تلاش متخصصان کشور برای افزایش توان و بهبود عملکرد توربین گاز ۴ مگاواتی

به گزارش "برق نيوز"  توربین گازی فناوری پیشرفته‌ای است که سهم عمده‌ای از تولید برق برای مصارف صنعتی و خانگی در کشور را بر عهده دارد. این فناوری از اصول کارکرد موتورهای هواپیماهای جت استفاده کرده و یکی از حساسترین بخش‌های آن واحد تولید قدرت یا توربین آن است که دمای بسیار بالا و تنش‌های سنگین مکانیکی را تحمل می‌کند.

متخصصین یکی از واحدهای فناور مستقر در مرکز رشد دانشگاه صنعتی شریف تلاش کردند تا با اعمال تغییرات فنی گسترده در یک توربین گازی کلاس ۴ مگاوات دمای گاز خروجی از محفظه احتراق را که به بخش توربین وارد می‌شود، از ۱۶۰۰ درجه فارنهایت به ۱۶۶۰ درجه فارنهایت افزایش داده تا توان تولیدی نیز به میزان ۱۵ درصد افزایش یابد.

تنها کمی اضافه‌تر کردن سوخت و تغییر نسبت سوخت به هوا می‌تواند به راحتی ۶۰ درجه دمای محفظه احتراق را بالا ببرد، اما این تمام ماجرا نیست. داغ‌تر شدن موتور نیازمند خنک کاری بهتری است تا سایر قطعات دچار آسیب نشوند، بنابر این مهندسان، با طراحی مجدد مسیرهای خنک‌کاری محفظه احتراق، میزان سهم هوای تخصیص یافته به منظور خنک‌کاری قطعات حساس را بیشتر کردند. علاوه بر این جنس قطعات داغ توربین گاز از ماده A-286 به سوپر آلیاژ IN-718 تغییر کرد تا از لحاظ عمر گسیختگی، مقاومت در برابر خستگی و خواص استحکامی مقاوم‌تر شود.

بنا به گفته مسؤولین پروژه به علت حضور آلیاژهای نیوبیومو مقدار بیشترکروم، قطعات از استحکام و مقاومت به‌خوردگی بالاتری نسبت به نمونه قبلی برخوردارند.

همچنین در پره‌های ناحیه داغ، جایگزینی آلیاژ پایه نیکل IN-713C با آلیاژ هم‌خانواده IN-738LC باعث ارتقای خواص مواد از لحاظ خواص گسیختگی و کششی و مقاومت بیشتر در برابر خستگی، خزش، سولفیداسیون و خوردگی شده است. چنین تغییراتی موجب شد تا مهندسان با توجه به تغییر دمای کاری و جنس قطعات ناحیه داغ به تنظیم فواصل جدید پره‌ها با سطوح مجاور بپردازند که این کار با استفاده از نرم‌افزارهای عددی و محاسبه تغییر شرایط انبساطی قطعات انجام شده و در مونتاژ توربین ارتقاء یافته اعمال می‌شود.

کمپرسور بخشی است که در ابتدای توربین گاز و پیش از محفظه احتراق نصب می‌شود، به همین دلیل این بخش در دمای کمتری کار می‌کند. هر چند دمای پایین کار مهندسان را به نظر ساده‌تر می‌کند، اما آن‌ها باید برای ارتقای این بخش با چالش‌های دیگری از جمله خوردگی مقابله کنند. بدین منظور متخصصین اقدام به تغییر آلیاژهای این قسمت و محافظت دیسک‌ها و پره‌های کمپرسور با پوشش Sermetel-W کردند تا مقاومت این قطعات به‌خوردگی را افزایش دهند.

بنا به گفته مسؤولین پروژه، این افزایش مقاومت به‌خوردگی علاوه بر افزایش عمر کاری قطعات، می‌تواند فواصل زمانی لازم برای بازرسی و یا تعویض آن‌ها را بیشتر کرده و در نتیجه باعث کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری توربین شود.

بر اساس این گزارش، پروژه بومی‌سازی دانش فنی و ساخت توربین گاز ارتقاء یافته که با همکاری یکی از واحدهای فناور مستقر در مرکز رشد دانشگاه صنعتی شریف در حال اجراست، به سفارش شرکت ملی مناطق نفت‌خیز انجام می‌شود. در این پروژه واحد فناور دانشگاه صنعتی شریف مسؤولیت و وظیفه انجام تحلیل‌های مهندسی شامل محاسبات و تحلیل سیکل و عملکرد موتور و همچنین سیستم کنترل آن، تحلیل‌های آیرودینامیک و ترمودینامیک مجموعه کمپرسور و توربین، محاسبات و تحلیل جریان سرد و گرم در محفظه احتراق، تحلیل‌های مربوط به مواد و پوشش‌دهی و محاسبات انتقال حرارت و همچنین تحلیل‌های مکانیک و ارتعاشات مجموعه روتور و قطعات ثابت را بر عهده دارد.

با انجام موفقیت‌آمیز این پروژه، برای نخستین بار در کشور فرآیند ارتقاء تا ساخت کامل توربین گاز کلاس 4 مگا‌وات با افزایش توان 500 اسب بخار انجام می‌گیرد.