در حال بررسی...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.
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.
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.
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.
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.
تمام ویرایش‌های ارتقایافته این محصول در جدول زیر قابل مشاهده است:
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.
منابع:
*قرارداد تعمیر و نگهداری بلندمدت ماشین‌های V94.2 روسیه برای سولزر
