توسعه ماشین

مسیر توسعه ماشین مرگ‌ناپذیر تاریخ با امضای آلستوم (بخش اول)

اولین ماشین جی‌تی۱۳ئی با توان ۱۴۷.۹ مگاوات در تابستان سال ۱۹۸۷ در نیروگاه هِموِگ هلند با موفقیت به بهره‌برداری رسید و بعد از آن ۲۸ واحد دیگر از همین ماشین تولید شد. اما نیاز بازار برای توربین‌های گاز با بازدهی بالاتر و آلایندگی ناکس کمتر از ۲۵ پی‌پی‌اِم، منجر به تولد جی‌تی۱۳ئی۲ در سال ۱۹۹۱ شد. یکی از مهم‌ترین دلایل موفقیت جی‌تی۱۳ئی۲ (یا جی‌تی۱۳ئی۲وی۹۶) در کلاس توان ۱۶۵ مگاوات برای بازار ۵۰ هرتز، بهره‌گیری از مشعل‌های ئی‌وی با ناکس پایین بود. در طراحی ماشین پدر یعنی جی‌تی۱۳ئی از یک محفظه احتراق سیلویی استفاده شده بود. ارتقاء این طراحی به محفظه احتراق حلقوی، به عنوان مهمترین تفاوت این دو ماشین، موجب شد دمای ورودی توربین از ۱۰۷۰ درجه سانتیگراد به ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد و نسبت فشار کمپرسور از ۱۳.۹ به ۱۵ برسد.

جی‌تی13ئی2

ویژگی‌های اثبات شده جی‌تی۱۳ئی مانند روتور تکی و جوش خورده، طراحی دو یاتاقانه، کمپرسور مادون صوت و توربین با بازده بالا در نسل بعد یعنی جی‌تی۱۳ئی۲ مورد استفاده قرار گرفت، ماشینی با طراحی فشرده و توان بالا. از دیگر ویژگی‌های این ماشین می‌توان از اگزوز محوری و شفت درایو سرد نام برد. این موارد از ویژگی‌های توربین گازهای شرکت اِی‌بی‌بی بود. اگزوز محوری موجب خروج گازها بصورت محوری می‌گردد. این پیکر‌بندی در نیروگاه‌های سیکل ترکیبی، موجب کم‌جا شدن و فشرده‌شدن نیروگاه می‌شود. همچنین در این پیکر‌بندی، ژنراتور در سمت کمپرسور قرار می‌گیرد. این طراحی به نام طراحی شفت درایو سرد شناخته می‌شود و قابلیت اطمینان را بالا می‌برد.

جی‌تی13ئی2

سامانه احتراق جی‌تی۱۳ئی۲ بر اساس یک محفظه احتراق حلقوی با ۷۲ مشعل ئی‌وی (احتراق رقیق و پیش اختلاط) در ۴ ردیف حول توربین طراحی شده‌است. آرایش متقارن مشعل‌ها موجب یکنواخت و همگن شدن توزیع دما در ورودی توربین می‌شود. به علاوه بزرگ بودن محفظه، موجب بالا رفتن قابلیت اطمینان سوزش و احتراق بسیار پایدار می‌گردد و دیگر به لوله‌های اتصال بین محفظه‌ها و قطعات ترنزیشن جداگانه نیست. محفظه احتراق جی‌تی۱۳ئی۲ با عمر بالا و دسترسی آسان طراحی شده و هزینه‌های نگهداری را کاهش می‌دهد. امروز بیش از ۲۵ سال از تولد جی‌تی۱۳ئی۲ می‌گذرد و این تاریخچه نشان می‌دهد که انعطاف در کارکرد ماشین مستلزم بازدهی بالا در بار جزئی و آلایندگی پایین در تمام دورها می‌باشد. پراکندگی واحدهای جی‌تی۱۳ئی۲ در جهان در شکل زیر نشان داده شده‌است (تا سال ۲۰۱۳).

جی‌تی13ئی2

در شکل زیر عملکرد ماشین جی‌تی۱۳ئی۲ با ماشین‌های هم کلاس خود یعنی کلاس ئی مقایسه شده‌است.

جی‌تی13ئی2

در بین سال‌های ۲۰۰۲ تا ۲۰۰۵ ضمن تولید ویرایش اِم‌اِکس‌اِل در طراحی پره‌های توربین و کمپرسور، شرکت آلستوم برای اولین بار طرح تغییر مود کاری ماشین را به بازار معرفی کرد. در این طرح کاربران می‌توانند ماشین را در حالت عملکرد بهینه یا حالت هزینه نگهداری بهینه بکار گیرند. این طرح بعدها در ماشین‌های دیگر آلستوم هم بکار گرفته شد. بین سال‌های ۲۰۰۵ تا ۲۰۱۰ هم ویرایش‌های ارتقاء یافته دیگری با اصلاحات جزئی عرضه شدند که امروزه نمونه ۱۸۴ مگاواتی از این خانواده با عنوان ویرایش ۲۰۰۵ هنوز به فروش می‌رسد.

آلستوم از سال ۲۰۱۲ دو پیکر‌بندی جدید را به بازار معرفی کرد. در این زمان، نمونه ۲۰۲ مگاواتی آلستوم به نام جی‌تی۱۳ئی۲ اِم‌اِکس‌اِل۲ معرفی شد. در واقع می‌توان تمام ماشین‌های جی‌تی۱۳ئی۲ موجود را به این ویرایش که بر اساس کارکرد در سیکل ترکیبی و بار پایه طراحی شده‌است، ارتقاء داد. در همین زمان، پیکر‌بندی دیگر به نام ویرایش ۲۰۱۲ برای بازار سیکل ساده و سیکل ترکیبی فصلی به بازار عرضه شد. روند توسعه این خانواده ماشین‌ها در شکل زیر نمایش داده شده‌است.

جی‌تی13ئی2

اِم‌اِکس‌اِل۲ بر اساس ارتقاء ویرایش ۲۰۰۵ می‌باشد که پره‌های کمپرسور و توربین برای بازدهی و عمر بالاتر بهینه شده‌اند. تعداد طبقات کمپرسور همان ۲۱ طبقه می‌باشد، ولی پروفیل پره‌ها به روش کنترل دیفیوژن طراحی شده‌اند. این طراحی موجب بالا رفتن بازدهی و حاشیه سرج می‌شود. پره‌های توربین این محصول بر اساس فناوری کلاس اِف آلستوم (جی‌تی۲۴/جی‌تی۲۶) طراحی شده‌اند. اصلاحات آیرودینامیک، خنک‌کاری، کاهش نشتی‌ها و جریان‌های ثانویه از دلایل اصلی بالا رفتن بازدهی توربین این ماشین هستند. با بهره‌گیری از فناوری کلاس اِف در دماهای نسبتاً پایین‌تر توربین‌های کلاس ئی باعث افزایش عمر قطعات داغ شده‌است. در شکل زیر تطابق خوب بین تحلیل‌های طراحی و نتایج تجربی رنگ حرارتی در توربین مشاهده می‌شود.

در پیکربندی ۲۰۱۲ از کمپرسور کم‌فشار جی‌تی۲۶ و همان توربین ویرایش ۲۰۰۵ استفاده شده‌است. در کمپرسور از سه ردیف پره هادی متغیر برای بهبود عملکرد در بار جزئی و شرایط محیطی سرد بهره گرفته شده‌است. این ویرایش را نمی‌توان بر روی ماشین‌های موجود پیاده کرد، چرا که این سه ردیف پره هادی، پوسته مخصوص به خود را دارند و قطر روتور آن‌ها متفاوت است. فناوری‌های منحصر به فرد احتراق آلستوم بر اساس شعله‌های پایدار شده توسط گردابه‌های جریان با بهره‌گیری از مشعل‌های ئی‌وی و اِس‌ئی‌وی باز هم ارتقاء یافته‌اند و به مشعل‌های ئی‌وی (اِی‌ئی‌وی) در تمام پیکر‌بندی‌های جی‌تی۱۳ئی۲ رسیده‌اند. این فناوری‌های پیشرفته موجب عملکرد بهتر، عمر بالاتر و تطابق با قوانین سرسخت زیستی شده‌اند.

سه محصول فعلی آلستوم در جدول زیر معرفی شده‌است:

سه محصول

از جمله خصوصیات برجسته محصولات جی‌تی۱۳ئی۲ می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

  • توان خروجی و بازدهی
  • بازدهی بالا در بار جزئی سیکل ساده و سیکل ترکیبی
  • عملکرد مناسب در دماهای محیطی بالا و پایین
  • افزایش عمر
  • آلایندگی کمتر
  • انعطاف در سوخت
  • تغییر سوخت به صورت برخط
  • استارت سریع
  • بهبود تعمیر و نگهداری
  • بهره‌گیری از گزینه‌های تقویت توان مانند پاشش آب در ورودی
منابع:

G. Gnadig, 1996, The Gas Turbine Family GT13E and GT13E2 Provides Reliable Power for Asia, The American -Society of Mechanical Engineering.

 Russia Power 2013 –

مسیر توسعه ماشین مرگ‌ناپذیر تاریخ با امضای آلستوم (بخش دوم)

مسیر توسعه ماشین مرگ‌ناپذیر تاریخ با امضای آلستوم (بخش سوم)

دیدگاه بگذارید

avatar
  مشترک شدن  
اطلاع رسانی