توربین

راهبردهای توسعه غول شاخدار زیمنس، توربین V94.2

توربین وی۹۴.۲، 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 ۲۸۰ واحد به فروش رفته و بیش از ۲۱ میلیون ساعت در نقاط مختلف جهان کار کرده‌است. بنابر اذعان صاحب امتیاز فعلی، یعنی شرکت زیمنس، قابلیت‌اطمینان این ماشین بیش از ۹۹.۵ درصد است.

V94.2 GT

آخرین نمونه ارتقایافته این ماشین به نام اس­‌جی‌­تی۵-۲۰۰۰ئی، با توان ۱۸۷ مگاوات ارائه شده‌است. نقشه راه توسعه ماشین‌های وی۲.۹۴، از سال ۱۹۹۹ با هدف ارتقاء ماشین­‌های موجود و ساخت ماشین‌­های جدید با بازار جدید پیگیری می­‌شود. این نقشه راه، بر اساس توربین وی۲.۹۴(۳) ورژن ۳ که بسیار پرفروش بوده، آغاز شده‌است. این موتور از سال ۱۹۸۹، با دمای ورود به توربین ۱۰۶۰ درجه سانتیگراد (در شرایط استاندارد) تولید می­‌شد.

راهبردهای توسعه و ارتقاء وی۲.۹۴، 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 ۴۱)، پاشش آب (وِت­ سی)، طراحی بهینه سه­ بعدی پره‌­ها (زیمنس۳دی) و بهینه‌سازی لقی هیدرولیک (اِچ‌سی­‌او). در ادامه، هر یک از این موارد توضیح داده می‌شود.

توان خروجی توربین V94.2

تی­‌تی۱+:

افزایش دمای ورودی به توربین (دمای گاز داغ در جلوی پره ثابت ۱)، از ۱۰۶۰ درجه سانتیگراد به ۱۰۷۵ 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.

اعمال پوشش¬های جدید بر روی پره¬های توربین

ماک۴۱:

از طرفی، برای طولانی­‌تر کردن بازه‌­های تعمیر و نگهداری بعنوان بخشی از طرح «ماک ۴۱»، گذرگاه‌­های گاز داغ نوسازی می‌شوند (با ثابت نگه‌داشتن دمای ورودی به توربین در حد ۱۰۶۰ درجه سانتیگراد). این گزینه ارتقا (مثلاً بسط دادن بازه تعمیرات تا ۴۱۰۰۰ ساعت) در تمام ویرایش­‌های وی۲.۹۴ قابل اجرا است. هم تی­‌تی۱+ و هم ماک۴۱ از سال ۲۰۰۱ به صورت تجاری ارائه شدند. این گزینه، موجب کاهش خواب ماشین و افزایش دسترس­‌پذیری آن می­‌شود. ماک۴۱ 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 ۲۰۰۳ ارائه شده‌است. بازدهی سیکل ساده در این گزینه حدود ۳.۲% بوده‌است.

سی ام اف+

وِت­‌سی:

تراکم مرطوب. این گزینه هم از سال ۲۰۰۳ 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 ۲۰ مگاوات افزایش یافت.

زیمنس۳دی:

بهینه­‌سازی پره‌های توربین. ارتقاء پره­‌های 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، 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 ۵ درجه سانتیگراد افزایش یافته و به مقدار ۱۰۶۵ درجه سانتیگراد می­‌رسد. این برنامه ارتقاء 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 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 ۱.۸ مگاوات و بازدهی نقط‌ه‌­ای حدود ۰.۲۶% شده‌است.

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 قابل‌ملاحظه 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 کرده‌است. در ویرایش ۸، زیمنس۳دی بر روی ردیف­‌های دیگر توربین هم اجرا شده و توان به ۱۷۳ مگاوات و بازدهی به ۳۵.۸ درصد رسیده‌است. در ویرایش ۹ هم، توان یه ۱۸۷ مگاوات و بازدهی به ۳۶.۵ درصد ارتقاء یافته است.

روند پیاده‌سازی فناوری­‌های مختلف برای ارتقاء وی۲.۹۴ را در شکل زیر مشاهده می‌­کنید.

روند پیاده سازی فناوری های مختلف برای ارتقای V94.2

منابع:
  1. زیمنس
  2. Modern Power Systems

 

*قرارداد تعمیر و نگهداری بلندمدت ماشین‌های V94.2 روسیه برای سولزر

۰ ۰ رای ها
امتیازدهی به مقاله
مشترک شدن
اطلاع رسانی
guest

0 نظرات
بازخورد (Feedback) های اینلاین
مشاهده همه دیدگاه ها