طراحی یک توربین انبساطی برای تولید برق در ایستگاه تقلیل فشار گاز

نیازهای روزافزون جوامع به انرژی بویژه انرژی الکتریکی و از سویی محدودیت های محیط زیستی، مهندسان را برآن داشته که طرح ها و محصولات خود را به سمت استفاده از انرژی های بدون آلودگی زیست محیطی هدایت کنند. امروزه در بسیاری از ایستگاه-های تقلیل فشار گاز شهری، از شیرهای فشارشکن به منظور کاهش فشار گاز استفاده می شود که به راحتی باعث اتلاف انرژی فشاری گاز طبیعی می‌شوند. یکی از مناسب ترین روش های استفاده از این انرژی، توربین های انبساطی شعاعی هستند که انرژی فشاری گاز را به انرژی مکانیکی تبدیل کرده و از طریق یک ژنراتور مبادرت به تولید برق می نمایند. در پژوهش حاضر، شرایط ترمودینامیکی بالادست توربین انبساطی شعاعی، براساس داده‌های ایستگاه‌های تقلیل فشار گاز استان خراسان رضوی انتخاب شده و سپس طراحی خط میانی توربین انبساطی شعاعی با سیال عامل متان واقعی فوق بحرانی انجام شد. در ادامه هندسه‌ی توربین با استفاده از ماژول بلیدجن تولید شده و شبکه‌بندی آن توسط نرم‌افزار توربوگرید انجام شد. در انتها نیز حل سه‌بعدی جریان با استفاده از نرم‌افزار سی اف ایکس صورت پذیرفت. بدین ترتیب فرآیندهای صورت گرفته منجر به طراحی توربین انبساطی شعاعی با توانایی تولید 4.114 مگاوات انرژی الکتریکی و راندمان 81.5 درصد شد.

designing a turbo expander for electric power generation in a pressure reduction station

increasing societal demands for energy, especially electrical energy, and environmental limitations, engineers and researchers have directed their designs and products towards using new and environmentally friendly energy sources. nowadays, in many urban gas pressure reduction stations, pressure reducing valves are used to reduce gas pressure and adjust it for urban consumption, which can easily lead to the wastage of the compressive energy of natural gas. one of the most suitable methods for utilizing this energy is radial turboexpanders that convert the compressive energy of gas into mechanical energy and then generate electricity through a generator. in the present study, the thermodynamic conditions upstream of the radial turboexpander were selected based on the data from gas pressure reduction stations in khorasan-razavi province and then the meanline design of the radial turboexpander with real supercritical methane working fluid was carried out. then, the turbine geometry was generated using the bladegen module and its meshing was done using turbogrid software. finally, the three-dimensional flow simulation was performed using cfx software. thus, the processes carried out led to the design of a radial turboexpander with the ability to produce 4.114 mw of electrical energy and an efficiency of 81.5%.