற வாயுவைப் பயன்படுத்துவதாகும். இது அதே TIT-ஐ அடைவதற்கான எரிபொருள் தேவையைக் குறைத்து, அதன் மூலம் வெப்பத் திறனை அதிகரிக்கிறது. மீளுருவாக்கிகள், ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த மற்றும் நடுத்தர அழுத்த விகிதங்களைக் கொண்ட வாயு விசையாழிகளில் மிகவும் திறம்படச் செயல்படுகின்றன. ஏனெனில், அதிக அழுத்த விகிதங்களில், அமுக்கியின் வெளி வெப்பநிலை வெளியேற்ற வாயுவின் வெப்பநிலையை நெருங்கி, மீளுருவாக்கத்தின் நன்மைகளைக் குறைத்துவிடுகின்றன.

2. இடைக்குளிர்வித்தல்
அமுக்க நிலைகளுக்கு இடையில் குளிர்விப்புடன், இடைக்குளிர்விப்பு பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்தக் குளிர்விப்பு அமுக்க வேலையைக் குறைத்து, நிகர ஆற்றலை அதிகரிக்கக்கூடும். இருப்பினும், மீளுருவாக்கத்தால் ஈடுசெய்யப்படாவிட்டால், இடைக்குளிர்விப்பு வெப்பத் திறனைக் குறைக்கக்கூடும். ஏனெனில், குளிர்ந்த காற்று முழு வெப்ப உள்ளீட்டு நிலையை (TIT) அடைய எரிப்பானில் அதிக வெப்பம் தேவைப்படுகிறது.

3. மீண்டும் சூடாக்கவும்
மறுசூடாக்கமானது, டர்பைன் விரிவாக்க நிலைகளுக்கு இடையில் வாயுவை மீண்டும் சூடாக்குகிறது. இதன் நோக்கம், டர்பைனின் மொத்த வேலைப்பளுவை அதிகரித்து, அதன் மூலம் நிகர ஆற்றலை உயர்த்துவதாகும். இருப்பினும், மறுசூடாக்கமானது பொதுவாக எரிபொருள் நுகர்வை அதிகரிப்பதால், கட்டமைப்பு மற்றும் வடிவமைப்பு வரம்புகளைப் பொறுத்து, வெப்பத் திறன் எப்போதும் மேம்படாமல் போகலாம்.

4. ஒருங்கிணைந்த சுழற்சி
ஒருங்கிணைந்த சுழற்சியானது, ஒரு வாயு விசையாழியிலிருந்து வெளியேறும் வெப்பத்தைப் பயன்படுத்தி நீராவியை உருவாக்குகிறது, அந்த நீராவி பின்னர் ஒரு நீராவி விசையாழியை இயக்குகிறது. ஒரு எளிய பிரேட்டன் சுழற்சியுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​இந்த அமைப்பு மின் உற்பத்தி நிலையத்தின் செயல்திறனை கணிசமாக அதிகரிக்க முடியும். ஒரு தொழில்துறை மின் உற்பத்தி நிலைய அளவில், ஒருங்கிணைந்த சுழற்சியானது மிகவும் போட்டித்தன்மை வாய்ந்த தொழில்நுட்பங்களில் ஒன்றாகும், ஏனெனில் அது குறைந்த குறிப்பிட்ட உமிழ்வுகளுடன் உயர் செயல்திறனை அடைய முடியும்.

உண்மையான செயல்பாட்டு அம்சங்கள்: சீரழிவு மற்றும் சுற்றுச்சூழல் நிலைமைகள்
தொழில்துறை வாயு விசையாழிகள் பல்வேறு சூழல்களில் இயங்குகின்றன, மேலும் அதிக உள்ளீட்டுக் காற்று வெப்பநிலை, ஈரப்பதம் மற்றும் மாசுகள் (தூசி, உப்பு அல்லது எண்ணெய் துகள்கள்) போன்ற சவால்களை அடிக்கடி எதிர்கொள்கின்றன. அதிக உள்ளீட்டுக் காற்று வெப்பநிலை, காற்றின் அடர்த்தியைக் குறைத்து, அதன் விளைவாக நிறை ஓட்டம் குறைந்து, ஆற்றலும் குறைகிறது. எனவே, சில ஆலைகள் வெப்பமான காலநிலையில் செயல்திறனை மேம்படுத்துவதற்காக உள்ளீட்டுக் காற்று குளிர்விப்பை (ஆவியாதல் குளிர்விப்பான்கள் அல்லது சில்லர்கள்) பயன்படுத்துகின்றன.

நுண்ணிய துகள்களால் ஏற்படும் கம்ப்ரசர் படிவு, செயல்திறனையும் பயனுள்ள அழுத்த விகிதத்தையும் குறைக்கக்கூடும். செயல்திறனை மீட்டெடுக்க, ஆன்லைன்/ஆஃப்லைன் வாஷிங் போன்ற பராமரிப்புப் பணிகள் மேற்கொள்ளப்படுகின்றன. மேலும், பகுதி சுமை நிலைகளும் செயல்திறனைப் பாதிக்கின்றன. அதிக சுமைகளில் வாயு விசையாழிகள் அதிக செயல்திறன் கொண்டவையாக இருக்கின்றன; குறைந்த சுமைகளில், எரிப்புக் கட்டுப்பாடு, பயனுள்ள அழுத்த விகிதத்தில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் மற்றும் விகிதாசார இழப்புகள் ஆகியவை மேலோங்குவதால் செயல்திறன் குறைகிறது.

நவீன கவனத்தின் ஒரு பகுதியாக உமிழ்வுகள் மற்றும் செயல்திறன்
நவீன பிரேட்டன் சுழற்சி ஆய்வுகள், ஆற்றல் மற்றும் செயல்திறன் மீது மட்டுமல்லாமல், வெளியேற்றப்படும் வாயுக்களின் மீதும் கவனம் செலுத்துகின்றன. உயர்-வெப்பநிலை எரிதல் அதிக அளவிலான NOx-ஐ உருவாக்கும் தன்மையைக் கொண்டுள்ளது. எரிதல் நிலைத்தன்மையைப் பாதிக்காமல், சுடர் வெப்பநிலையைச் சிறப்பாகக் கட்டுப்படுத்த காற்று-எரிபொருள் கலவையைச் சரிசெய்வதன் மூலம் வெளியேற்றப்படும் வாயுக்களைக் குறைக்க, உலர் குறைந்த NOx (DLN) போன்ற தொழில்நுட்பங்கள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன.

மேலும், வாயு விசையாழிகளை கார்பன் பிடிப்பு அமைப்புகளுடன் (CCS) ஒருங்கிணைப்பது அல்லது ஹைட்ரஜன் கலவைகள் போன்ற குறைந்த கார்பன் எரிபொருட்களின் பயன்பாடு பிரபலமடைந்து வருகிறது. எரிபொருள் மற்றும் உள்ளமைப்பில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் வெப்பநிலை, அழுத்த விகிதம் மற்றும் பாய்வுப் பண்புகளைப் பாதிக்கும் என்பதால், இந்தப் புதுமைகள் அனைத்தும் பிரேட்டன் சுழற்சி குறித்த ஆழமான புரிதலில் வேரூன்றியுள்ளன.

முடிவுரை
பிரேட்டன் சுழற்சி என்பது தொழில்துறை வாயு விசையாழி பகுப்பாய்வின் அடித்தளமாகும், இது அமுக்கம், எரிதல், விரிவாக்கம் மற்றும் வெப்ப வெளியேற்றம் ஆகிய செயல்முறைகளை உள்ளடக்கியது. அழுத்த விகிதம், TIT, கூறு செயல்திறன் மற்றும் அழுத்த இழப்பு போன்ற அளவுருக்கள் உண்மையான செயல்திறனுக்கு முக்கியமானவை. சுழற்சி மாற்றங்களான மீளுருவாக்கம், இடைக்குளிரூட்டல், மறுவெப்பமாக்கல் மற்றும் ஒருங்கிணைந்த சுழற்சிகள் கூட, பயன்பாட்டுத் தேவைகளுக்கு ஏற்ப செயல்திறனையும் ஆற்றலையும் மேம்படுத்த பல்வேறு வழிகளை வழங்குகின்றன. தொழில்துறை நடைமுறையில், பிரேட்டன் சுழற்சி ஆய்வுகள் கூறு சிதைவு, சுற்றுச்சூழல் நிலைமைகள், பகுதி-சுமை செயல்பாடு மற்றும் உமிழ்வுத் தேவைகளையும் கருத்தில் கொள்ள வேண்டும். ஒரு தெளிவான புரிதலுடன், பொறியாளர்கள் அதிக செயல்திறன், நம்பகத்தன்மை மற்றும் சுற்றுச்சூழல் நேசத்திற்காக வாயு விசையாழி வடிவமைப்பு மற்றும் செயல்பாட்டை மேம்படுத்த முடியும்.