آشنایی با توربین های گازی V94.2 شرکت مهندسی و ساخت توربین مپنا – توگا

لئوناردو داوینچی در سال ۱۵۵۰  از توربین هوای داغ را برای به حرکت در آوردن و چرخاندن گوشت برای بریان کردن آن استفاده کرد.

اولین طرح توربین گازی مشابه توربین های گازی امروزی در سال ۱۷۹۱ به وسیله جان باربر “John Barber” پایه گذاری شد. او اختراع عبور هر گونه سیال اعم از گاز یا مایع از توربین بخار که دارای انرژی پتانسیل باشد را به ثبت رسانید. وی اینگونه مطرح نمود که مخلوط گاز کک (که در اثر گرم کردن ذغال سنگ به وجود می‌آید) با هوای فشرده شده پس از احتراق با سرعت زیاد جت مانند به پره‌های یک توربین شعاعی برخورد نموده و محور آن را به حرکت در می‌آورد.

در سال ۱۹۱۳ نیکلا تسلا، اختراع توربین بدون پره را به ثبت رساند.

اولین دستگاه توربین گازی در سال ۱۹۳۳ توسط Brown Boveri در یک کارخانه فولاد ریزی در کشور آلمان نصب شده و مورد بهره برداری قرار گرفت. مدل دیگری تحت عنوان توربین گازی Neuchâtel از این نوع توربین بین سالهای ۱۹۸۸ تا ۲۰۰۲ مورد بهره برداری قرار گرفت!

از حدود ۷۰ سال قبل توربین های گازی جهت تولید برق مورد استفاده قرار می گرفته اند، اما در بیست سال اخیر تولید این نوع توربین ها بیست برابر افزایش یافته است.

در سال ۱۹۷۰ تقاضا به منظور نصب توربینهای گازی با توان بالاتر افزایش یافت. شرکت زیمنس نیز با توجه به این تقاضا و دستیابی به بازار جهانی توربینهای Heavy Duty توسعه یافته، تولید توربینهای V-type را در دستور کار قرار داد. مبنای اصلی این توربین موتور جتی است که در جنگ جهانی دوم بر روی هواپیماهای جنگنده مورد استفاده قرار می گرفت.

یعنی همان مسیری که رقیب زیمنس، یعنی General Electric در پیش گرفته بود، که خلاصه آن در اینفوگرافیک زیر آمده است:

اولین توربین ۵۰ هرتز V94.2 زیمنس در سال ۱۹۸۱ در شهر Walheim آلمان نصب و راه اندازی شد. مدل ۶۰ هرتز همین توربین (V84.2) نیز در سال ۱۹۸۹ در Hydro آمریکا مورد بهره برداری قرار گرفت.

کد V94.2 مطابق سیستم قدیمی شرکت زیمنس بوده است:

در کد گذاری جدید این شرکت تمام محصولات با حرف S ابتدای کلمه Siemens شروع می شوند، برای مثال:

• SGT = Siemens Gas Turbines
• STC = Siemens Turbo Compressors
• SST = Siemens Steam Turbines
• SGen = Siemens Generators
• SFC = Siemens Fuel Cells

بنابراین مطابق سیستم جدید، این مدل توربین بدین صورت نامگذاری می شود:

• V94.2.3 = SGT5 2000E (3)
• V94.2.5= SGT5 2000E (5)

• نیروگاه های سیکل ساده توربین گازی برای تولید توان الکتریکی
• نیروگاه های سیکل ترکیبی یک محوره و چند محوره برای تولید توان الکتریکی و یا گرما ترکیبی (CHP)

در شکل زیر کاربرد توربین گازی (آیتم شماره ۲) در یک نیروگاه سیکل ترکیبی را نشان می دهد:

• گاز: گاز طبیعی
• مایع: سوخت های مایع حاصل از فراورده های نفتی سبک و تقطیر شده

• قابلیت استارت و بارگیری سریع بعلت داشتن روتور با پاسخ زمانی حرارتی بسیار کم
• راندمان بالا در طول کارکردهای متناوب بعلت داشتن اجزایی با قابلیت تحمل شرایط مختلف
• نصب راحت سیستم بویلر بازیاب به علت قرار داشتن اگزوز توربین بصورت افقی
• تعویض اکثر پره های ثابت و متحرک قسمت توربین در سایت بدون نیاز به جابجایی روتور
• بازرسی راحت و سریع تمام قطعات مسیر داغ توربین به علت داشتن دریچه های بازدید بزرگ و مناسب
• فراهم بودن فواصل بازرسی تعمیر و نگهداری طولانی به مدت۳۳۰۰۰ EOH

• کمپرسور ۱۶ مرحله ای با یک ردیف IGV قابل تنظیم
• دو محفظه احتراق سیلویی شکل متصل به توربین از طرفین با مجموعاً ۱۶ برنر
• بخش توربین ۴ مرحله ای
• پوسته های در معرض گاز داغ با روش جوشکاری تولید می شوند
• استفاده از تنها دو یاتاقان در ابتدا و انتهای روتور
• روتور توخالی، متشکل از تعدادی دیسک که توسط تای راد مرکزی بهم متصل شده اند
• اتصال توربین به ژنراتور از سمت خنک آن (کمپرسور) صورت می گیرد
• اگزوز محوری برای سهولت استفاده از توربین در سیکل ترکیبی
• قابلیت استارت سریع

• تعداد مرحله: ۱۶
• نسبت فشار: ۱۱.۷
• وجود پره های راهنمای ورودی قابل تنظیم (تثبیت دمای گاز خروجی در بالاتر از ۵۰ درصد بار پایه)
• وجود ۲ خط Blow off در مرحله ۵ و خط دیگر در مرحله ۱۰ (تامین عملکرد پایدار به هنگام راه اندازی توربین و جلوگیری از ناپایداری کمپرسور)

• تعداد مراحل: ۴
• جنس پره ها: آلیاژ های دما بالای پایه نیکل جهت تحمل تنشهای مکانیکی و حرارتی زیاد
• پوشش پره های ساکن و دوار ۳ مرحله توربین
• خنک کاری قسمتهای مختلف توربین گاز

1. محدودیت تحمل دمای پره های ثابت و متحرک توربین > نیاز به خنک کاری مناسب پره های توربین
2. نوع خنک کنندگی: خنک کاری با استفاده از هوای کمپرسور
3. اجزای داغ خنک شونده: پره های ثابت توربین + پره های متحرک توربین

توربین بخار مدل E یک توربین فشار متوسط (IP) و فشار پایین (LP) است که تحت لیسانس زیمنس توسط توگا تولید می‌شود. این توربین دارای یک پوسته و جریان بخار یک طرفه با روتور یک‌پارچه است و به منظور استفاده در سیکل‌های ترکیبی طراحی شده است، اگرچه قابلیت استفاده در سیکل ساده بخار را نیز دارد.

نوع خاص E 30-16-1*6.3 آن به عنوان نمونه، از ۲۴ مرحله فشار متوسط تشکیل شده، بدین ترتیب که هر مرحله شامل یک ردیف پره ثابت و یک ردیف پره متحرک می‌باشد. این پره‌ها از نوع واکنشی یکنواخت هستند که مقطع پروفیل پره از ریشه آن تا تاج ثابت است. علاوه بر مراحل فشار متوسط، ۷ مرحله فشار پایین نیز وجود دارد که پره‌های ۴ مرحله اول آن از همان نوع واکنشی یکنواخت بوده ولی سه مرحله آخر به صورت پیچیده با مقطع متغیر است. این توربین می‌تواند برای توان‌های خروجی متفاوتی بسته به نیاز مشتری و شرایط ویژه محل نصب، طراحی شود.