توربین وی94.2، یکی از پرتعدادترین واحدهای عملیاتی توربین گاز در جهان است. این ماشین با ویژگیهایی همچون قابلیت راهاندازی سریع، قابلیتاطمینان بالا، دسترسپذیری (خواب کم ماشین) و قابلیت کارکرد با سوختهای بدون کیفیت شناخته میشود. این ماشین، در تیراژ بیش از 280 واحد به فروش رفته و بیش از 21 میلیون ساعت در نقاط مختلف جهان کار کردهاست. بنابر اذعان صاحب امتیاز فعلی، یعنی شرکت زیمنس، قابلیتاطمینان این ماشین بیش از 99.5 درصد است.
آخرین نمونه ارتقایافته این ماشین به نام اسجیتی5-2000ئی، با توان 187 مگاوات ارائه شدهاست. نقشه راه توسعه ماشینهای وی2.94، از سال 1999 با هدف ارتقاء ماشینهای موجود و ساخت ماشینهای جدید با بازار جدید پیگیری میشود. این نقشه راه، بر اساس توربین وی2.94(3) ورژن 3 که بسیار پرفروش بوده، آغاز شدهاست. این موتور از سال 1989، با دمای ورود به توربین 1060 درجه سانتیگراد (در شرایط استاندارد) تولید میشد.
راهبردهای توسعه و ارتقاء وی2.94، به صورت کلی به پنج دسته کلی تقسیم میشود: افزایش دمای ورودی به توربین (تی تی+)، افزایش دبی کمپرسور (سیاماف+)، طولانیتر کردن بازههای تعمیر و نگهداری (ماک 41)، پاشش آب (وِت سی)، طراحی بهینه سه بعدی پرهها (زیمنس3دی) و بهینهسازی لقی هیدرولیک (اِچسیاو). در ادامه، هر یک از این موارد توضیح داده میشود.
تیتی1+:
افزایش دمای ورودی به توربین (دمای گاز داغ در جلوی پره ثابت 1)، از 1060 درجه سانتیگراد به 1075 درجه سانتیگراد. این امر با بهبود گذرگاه گازهای داغ حاصل شدهاست. اقداماتی از قبیل بهبود اختلاط در محفظه احتراق و پوسته داخلی، اعمال پوششهای جدید بر روی پرههای توربین یعنی آلومینایز کردن سطوح داخلی و استفاده از پوششهای مقاوم در برابر اکسیداسیون و پوششهای حرارتی در سطوح خارجی.
ماک41:
از طرفی، برای طولانیتر کردن بازههای تعمیر و نگهداری بعنوان بخشی از طرح «ماک 41»، گذرگاههای گاز داغ نوسازی میشوند (با ثابت نگهداشتن دمای ورودی به توربین در حد 1060 درجه سانتیگراد). این گزینه ارتقا (مثلاً بسط دادن بازه تعمیرات تا 41000 ساعت) در تمام ویرایشهای وی2.94 قابل اجرا است. هم تیتی1+ و هم ماک41 از سال 2001 به صورت تجاری ارائه شدند.
این گزینه، موجب کاهش خواب ماشین و افزایش دسترسپذیری آن میشود. ماک41 به صورت یک مود کنترلی در اختیار کاربر قرار میگیرد و کاربر میتواند بین این مود و مود عملکرد بالا سوییچ کند که به ترتیب، منجر به افزایش دوره تعمیرات و یا افزایش توان میشود.
سیاماف+:
افزایش دبی کمپرسور. این گزینه با ارتقاء چهار ردیف اول کمپرسور (به همراه پرههای هادی ورودی) با استفاده از ایرفویلهای طراحیشده به روش کنترل دیفیوژن، حاصل شدهاست. سیاماف+ از سال 2003 ارائه شدهاست. بازدهی سیکل ساده در این گزینه حدود 3.2% بودهاست.
وِتسی:
تراکم مرطوب. این گزینه هم از سال 2003 معرفی شدهاست. مقادیر زیادی آب از طریق مجموعهای از نازلها به ورودی هوای کمپرسور پاشیده میشود. این آب بخار شده و موجب خنک شدن هوای متراکم میشود. به این ترتیب، عملکرد موتور (هم توان خروجی و هم بازدهی) به مقدار قابلتوجهی بهبود مییابد و تا حدی مستقل از شرایط محیط میشود. توان خروجی اولین واحد ارتقایافته به این روش، حدود 20 مگاوات افزایش یافت.
زیمنس3دی:
بهینهسازی پرههای توربین. ارتقاء پرههای توربین تحت عنوان زیمنس3دی، از سال 2005 معرفی شد. زیمنس3دی بر چهار ردیف اول توربین ویرایش 7 اعمال شد. به این ترتیب، در سال 2005، پرههای پربازده توربین که با استفاده از آخرین روشهای عددی سه بعدی طراحی میشوند، معرفی شدند. برای تسهیل ارتقاء واحدها، کانتور قسمت ریشه ثابت نگه داشته شد و عرض محوری ایرفویلها هم تغییری نکرد.
با اعمال این تغییرات، در مصرف هوای ثانویه برای خنککاری و نشتبندی هم صرفهجویی شد. هدف اولیه در استفاده از این روش، ارتقاء بازدهی توربین بدون افزایش دمای ورودی بود که در اثر این تغییر، دمای خروجی توربین کاهش مییابد. 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:
- ارتقاء آیرودینامیکی بازدهی توربین، با کاهش دمای خروجی از توربین همراه است.
- صرفهجویی در هوای ثانویه باعث افزایش دمای 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 افزایش دمای خروجی توربین میشود.
این سه رویکرد به نحوی با هم ترکیب میشوند که شرایط مرزی موردنظر تامین شود. در اثر صرفهجویی در هوای ثانویه، دمای ورودی به توربین حدود 5 درجه سانتیگراد افزایش یافته و به مقدار 1065 درجه سانتیگراد میرسد. این برنامه ارتقاء 3.7 مگاوات توان خروجی را افزایش داده و بازدهی نقطهای را حدود 0.5 درصد بهبود میبخشد. علاوه بر بهبود عملکرد، عمر هم با استفاده از ابرآلیاژهای جدید بر پایه نیکل و پوششهای حرارتی بهبود یافتهاست.
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. بطور کلی، پیادهسازی این سیستم، موجب افزایش توان 1.8 مگاوات و بازدهی نقطهای حدود 0.26% شدهاست.
تمام ویرایشهای ارتقایافته این محصول در جدول زیر قابل مشاهده است:
در مقایسه ویرایش 3 با ویرایش 6، افزایش قابلملاحظه 7 مگاوات در توان برای سیکل ساده و افزایش 0.3 درصد در بازدهی سیکل ترکیبی مشاهده میشود. ویرایش 7 با دمای ورودی 1080 درجه سانتیگراد، حدود 0.5 درصد افزایش بازدهی و 3.7 مگاوات افزایش توان را تجربه کردهاست. در ویرایش 8، زیمنس3دی بر روی ردیفهای دیگر توربین هم اجرا شده و توان به 173 مگاوات و بازدهی به 35.8 درصد رسیدهاست. در ویرایش 9 هم، توان یه 187 مگاوات و بازدهی به 36.5 درصد ارتقاء یافته است.
روند پیادهسازی فناوریهای مختلف برای ارتقاء وی2.94 را در شکل زیر مشاهده میکنید.
منابع:
*قرارداد تعمیر و نگهداری بلندمدت ماشینهای V94.2 روسیه برای سولزر
