V94.2 Gas Turbine

راهبردهای توسعه غول شاخدار زیمنس، توربین V94.2

توربین وی۹۴.۲ یکی از پرتعدادترین واحدهای عملیاتی توربین گاز در جهان است. این ماشین با ویژگی ­هایی همچون قابلیت راه‌­اندازی سریع، قابلیت اطمینان بالا، دسترس ­پذیری (خواب کم ماشین) و قابلیت کارکرد با سوخت های بدون کیفیت شناخته می­ شود. این ماشین در تیراژ بیش از ۲۸۰ واحد به فروش رفته و بیش از ۲۱ میلیون ساعت در نقاط مختلف جهان کار کرده است. بنابر اذعان صاحب امتیاز فعلی، یعنی شرکت زیمنس، قابلیت اطمینان این ماشین بیش از ۹۹.۵ درصد است.

V94.2 GT

آخرین نمونه ارتقا یافته این ماشین به نام اس­ جی ­تی۵-۲۰۰۰ئی، با توان ۱۸۷ مگاوات ارائه شده است. نقشه راه توسعه ماشین­های وی۹۴.۲ از سال ۱۹۹۹ با هدف ارتقای ماشین­ های موجود و ساخت ماشین ­های جدید با بازار جدید پیگیری می­ شود. این نقشه راه بر اساس توربین وی۹۴.۲(۳) ورژن ۳، که بسیار پرفروش بوده، آغاز شده است. این موتور از سال ۱۹۸۹ با دمای ورود به توربین ۱۰۶۰ درجه سانتی گراد (در شرایط استاندارد) تولید می­ شد.

راهبردهای توسعه و ارتقای وی۹۴.۲ به صورت کلی به پنج دسته کلی تقسیم می­ شود: افزایش دمای ورودی به توربین (تی­ تی+)، افزایش دبی کمپرسور (سی ­ام­ اف+)، طولانی­تر کردن بازه ­های تعمیر و نگهداری (ماک ۴۱)، پاشش آب (وِت­ سی)، طراحی بهینه سه­ بعدی پره ­ها (زیمنس۳دی) و بهینه ­سازی لقی هیدرولیک (اِیچ سی­ او). در ادامه هر یک از این موارد توضیح داده می شود.

توان خروجی توربین V94.2

تی­‌تی۱+:

افزایش دمای ورودی به توربین (دمای گاز داغ در جلوی پره ثابت ۱)، از ۱۰۶۰ درجه سانتی گراد به ۱۰۷۵ درجه سانتی گراد. این امر با بهبود گذرگاه گازهای داغ حاصل شده است. اقداماتی از قبیل بهبود اختلاط در محفظه احتراق و پوسته داخلی، اعمال پوشش­ های جدید بر روی پره ­های توربین یعنی آلومینایز کردن سطوح داخلی و استفاده از پوشش ­های مقاوم در برابر اکسیداسیون و پوشش ­های حرارتی در سطوح خارجی.

اعمال پوشش¬های جدید بر روی پره¬های توربین

ماک۴۱:

از طرفی برای طولانی­ تر کردن بازه ­های تعمیر و نگهداری به عنوان بخشی از طرح «ماک ۴۱» گذرگاه ­های گاز داغ نوسازی می­ شوند (با ثابت نگه داشتن دمای ورودی به توربین در حد ۱۰۶۰ درجه سانتیگراد). این گزینه ارتقا (مثلاً بسط دادن بازه تعمیرات تا ۴۱۰۰۰ ساعت) در تمام ویرایش­ های وی۹۴.۲ قابل اجرا می ­باشد. هم تی­ تی۱+ و هم ماک۴۱ از سال ۲۰۰۱ به صورت تجاری ارائه شدند. این گزینه موجب کاهش خواب ماشین و افزایش دسترس­ پذیری آن می­ شود. ماک۴۱ به صورت یک مود کنترلی در اختیار کاربر قرار می­گیرد و کاربر می تواند بین این مود و مود عملکرد بالا سوییچ کند که به ترتیب منجر به افزایش دوره تعمیرات و یا افزایش توان می شود.

سی‌­ام‌­اف+:

افزایش دبی کمپرسور. این گزینه با ارتقای چهار ردیف اول کمپرسور (به همراه پره­ های هادی ورودی) با استفاده از ایرفویل ­های طراحی شده به روش کنترل دیفیوژن، حاصل شده است. سی ­ام ­اف+ از سال ۲۰۰۳ ارائه شده است. بازدهی سیکل ساده در این گزینه حدود ۳.۲% بوده است.

سی ام اف+

وِت­‌سی:

تراکم مرطوب. این گزینه هم از سال ۲۰۰۳ معرفی شده است. مقادیر زیادی آب از طریق مجموع ه­ای از نازل ها به ورودی هوای کمپرسور پاشیده می­ شود. این آب بخار شده و موجب خنک شدن هوای متراکم می­ شود. به این ترتیب عملکرد موتور (هم توان خروجی و هم بازدهی) به مقدار قابل توجهی بهبود می ­یابد و تا حدی مستقل از شرایط محیط می­ شود. توان خروجی اولین واحد ارتقا یافته به این روش حدود ۲۰ مگاوات افزایش یافت.

زیمنس۳دی:

بهینه­ سازی پره ­های توربین. ارتقای پره­ های توربین تحت عنوان زیمنس۳دی از سال ۲۰۰۵ معرفی شد. زیمنس۳دی بر چهار ردیف اول توربین ویرایش ۷ اعمال شد. به این ترتیب، در سال ۲۰۰۵ پره ­های پربازده توربین که با استفاده از آخرین روش­ های عددی سه بعدی طراحی می­ شوند، معرفی شدند. برای تسهیل ارتقای واحدها، کانتور قسمت ریشه ثابت نگه داشته شد و عرض محوری ایرفویل ­ها هم تغییری نکرد. با اعمال این تغییرات در مصرف هوای ثانویه برای خنک­ کاری و نشت­ بندی هم صرفه ­جویی شد. هدف اولیه در استفاده از این روش، ارتقای بازدهی توربین بدون افزایش دمای ورودی بود  که در اثر این تغییر، دمای خروجی توربین کاهش می یابد. همچنین از نقطه نظر کارکرد بهینه در سیکل­‌های ترکیبی، دمای خروجی از توربین هم باید نسبتاً ثابت نگه داشته می‌­شد. برای تامین این اهداف به ظاهر متناقض، ایده­‌های زیر در نظر گرفته شد:

  • ارتقای آیرودینامیکی بازدهی توربین، با کاهش دمای خروجی از توربین همراه است.
  • صرفه­جویی در هوای ثانویه باعث افزایشدمای خروجی از توربین می‌­شود.
  • چینش دوباره پره ثابت توربین (زاویه نصب) در طبقه اول (باز کردن مساحت گلوگاه) موجب کاهش فشار خروجی کمپرسور و به تبع آن افزایشدمای خروجی توربین می‌­شود.

این سه رویکرد به نحوی با هم ترکیب می‌­شوند که شرایط مرزی مورد نظر تامین شود. در اثر صرفه‌­جویی در هوای ثانویه، دمای ورودی به توربین حدود ۵ درجه سانتیگراد افزایش یافته و به مقدار ۱۰۶۵ درجه سانتیگراد می­‌رسد. این برنامه ارتقا، ۳.۷ مگاوات توان خروجی را افزایش داده و بازدهی نقطه‌­ای را حدود ۰.۵ درصد بهبود می­بخشد. علاوه بر بهبود عملکرد، عمر هم با استفاده از ابرآلیاژهای جدید بر پایه نیکل و پوشش‌­های حرارتی بهبود یافته است.

اِیچ‌سی‌او:

بهینه­‌سازی لقی به صورت هیدرولیک. این امر با انتقال محوری کل روتور به صورت محوری و در خلاف جهت جریان انجام می­‌شود. به این ترتیب لقی شعاعی پره‌­های توربین و به طبع آن، افت­‌های آیرودینامیک کاهش می‌­یابد. این کار با استفاده از یک یاتاقان مجهز به پیستون­‌های هیدرولیک صورت می‌­پذیرد. کاهش لقی به علت شکل مخروطی کانال جریان در توربین و کمپرسور اتفاق می­افتد. البته شیب این مخروط در توربین چهار برابر قسمت کمپرسور است و به همین علت، افزایش افت‌­ها در کمپرسور به خاطر افزایش لقی، تنها در حدود یک هشتم افزایش توان و بازدهی توربین است. به طور کلی پیاده­‌سازی این سیستم، موجب افزایش توان ۱.۸ مگاوات و بازدهی نقط‌ه­ای حدود ۰.۲۶% شده است.

ایچ سی او

تمام ویرایش‌­های ارتقایافته این محصول در جدول زیر قابل مشاهده است:

مقایسه ویرایش های مختلف V94.2

در مقایسه ویرایش ۳ با ویرایش ۶، افزایش قابل ملاحظه ۷ مگاوات در توان برای سیکل ساده و افزایش ۰.۳ درصد در بازدهی سیکل ترکیبی مشاهده می‌شود. ویرایش ۷ با دمای ورودی ۱۰۸۰ درجه سانتی‌گراد، حدود ۰.۵ درصد افزایش بازدهی و ۳.۷ مگاوات افزایش توان را تجربه کرده است. در ویرایش ۸، زیمنس۳دی بر روی ردیف­های دیگر توربین هم اجرا شده است و توان به ۱۷۳ مگاوات و بازدهی به ۳۵.۸ درصد رسیده است. در ویرایش ۹ هم توان یه ۱۸۷ مگاوات و بازدهی به ۳۶.۵ درصد ارتقا یافته است.

روند پیاده ­سازی فناوری­‌های مختلف برای ارتقای وی۹۴.۲ را در شکل زیر مشاهده می‌­کنید.

روند پیاده سازی فناوری های مختلف برای ارتقای V94.2

منابع:
  1. زیمنس
  2. Modern Power Systems

دیدگاه بگذارید

avatar
  مشترک شدن  
اطلاع رسانی