سورین توربوماشین - در این نوشتار، خلاصه‌ای از ساختار استانداردهای موجود در زمینه‌ی توربین گاز و تست آن ارائه می‌شود.

استاندارد ASME PTC 22

استاندارد ASME PTC 22 که یک برنامه‌ی آزمون کارایی (Performance Test Code) یا PTC است، رویه‌هایی برای طرح‌ریزی، آماده‌سازی،‌ اجرا و گزارش‌گیری نتایج تست‌های کارایی گرمایی برای نیروگاه‌های توربین گازی سیکل باز و موتورهای توربین گاز ارائه می‌دهد. در واقع، انجمن مهندسان مكانیک آمريكا (ASME) یک روش واحد براي تعيين نقطه كاری كنونی ارائه كرده است.

اين تست‌ها منجر به تعيين دقیق شرايط كنونی توربين گاز مي‌شوند، ولی هيچ‌گونه تحليلی در مورد علل افت‌هاي عملكردی و همچنين روش‌های جبران آنها ارائه نمی‌دهند.

بخش‌های اصلی این استاندارد عبارت‌اند از:

• ابزارهای اندازه‌گیری و روش‌های اندازه‌گیری
• محاسبات نتایج
• نیازمندی‌های گزارش تست
• محاسبات عدم قطعیت

این استاندارد، رویه‌های روشنی برای تعیین نتایج عملکردی زیر فراهم می‌کند:

• توان خروجی تصحیح‌شده
• نرخ گرمایی تصحیح‌شده (راندمان)
• جریان خروجی، انرژی، و دمای تصحیح‌شده
• به طور کلی، اهداف اصلی این استاندارد، عبارت‌اند از:
• تعيين مشخصات عملكردی توربين گاز در وضعیت کنونی (در نقطه تست) با توجه به محاسبات صورت گرفته بر مبنای اندازه‌گيری‌هاي ميدانی؛
• تعيين عملكرد مورد انتظار توربين گاز (در نقطه تست) بر پایه‌ی منحنی‌های تصحيح توربين گاز و مقايسه آن با عملكرد کنونی توربين.

در واقع، همچنان‌كه در مقدمه‌ی این استاندارد آمده است، وظيفه اين استاندارد تعيين ميزان انحراف از شرايط عملكرد بهينه است و پيش‌بينی دلايل رخداد آن به عهده‌ی يك تیم کارآزموده می‌باشد.

نوشتار مرتبط: مروری بر تست جامع موتورهای جت / نقش فناوری‌های پیشرفته اندازه‌گیری و داده‌برداری در آزمایش موتورهای هوایی

توربین‌های گاز زیمنس (SIEMENS)

استاندارد ISO 2314

استاندارد ISO 2314 برای نیروگاه‌های توربین گازی سیکل باز است که از سیستم‌های احتراق سوخت گاز و/یا مایع استفاده می‌کنند. همچنین، این استاندارد برای نیروگاه‌های توربین گاز سیکل بسته و شبه ‌سیکل بسته نیز به کار می‌رود. از این استاندارد در زمینه‌ی نیروگاه‌های سیکل ترکیبی نیز می‌توان استفاده کرد.

همچنین در این استاندارد در زمینه‌ی تست پذیرش توربین‌های گازی به همراه ابزارهای کنترل آلایندگی و تقویت توان مباحثی ارائه می‌دهد.

مطالب مربوط به تست‌های مقایسه‌ای نیز در این استاندارد پوشش داده می‌شود.

استاندارد ISO 2314 همچنین دربرگیرنده‌ی رویه‌هایی برای تعیین پارامترهای عملکردی زیر است. این پارامترها نسبت به شرایط مرجع، تصحیح‌ شده‌اند.

• توان خروجی الکتریکی یا مکانیکی؛
• بازده گرمایی یا نرخ گرمایی؛
• انرژی گازهای خروجی توربین.

این استاندارد، در رابطه با روش‌های اندازه‌گیری و ابزارهای متناظر با آن و کالیبراسیون آن‌ها مطالبی ارائه می‌دهد و شامل شروط و قوانینی برای آماده‌سازی و هدایت یک آزمون کارایی می‌باشد.

چارچوب استاندارد ISO 2314 شامل بخش‌های اصلی زیر است:

• آماده‌سازی برای تست
• هدایت تست
• محاسبات نتایج
• گزارش تست

محاسبات عدم قطعیت نیز یکی از بخش‌های استاندارد ISO 2314 است.

استاندارد ISO 2314 دارای یک نسخه‌ی جدید است که نسخه‌ی جدیدتر، ملزومات سخت‌گیرانه‌تری به‌ویژه در زمینه‌ی بیشینه‌ی عدم قطعیت مجاز اندازه‌گیری نسبت به نسخه‌ی پیشین دارد. نسخه‌ی پیشین استاندارد ISO 2314 مربوط به سال 1989 می‌باشد. این نسخه‌ی قدیمی‌تر با عنوان استاندارد BS 3135 نیز شناخته می‌شود.

استاندارد API 616

استاندارد API 616 حداقل نیازمندی‌ها برای واحدهای توربین گاز را پوشش می‌دهد. همه‌ی تجهیزات جانبی برای عملیات، راه‌اندازی و کنترل توربین گاز نیز در این استاندارد توضیح داده می‌شود. این استاندارد بخش‌های اصلی زیر را شامل می‌شود:

• طراحی پایه
• متعلقات توربین گاز
• بازبینی، تست و آماده‌سازی برای حمل
• داده‌های فروشنده

استاندارد API 616 بیشتر در رابطه با اجزا و متعلقات توربین گاز مطالبی ارائه می‌دهد. بخش کوتاهی از این استاندارد نیز الزاماتی در رابطه با تست کارکرد مکانیکی ارائه می‌دهد. همچنین گفتنی است که این استاندارد در زمینه‌ی تست عملکرد به استاندارد ASME PTC-1, 22 ارجاع داده است.

رویه‌ی عمومی تست کارایی توربین گاز

همه‌ی توربین‌های مولد گاز (Gas Generator Turbine) و توربین‌های توان (Power Turbine) پس از تکمیل مونتاژ هسته‌ی موتور، تحت تست کارکرد مکانیکی در بستر تست موجود در کارگاه (Shop Test Bed) قرار می‌گیرند. این کار به منظور اطمینان از رفتار ارتعاشی، گستردگی دمای خروجی، قابلیت اطمینان کارکرد عمومی و کارایی گرمایی انجام می‌شود.

هدف اصلی تست کارایی، اعتبارسنجی توان خروجی و نرخ گرمایی در بار کامل (Full Load) می‌باشد.

توافقات استاندارد

در صورت ایجاد اختلاف میان قرارداد و استانداردهای گفته‌شده، معمولا ترتیب زیر بر اجرای تست کارایی حاکم می‌باشد:

۱- توافقات قرارداد

۲- رویه‌ی تست استاندارد

۳- دستورالعمل‌ها و استانداردها

گزارش تست

گزارش اولیه اندکی پس از انجام تست کارکرد مکانیکی آماده می‌شود و دربرگیرنده‌ی مقادیر اندازه‌گیری‌شده و مقادیر میانگین پارامترهای عملکردی است.

گزارش پایانی نیز، یک تا سه هفته پس از تست کارکرد مکانیکی ارائه می‌شود.

مرز تست

تأسیسات تست شامل تجهیزات سکوی تست است. این تجهیزات شامل اتاقک ورودی (Inlet Housing)، اتاقک خروجی و مجراها می‌باشد. مولد گاز، توربین توان و دیفیوزر واحد تست شده، درون سکوی تست نصب می‌شود. چارچوب پایه (Base Frame)، جعبه‌دنده یا گیربکس،‌ ژنراتور، تجهیزات کنترل، سیستم‌های الکتریکی و کمکی (همانند لوله‌های سوخت) که برای تست مورد نیاز هستند، جزیی از تجهیزات سکوی تست می‌باشند.

مجرای ورودی و خروجی و همچنین سیستم روغن‌کاری نیز به عنوان جزیی از سکوی تست به شمار می‌روند. تست با سوخت مایع انجام می‌شود.

نقاط اندازه‌گیری

برای ارزیابی عملکرد و کارایی، پارامترهای همچون شرایط هوای ورودی، توان خروجی الکتریکی، جریان سوخت، دماها و فشارها در چرخه‌ی توربین گاز توسط ابزارهای اندازه‌گیری با دقت بالا اندازه‌گیری می‌شود. افزون بر آن، نظارت و بررسی اندازه‌گیری‌ها انجام می‌شود.

اندازه‌گیری‌ها با به‌کارگیری ابزارهای دقیق تجهیزات تست به همراه ابزارهای استاندارد توربین گاز انجام می‌شود.

گردآوری داده‌ها

برای گردآوری و ذخیره داده‌های به دست آمده از ابزارهای اندازه‌گیری معمولا بسته‌ی نرم‌افزاری اختصاصی به کار می‌رود. همچنین داده‌ها از سیستم کنترل توربین گاز نیز گردآوری می‌شود. همه‌ی داده‌های عملکردی و ارتعاشی گردآوری شده‌، معمولا با نرخ 1 داده در هر 2 ثانیه ذخیره می‌شوند.

پروژه‌های مرتبط: طراحی و توسعه نرم‌افزارهای اندازه‌گیری و داده‌برداری با لب‌ویو (LabVIEW)

کنترل، اندازه‌گیری و مانیتورینگ توربین گاز زیمنس (SIEMENS)

کالیبراسیون

کالیبراسیون همه‌ی ابزارهای اندازه‌گیری بر پایه‌ی استانداردهای مرتبط انجام می‌شود. فواصل زمانی میان هر کالیبراسیون، یک بار در سال تعیین شده است. کالیبراسیون ابزارهای اندازه‌گیری می‌تواند توسط آزمایشگاه کالیبراسیون انجام شود و یا این که این کار توسط سایر آزمایشگاه‌های کالیبراسیون که الزامات استاندارد ISO 17025 را برآورده می‌کند، انجام شود.

اجرای تست

تست کارکرد مکانیکی در برگیرنده‌ی ۵ فعالیت زیر است:

۱- تست هرزگرد (Idle Test)

بررسی‌های زیر باید در طی دور گرفتن موتور و در دور هرزگرد انجام شود.

• راه‌اندازی و بررسی ترتیب راه‌اندازی
• بررسی رفتار شتاب و دماها در طول فرآیند راه‌اندازی
• بررسی دماهای روغن وارد شونده و خارج شونده از یاتاقان‌ها
• بررسی عمومی و دیداری کل واحد شامل سیستم‌های جانبی برای محکم‌بودن، ارتعاشات لوله‌ها، ‌نشتی و ...
• بررسی سیستم اندازه‌گیری و ابزارهای اندازه‌گیری

۲- تست کارایی گرمایی

تست عملکرد یا تست کارایی (Performance Test)، عملکرد و کارایی کلی توربین گاز را مشخص می‌کند. تست در بار پایه (Base Load) و سرعت نامی توربین توان انجام می‌شود. نتایج به شرایط مرجع استاندارد تصحیح می‌شود.

۳- تست ارتعاشی

اندازه‌گیری‌ها در طول کل تست کارکرد مکانیکی انجام می‌شود.

۴- تست کارکرد قابل اطمینان

قابلیت اطمینان کارکرد توربین گاز از طریق مدت زمان کل دوره‌ی تست به دست می‌آید. این مدت به همراه بازبینی عمومی و اندازه‌گیری‌ها در حدود ۲.۵ ساعت است.

۵- توقف تست

پس از کاهش بار تا حالت هرزگرد، واحد متوقف می‌شود.

شرایط باری

بار در طول فرآیند تست از 75 تا 100 درصد بار پایه تغییر می‌کند. مدت زمان انجام تست در 75% بار، 30 دقیقه است و مدت زمان انجام تست در 100% بار، 45 دقیقه است. در هر دو مرحله، خواندن از روی ابزارهای اندازه‌گیری نظارتی و همچنین ثبت دستی انجام می‌شود.

به همراه ثبت دستی در هر مرحله‌ی باری، یک بازبینی چشمی از کل واحد توربین گاز انجام می‌شود. پیش از تغییر بار برای مرحله‌ی باری بعدی، یک بررسی از مقادیر ثبت شده توسط مهندس تست انجام می‌شود.

سرعت توربین توان در تمام طول تست، به اندازه‌ی 100 درصد سرعت نامی است.

مدت زمان تست

مدت زمان کلی تست در حدود ۲.۵ ساعت است. هنگام رسیدن به بار پایه، یک دوره‌ی پایدارسازی به مدت 30 دقیقه سپری می‌شود تا این اطمینان به دست آید که هم سیستم‌های اندازه‌گیری و هم توربین گاز در شرایط پایا قرار دارند. ارزیابی عملکردی توربین گاز بر پایه‌‌ی 15 دقیقه‌ی پایانی دوره‌ی 100% بار انجام می‌شود.

نوشتارهای مرتبط:

• استانداردهای طراحی، ساخت، تأمین و تست توربین‌های گاز
• ارائه سیستم‌های اندازه‌گیری و داده‌برداری برای تست توربین گاز و تجهیزات دوار
• تست عملکرد یا کارکرد سیستم‌های جانبی توربین گاز، از جمله سیستم روغن‌کاری

• طراحی و ساخت تست سل میکروتوربین
• ساخت تونل باد کسکید توربین و کمپرسور
• تست و اندازه‌گیری پارامترهای دبی و فشار توربین گاز جی‌ئی فریم ۹ و زیمنس V۹۴.۲
• سنسورگذاری و روش اندازه‌گیری برای تست‌ عملکردی و مکانیکی توربین گاز زیمنس SGT-۶۰۰