الغرض من التجربة

التعرف على أنواع الشوائب((Impurities الموجودة في مياه التغذية وطرق معالجتها وذلك لتأثيرها المباشر على عملية انتقال الحرارة في المرجل البخاري وبالتالي على كفاءة المحطة ككل.

 الشوائب ( Impurities):

    توجد الشوائب في المياه التغذية بصورة عوالق أو بصورة مذابة . العوالق منها الطين والزيوت و (sio2) ، وجود هذه العوالق يكون سببا مباشرا في تكوين ما يسمى بالقشور ((Scales وخاصة قشور السليكون التي يصعب إزالتها وكذلك توليد ظاهرة الرغوة (Foaming) الناتجة من وجود الزيوت.

 ويمكن إزالة هذه العوالق ( يجب أن تكون الإزالة خارجية ) بعملية ميكانيكية وكيميائية التي تتضمن إضافة مواد كيميائية إلى الماء مثل كبريتات الحديد (Iron sulfate ) أو كبريتات  الألمنيوم (Aluminum sulfate) أو الومينات الصوديوم ( Sodium aluminates ) ومن ثم عملية التصفية ((Filtration .

 أما النوع الأخر من الشوائب هو الشوائب المذابة (مواد صلبة مذابة في الماء ) التي تكون بشكل أملاح مثل بيكاربونات  الكالسيوم Ca(HCO₃)₂  وكاربونات الكالسيوم Caco3 وكبريتات الكالسيوم Caso₄  وبيكاربونات المغنيسيوم Mg (HCO₃)₂  وكاربونات المغنيسيوم MgCO₃  وكبريتات المغنيسيوم  MgSO₄  إضافة إلى أملاح الصوديوم وكذلك يحتوي الماء على بعض الغازات المذابة مثل O2 ,CO2  وجود الأملاح المذابة يشكل خطر كبير على المرجل عند ارتفاع درجة حرارة الماء داخل المرجل حيث إن قابلية ذوبان الأملاح في الماء تقل مع ارتفاع درجة الحرارة وخاصة أملاح الكالسيوم و المغنيسيوم التي تقل قابلية ذوبانها بشكل كبير مع ارتفاع درجة الحرارة .

 أما الغازات المذابة تلعب دور كبير في عملية التآكل التي تحصل للمرجل ومنظومة الأنابيب بمساعدة الحوامض التي تعجل من عملية التآكل بشكل كبير.

 وعليه فان عملية معالجة مياه التغذية قبل إدخالها الى المرجل تكون ضرورية جدا للتخلص من الشوائب العالقة والمذابة بغية إطالة عمر المرجل وزيادة كفائته.

 الآثار والمساؤي في وجود الشوائب في مياه التغذية:

1-   القشور ( (Scales:

 تعتبر الأملاح المذابة في الماء السبب الرئيسي في تكوين قشرة كلسية والتي تقلل من عملية انتقال الحرارة لكونها ذات مقومة حرارية عالية إضافة إلى ذلك فأنها تسبب ارتفاع في  درجات حرارة  أنابيب المرجل مسببة تهشمه ، ولتلافي هذه المساوئ 1يجب تقليل نسبة الأملاح المذابة في الماء قبل إدخاله للمرجل .

2- التآكل(Corrosion):

 يعزى السبب في التآكل إلى وجود غازي الأوكسجين وثنائي اوكسيد الكربون في مياه التغذية إضافة إلى وجود الحوامض التي تعجل من ظاهرة التآكل . ويؤدي التآكل إلى حصول نقر وتجاويف في المعدن مسببة إضعاف مقاومة المعدن .

3- الرغوة (Foaming):

وجود الأملاح المذابة في الماء وكذلك المواد العضوية ( (Oil تسبب ظاهرة تشكل فقاعات على سطح الماء تعيق عملية تكون البخار وهروبة من السطح وهذه الظاهرة تعرف بالرغوة . والتي تكون سبب أو احد أسباب تكون ظاهرة ((Priming  أو ما تعرف بــ( (Carry- over وهي ظاهرة هروب قطرات الماء مع البخار المتولد وهذه الظاهرة تشكل خطر على الأجزاء الملحقة بالمحطة الحرارية .

4- التقصف (Embrittlement):

 هي ناتجة من ارتفاع قاعدية الماء (PH>7)  وتسبب شقوق في أنابيب المرجل مما يؤدي إلى هشاشة المعدن وعليه يجب السيطرة على قيمة الــ (PH) بحدود معينة لتجنب هذه الظاهرة.

التجربة الثانية

اسم التجربة

البوق البخاري

Steam nozzle

 المقدمة:

البوق :هو عبارة عن مجرى متغير المساحة . حيث يلعب البوق البخاري (steam nozzle) دور مهم في التطبيقات العملية وذلك لأهميته في تحويل الطاقة الحرارية التي يمتلكها البخار إلى طاقة حركية (K.E) أثناء مرور البخار خلال البوق . وتستخدم هذه الطاقة الحركية في تدوير ريش التوربين البخاري (Turbine blades)  وبالتالي إنجاز الشغل الميكانيكي .

تقسم الأبواق إلى نوعين هما :

1.    البوق المتقارب (Convergent nozzle).

2.    البوق المتقارب – المتباعد (Convergent –divergent nozzle) .

الهدف من التجربة:

1.    قياس توزيع الضغط الاستاتيكي (Static pressure) على طول بوق متقارب – متباعد(Convergent – divergent nozzle) عند قيم مختلفة للضغط الخلفي (back pressure)((P_b مع ثبوت ضغط دخول البخار إلى البوق (Inlet pressure)(Pi) .

2.    حساب قيم السرع على امتداد البوق عند نفس قيم الضغط .

3.    مقارنة قيم الضغط الاستاتيكي النظرية والعملية عند منطقة العنق (Throat).

4.    حساب معدل سريان الكتلة (ms)خلال    ا لبوق نظريا ومقارنة تلك القيمة مع القيمة العملية لمعدل السريان .

نظرية التجربة:

الشكل رقم (1) يبين الجهاز المستخدم في التجربة والذي يتكون من صندوق الضغط (pressure chest) والبوق المتقارب – المتباعد (convergent – divergent nozzle) ومكثف البخار (condenser) إضافة إلى أجهزة قياس الضغط والحرارة .

يدخل البخار إلى داخل الجهاز عن طريق صمام – Valve (بضغط ودرجة حرارة معينين) ويوجد بجانب الجهاز مسعر خنق (Throttling Calorimeter)  الذي يمكن من خلاله حساب نسبة الجفاف ((x(dryness fraction) الداخل إلى البوق ، بعد نهاية البوق يوجد صمام من خلاله يمكن التحكم بقيمة   الضغط الخلفي (back pressure  ) وبالتالي التحكم بكتلة البخار الداخل إلى البوق . يمتد خلال البوق مجس (probe) بقطر خارجي مقداره(mm3.35) وينتهي من الأعلى بمقياس ضغط (pressure gauge) ويمكن تحريك هذا المجس على امتداد محور البوق من خلال قرص يدار باليد وهذا القرص عليه تدريجات تعطي إزاحة مقدارها (2mm) لكل تدريجة على امتداد البوق وبذلك يتم قياس الضغط المقاس (pressure gauge) على طول البوق .

التجربة الثالثة

اسم التجربة

دراسة أداء التوربين البخاري

المقدمة :

يعتبر التوربين البخاري من الأجزاء الرئيسية في المحطة البخارية حيث يقوم بتحويل الطاقة الحرارية العالية التي يمتلكها البخار ( الانثالبي h) إلى طاقة ميكانيكية لإنجاز شغل معين , حيث تتكون مرحلة التوربين بصورة عامة من صف من الريش الثابتة (Nozzles) وأخر من الريش الدوارة ((moving blades . عند دخول البخار ذو الطاقة الحرارية  العالية خلال صف الريش الثابتة فان هذه الطاقة ستتحول إلى طاقة حركية (K.E) ويغادر البخار هذا الصف من الريش بسرعة عالية ومن ثم يمرر باتجاه الريش الدوارة فيتعرض إلى تغير في اتجاه حركته ( أو اتجاه مع قيمة السرعة) مؤديا إلى تغير زخم البخار وبذالك فان قوة ستتولد نتيجة هذا التغير في الزخم والتي بدورها تولد عزم يقوم بتدوير الريش المتحركة والتي تكون مثبتة على محور وهكذا ينتقل دوران الريش المتحركة إلى المحور مؤديا إلى دورانه وإنجاز شغل ميكانيكي .

 الغرض من التجربة:

إن الغرض من التجربة هو التعرف على أجزاء التوربين البخاري عند ضر وف تشغيل مختلفة من خلال :

1.    حساب كفاءة التوربين الايزنتروبية

2.    حساب كفاءة الدورة الحرارية

3.    حساب الكفاءة الميكانيكية

4.    حساب معدل استهلاك البخار النوعي (S.S.C)

5.    حساب الكفاءة المكبحية والتعرف عليها

 الجهاز المستخدم:

يتكون الجهاز المستخدم لغرض إنجاز التجربة من التوربين والمكثف والمولد الكهربائي وأجهزة قياس مختلفة. كما في الشكل (1)

· التوربين :

وهو من نوع ( Tow row velocity compound) ويتكون من صف من الريش الثابتة ( Nozzles )

يتبعها صف من الريش المتحركة ( moving blades ) ثم صف من الريش الثابتة الموجهة ( Fixed (guide) blades ) ومن ثم صف أخر من الريش المتحركة كما في الشكل (2) وأقصى سرعة دوران لهذا التوربين هي (    r.p.m3000 ) ويمكن التحكم بضغط البخار الداخل إلى الأبواق (Nozzles) من خلال صمام خاص ( Reducing Valve ) ويمكن التحكم بضغط البخار الخارج من التوربين من خلال صمام ( Exhaust turbine valve  ) .

· المكثف:

وهو الجزء الذي يقوم بتكثيف البخار الخارج من التوربين البخاري وتحويله إلى ماء من خلال استخدام وسيط تبريد خارجي وهو الماء الذي يجهز من برج التبريد ( Cooling Tower ) ويتضمن هذا المكثف جهاز لحساب كمية الماء الداخل إلى المكثف يعرف بـــ ( Flow meter ) إضافة إلى مضخة لسحب البخار المكثف والهواء من داخل المكثف إلى خزان خاص ومضخة أخرى تقوم بتفريغ الخزان إلى الخارج أو أعادته إلى داخل المرجل البخاري .

·  مولد التيار :

يقوم هذا المولد بتوليد قدرة كهر بائية من الشغل الميكانيكي الناتج من التوربين ( أقصى قدرة توليد هي kw10) ويتضمن هذا الجهاز ملحقات من خلالها يتم التحكم بالحمل ( Load ) على المولد من خلال مقاومة متغيرة ، وكذلك يتضمن أجهزة قياس تيار وفولتية لحساب القدرة الكهربائية وكذلك مقياس سرعة دوران ( r.p.m ) .

  خطوات العمل

1.    يجهز البخار إلى التوربين بعد فتح صمام الدخول فتحة كاملة ويجهز البخار بصورة تدريجية بدون حمل .

2.    يجهز ماء التبريد إلى المكثف عن طريق برج التبريد .

3.    بعد تسخين الجهاز يتم تسليط حمل معين على التوربين البخاري لسرعة دوران ( rpm3000) وتسجل القراءات .

4.    يتم تغيير الحمل الكهربائي لسرعة دوران ( rpm3000) ويعاد تسجيل القراءات .

5. تكرر الخطوة رقم (4) لأحمال مختلفة .

التجربة الثالثة

اسم التجربة

الحاقن البخاري

(Steam Ejector)

مقدمة:

الحاقن البخاري جهاز يستخدم في كثير من التطبيقات العملية ويعتمد في عمله على أحداث فرق ضغط بين نقطتين (لمائعين مختلفين) مؤديا لحركة احد المائعين من منطقة الضغط المرتفع إلى منطقة الضغط المنخفض ، ويتم الحصول على فرق الضغط هذا نتيجة امرار مائع ذو ضغط مرتفع خلال بوق (nozzle) من نوع المتقارب أو المتقارب المتباعد (convergent or convergent divergent nozzle)

ونتيجة مرور المائع خلال البوق يتم تحويل طاقة الضغط التي يمتلكها إلى طاقة حركية (K.E) مؤديا إلى انخفاض الضغط في نهاية البوق ويرتبط البوق مع مائع آخر خلال أنبوب (مقطع معين)

وبسبب الضغط المنخفض في نهاية البوق يبدأ المائع الثاني بالارتفاع خلال الأنبوب (بسبب فرق الضغط) وبالتالي يمتزج مع المائع الرئيسي ليمرر المزيج خلال مقطع متباعد (diffuser) والذي يساعد على تحويل الطاقة الحركية للمائع(K.E) إلى زيادة في الضغط .

بعض التطبيقات العملية للحاقن:

1.    يستخدم لرفع المياه إلى المراجل الصغيرة .

2.    يستخدم في المكثفات لطرد الهواء(الغازات) من المكثف .

3.    يستخدم لأغراض التبريد .

 الغرض من التجربة:

1.    حساب الحرارة المكتسبة من مياه التغذية (Q_w).

2.    حساب الشغل المنجز أثناء رفع المياه(W.D).

3.    حساب كفاءة التسخين (ζ_heat).

4.    حساب كفاءة الضخ(ζ_pump).

الجهاز المستخدم : (شكل 1)

يتكون الجهاز المختبري من خزانين من الصلب تم ربطهما عبر منظومة أنابيب بحيث يكون احدهم فوق الآخر بارتفاع مناسب ويتم ربط الخانق عبر منظومة الأنابيب التي تصل الخزانين، والحاقن المستخدم عبارة عن بوق متقارب متباعد (convergent – divergent nozzle) يتصل في منطقة العنق من خلال توصيلة في الخزان السفلي (suction tank) الذي يحتوي على المائع الثانوي وهو الماء، أما مقطع الدخول إلى البوق فيتصل عن طريق أنبوب ليستلم المائع الرئيسي ذو الضغط العالي وهو البخار القادم من المرجل وخلال مرور البخار في الجزء المتقارب من البوق يبدأ الضغط بالانخفاض تدريجيا متحولا إلى طاقة حركية ((K.E حتى يصل البخار إلى منطقة العنق التي عندها يكون انخفاض الضغط كاف لرفع الماء من الخزان السفلي عبر الأنبوب الواصل بين الخزان والعنق حيث يمتزج الماء مع البخار مؤديا إلى تكثف البخار ويمر البخار المكثف والماء بعد ذلك خلال الجزء المتباعد((divergent إلى خزان التصريف .

 خطوات العمل :

1.    تجهيز الجهاز بالبخار.

2.    ملئ الخزان السفلي (suction tank) بالماء لمستوي معين.

3.    تسجيل قراءة ضغط البخار الداخل إلى الحاقن .

4.    تسجيل ارتفاع مستوي الماء في الماء السفلي قبل وبعد التجربة ، وكذلك بالنسبة للخزان العلوي الذي يحتوي على الخليط (بخار مكثف وماء) .

5.    تسجيل وقت إجراء التجربة .

6.    تسجيل ارتفاع السحب المتوسط (المسافة بين مركز الحاقن ومستوي الماء في الخزان السفلي) .

7.    تسجيل درجة حرارة الماء والخليط.