एयरो-डिवर्सिव गैस टर्बाइन प्रौद्योगिकी का विकास

राजनीतिक, सैन्य और आर्थिक कारकों से प्रभावित होने पर भी, विमान इंजन प्रौद्योगिकी का विकास गैस टर्बाइनों की तुलना में तेज होता है। गैस टर्बाइन और विमान इंजन में बहुत सारे तकनीकी समानताएं होती हैं, जो डिजाइन प्रणाली, निर्माण प्रणाली, कौशल प्रणाली और परीक्षण प्रणाली में साझा की जा सकती हैं। इसलिए, गैस टर्बाइन की बड़ी बाजार मांग और स्पष्ट अनुप्रयोग फायदों के आधार पर, उच्च-प्रदर्शन और परिपक्व विमान इंजनों और अग्रणी औद्योगिक प्रौद्योगिकियों और डिजाइन विधियों का उपयोग करके गैस टर्बाइनों को विकसित करना उद्योग की सामान्य सहमति बन चुका है। विमान इंजन प्रौद्योगिकी को गैस टर्बाइनों में स्थानांतरित करने के दो तरीके हैं, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है: एक तरीका यह है कि परिपक्व विमान इंजनों को सीधे संशोधित और व्युत्पन्न करके विमान-व्युत्पन्न गैस टर्बाइन बनाएं; दूसरा तरीका यह है कि विमान इंजन प्रौद्योगिकी को भारी गैस टर्बाइनों में प्रतिस्थापित करें और अगली पीढ़ी की भारी गैस टर्बाइनों का अनुसंधान और विकास करें।

विमान-व्युत्पन्न गैस टर्बाइनों का विकास इतिहास

विमान इंजन प्रौद्योगिकी और उन्नत चक्र प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, एयरो-डिवेर्सिव गैस टर्बाइन की तकनीकी विकास प्रक्रिया ने तकनीकी अन्वेषण चरण, तकनीकी विकास चरण और उन्नत चक्र अनुप्रयोग चरण को पार किया है, जिससे एयरो-डिवेर्सिव गैस टर्बाइन का विकास सरल संशोधन से उच्च-प्रदर्शन कोर इंजन ऑप्टिमाइज़ेशन डिजाइन तक, सरल चक्र से जटिल चक्र अनुप्रयोग तक, और विमान इंजन के परिपक्व डिजाइन प्रणाली और सामग्री प्रणाली को नवीन घटकों के डिजाइन और नई सामग्रियों के अनुप्रयोग में बदलने का मार्ग प्रदान किया है, जिससे एयरो-डिवेर्सिव गैस टर्बाइन के डिजाइन स्तर, प्रदर्शन, विश्वसनीयता और जीवन काल में महत्वपूर्ण विकास हुआ है।

तकनीकी अन्वेषण चरण

1943 में, दुनिया का पहला एयरो-डेरिवेटिव गैस टर्बाइन सफलतापूर्वक विकसित किया गया। उसके बाद, रोल्स-रॉयस, GE और प्रैट एंड व्हिटनी ने परिपक्व हवाई जहाज़ इंजन के संशोधनों पर आधारित पहली बैच के एयरो-डेरिवेटिव गैस टर्बाइन का डिज़ाइन किया, जिसमें औद्योगिक एवन, औद्योगिक ओलंपस, स्पेय गैस टर्बाइन, LM1500 और FT4 शामिल थे। इस चरण में, एयरो-डेरिवेटिव गैस टर्बाइन का तकनीकी पहलू अन्वेषणात्मक काल में था। इसकी संरचना ने सीधे हवाई जहाज़ इंजन के कोर को अपनाया, और उपयुक्त पावर टर्बाइन को सम्मिलित करके आउटपुट पावर प्राप्त किया; मशीन का समग्र प्रदर्शन उच्च नहीं था, और चक्र की दक्षता आमतौर पर 30% से कम थी; टर्बाइन से पहले प्रारंभिक तापमान 1000 से कम था ℃ , और दबाव अनुपात 4 से 10 था; कम्प्रेसर आमतौर पर उपसोनिक था; टर्बाइन के ब्लेड सरल हवा संकलन प्रौद्योगिकी का उपयोग करते थे; जिस सामग्री का उपयोग किया गया था वह प्रारंभिक उच्च-तापमान एल्युमिनियम था; नियंत्रण प्रणाली आमतौर पर मैकेनिकल हाइड्रॉलिक या एनालॉग इलेक्ट्रॉनिक अधिशोधन प्रणाली का उपयोग करती थी।

प्रौद्योगिकी विकास चरण

एयरोइंजन के परिपक्व अनुप्रयोग के साथ, उच्च-प्रदर्शन और उच्च-विश्वसनीयता वाले मूल यांत्रिकी और नवीन डिजाइन प्रौद्योगिकियों को एयरोडेरिवेटिव गैस टर्बाइन के तेजी से विकास के लिए प्रदान किया गया है। उसी समय, यूनाइटेड किंगडम, संयुक्त राज्य अमेरिका और अन्य देशों की नौसेनाओं के लिए उन्नत एयरोडेरिवेटिव गैस टर्बाइन की मांग ने भी एक विस्तृत अनुप्रयोग वाली मंच प्रदान की है, जिससे एयरोडेरिवेटिव गैस टर्बाइन का तेजी से विकास हुआ है और उनके प्रदर्शन में महत्वपूर्ण सुधार हुआ है। उच्च प्रदर्शन और विश्वसनीयता वाली एयरोडेरिवेटिव गैस टर्बाइन की श्रृंखला जारी की गई है। जैसे: LM2500 श्रृंखला, औद्योगिक ट्रेंट, FT4000 और MT30 आदि, जो जहाज़ की शक्ति, बिजली उत्पादन और अन्य क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग में लाए जाते हैं।

तकनीकी विकास के प्रारंभिक चरण में, एयरो-डेरिवेटिव गैस टर्बाइन के गर्म सिरे के घटक आमतौर पर उपरी धातुओं और सुरक्षा कोटिंग का उपयोग करते हैं ताकि तापमान प्रतिरोध को बढ़ाया जा सके, और अग्रणी हवा कühl तकनीक और कम प्रदूषण दहन तकनीक का अनुप्रयोग किया जाता है; टर्बाइन से पहले प्रारंभिक तापमान 1400 सेल्सियस पहुंच जाता है ° बिजली की कapasit 40-50MW पहुंच सकती है, एकल इकाई की ऊष्मीय दक्षता 40% से अधिक हो जाती है, और संयुक्त चक्र दक्षता 60% तक पहुंच सकती है; डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल सिस्टम का उपयोग किया जाता है, और कंट्रोल सटीकता और कंट्रोल कार्यक्षमता में महत्वपूर्ण सुधार हुआ है।

अग्रणी चक्रों का अनुप्रयोग करें

जैसे ही एयरोडेरिवेटिव गैस टर्बाइन के उच्च प्रदर्शन की मांग, विशेष रूप से ईंधन खपत, आउटपुट शक्ति और अन्य संकेतकों में बढ़ोतरी होती है, तब उन्नत चक्र एयरोडेरिवेटिव गैस टर्बाइनों को व्यापक इंजीनियरिंग अभ्यास में प्राप्त किया गया है। गैस टर्बाइन थर्मल चक्र के आधार पर एक इंटरकूलिंग या इंटरकूल्ड हीट रिकवरी चक्र जोड़ने से एयरोडेरिवेटिव गैस टर्बाइन की आउटपुट शक्ति और कम संचालन स्थिति प्रदर्शन में महत्वपूर्ण सुधार हो सकता है। उदाहरण के लिए, LMS100 इंटरकूल्ड गैस टर्बाइन का शक्ति स्तर 100MW तक पहुंच जाता है और दक्षता 46% तक हो सकती है। कम संचालन स्थितियों पर WR21 इंटरकूलिंग रिकपरेशन गैस टर्बाइन की थर्मल दक्षता एक साधारण चक्र गैस टर्बाइन की तुलना में बहुत अधिक होती है। जहाज की शक्ति के रूप में, यह जहाज की अर्थव्यवस्था और युद्ध त्रिज्या में महत्वपूर्ण सुधार करता है।

अंतरांगिक शीतलन या अंतरांगिक ऊष्मा पुनःप्राप्ति चक्रों का उपयोग करने वाले उन्नत साइकल एयरोडेरिवेटिव गैस टर्बाइनों की आउटपुट पावर में बहुत बढ़ोतरी हुई है, और सभी संचालन प्रतिबंधों में थर्मल दक्षता में सुधार हुआ है। उदाहरण के लिए, पावर स्तर 100MW तक पहुंच सकता है, और डिजाइन पॉइंट पर थर्मल दक्षता अधिक से अधिक 46% है; कम संचालन प्रतिबंध की प्रदर्शन में महत्वपूर्ण सुधार हुआ है, 50% भार पर थर्मल दक्षता 40% तक पहुंच सकती है; अंतरांगिक शीतलन उच्च-दबाव संपीड़क की विशिष्ट पावर को कम करता है, और पूरे मशीन का डिजाइन दबाव अनुपात 40 से अधिक हो सकता है।

तकनीकी विकास मॉडल

विकास इतिहास को देखने पर, एयरो-डेरिवेटिव गैस टर्बाइनों में परंपरागत विकास, श्रृंखला विकास, उन्नत साइकल तकनीक का अपनाना और संयुक्त चक्र मोड का अनुप्रयोग जैसी तकनीकी विकास मॉडल हैं।

परंपरागत विकास

परिवार विकास एक ही विमान इंजन के आधार पर गैस टर्बाइनों का विकास है, जो विभिन्न प्रकार और शक्ति स्तरों के होते हैं, जो पूरी तरह से विमान-उपजीवित गैस टर्बाइनों के लक्षणों को प्रतिबिंबित करता है: "एक मशीन को आधार के रूप में, अनेकों उपयोगों को पूरा करने के लिए, चक्रों की बचत, लागत कम करने, अनेक प्रकार उत्पन्न करने, और एक स्पेक्ट्रम बनाने के लिए।"

CF6-80C2 विमान इंजन को उदाहरण के रूप में लें, LM6000 गैस टर्बाइन CF6-80C2 के कोर इंजन का सीधा उपयोग करती है और निम्न-दबाव टर्बाइन की अधिकतम व्यापकता बनाए रखती है; LMS100 CF6-80C2 की कोर इंजन प्रौद्योगिकी को वंचित करती है, F-वर्ग की भारी गैस टर्बाइन प्रौद्योगिकी और इंटरकूलिंग प्रौद्योगिकी को जोड़ती है, और 100MW की शक्ति है; MS9001G/H CF6-80C2 विमान इंजन की परिपक्व प्रौद्योगिकी का पूर्णतः उपयोग करती है, और भारी गैस टर्बाइन प्रौद्योगिकी के साथ जोड़ने के माध्यम से टर्बाइन से पहले तापमान को 1287 ℃ F-वर्ग से 1430 तक बढ़ा देती है ℃ , और पावर 282MW पहुंच जाती है। तीन प्रकार के गैस टर्बाइनों के सफल विकास ने CF6-80C2 विमान इंजन के विमान-आधारित विकास को "एक मशीन के साथ विभिन्न प्रकार, विभिन्न प्रकार और शक्तियों के गैस टर्बाइनों का विकास" प्राप्त करने की समर्थता प्रदान की है।

श्रृंखला विकास

श्रृंखला के विकास का उद्देश्य सतत अपग्रेड और सुधार करना है, एक सफल गैस टर्बाइन के आधार पर प्रदर्शन में सुधार करना और उत्सर्जन कम करना, ताकि एयरो-डेरिवेटिव गैस टर्बाइन का श्रृंखला विकास प्राप्त हो, जिसमें LM2500 श्रृंखला सबसे प्रतीकात्मक है, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। LM2500 गैस टर्बाइन मुख्य इंजन TF39/CF6-6 का कोर इंजन उपयोग करती है, और मुख्य इंजन के निम्न दबाव वाले टर्बाइन को एक पावर टर्बाइन में बदल देती है; LM2500+ गैस टर्बाइन LM2500 गैस टर्बाइन के संपीड़क के सामने एक स्टेज जोड़ती है, ताकि हवा के द्रव्यमान प्रवाह और आउटपुट शक्ति में सुधार किया जा सके; LM2500+G4 LM2500+ के आधार पर संपीड़क ब्लेड प्रोफाइल को सुधारने और टर्बाइन के ठोस क्षेत्र को बढ़ाने से गैस टर्बाइन के हवा प्रवाह दर को बढ़ाती है, ताकि आउटपुट शक्ति को सतत रूप से सुधारने का उद्देश्य प्राप्त किया जा सके। LM2500 के श्रृंखला विकास के साथ, उत्पाद सतत रूप से अपग्रेड और सुधार किया जाता है, जिसकी शक्ति की सीमा 20 से 35MW है, और विश्वभर में उपकरणों की संख्या 1,000 से अधिक है, जिससे यह तारीख तक सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली मॉडल बन गई है।

विकास और उत्पादन की कठिनाई के कारण, सफल गैस टर्बाइन पर आधारित श्रृंखला विकास एक महत्वपूर्ण तकनीकी विकास मॉडल है जो विमान-उपजीवित गैस टर्बाइन के लिए है, जिसमें निरंतर अपग्रेड और सुधार किए जाते हैं, प्रदर्शन में सुधार किया जाता है और उत्सर्जन कम की जाती है। विमान-उपजीवित गैस टर्बाइन का श्रृंखला विकास परिवार विकास जैसा होता है, जो न केवल विकास चक्र को संक्षिप्त करता है, बल्कि बेहतर विश्वसनीयता और उन्नति को सुनिश्चित करता है, और डिज़ाइन, विकास, परीक्षण और निर्माण लागत को महत्वपूर्ण रूप से कम करता है।

दक्षता

कार्यक्षमता में सुधार का लक्ष्य पूरे मशीन के प्रदर्शन को निरंतर सुधारना है, विशेष रूप से पूरे मशीन की आउटपुट शक्ति और सभी संचालन प्रतिबंधों के तहत थर्मल कार्यक्षमता। मुख्य तरीके इस प्रकार हैं।

एक प्रमुख कारण है उन्नत चक्रों का अनुप्रयोग। उन्नत चक्रों के अनुप्रयोग से एरोडेरिवेटिव गैस टर्बाइन की प्रदर्शन क्षमता में सतत सुधार होता है, जैसे: रीहीट चक्र, स्टीम रीइन्जेक्शन चक्र, रासायनिक रिकवरी चक्र, गीला हवा चक्र, श्रृंखला गीला हवा अग्रणी टर्बाइन चक्र और कैलिना चक्र आदि। उन्नत चक्रों के अनुप्रयोग के बाद, एरोडेरिवेटिव गैस टर्बाइन इकाई की प्रदर्शन क्षमता में सुधार होता है, साथ ही पूरी इकाई की विद्युत और ऊष्मीय दक्षता में भी महत्वपूर्ण सुधार होता है और ऑक्साइड ऑफ़ नाइट्रोजन के उत्सर्जन में महत्वपूर्ण कमी आती है।

दूसरा उच्च-कार्यक्षमता घटक डिज़ाइन है। उच्च-कार्यक्षमता घटक डिज़ाइन में उच्च-कार्यक्षमता कंप्रेसर डिज़ाइन और उच्च-कार्यक्षमता टर्बाइन डिज़ाइन पर केंद्रित रहता है। उच्च-कार्यक्षमता कंप्रेसर डिज़ाइन ने कंप्रेसरों द्वारा सामना की गई तकनीकी कठिनाइयों को जारी रखना चाहिए, जैसे कि उच्च गति और उच्च कार्यक्षमता और कम गति और उच्च सर्ज बाउंडरी। चित्र 3 में दिखाया गया है कि टर्बाइनों का डिज़ाइन उच्च कार्यक्षमता, उच्च तापमान प्रतिरोध और लंबी आयु की ओर विकसित होता रहेगा।

तीसरा है कुशल हवा प्रणालियों का डिज़ाइन। कुशल हवा प्रणालियों के तकनीकी विकास दिशाएं शामिल हैं: रिसाव कम, सहनशील और कुशल फ़िटिंग तकनीकों का विकास, जैसे मधुमक्खी फ़िटिंग, पतली-पतझड़ फ़िटिंग, ब्रश फ़िटिंग और संयुक्त फ़िटिंग; हवा प्रवाह क्षमता में सुधार के लिए कुशल घर्षण कम करने वाली डिज़ाइन तकनीकें, जैसे घूर्णन कम करने वाली डिज़ाइन और प्रवाह कुशल नियंत्रित डिज़ाइन; अग्रणी प्री-घूर्णन डिज़ाइन तकनीकों का विकास, जैसे वायुगतिकी प्री-घूर्णन छेद डिज़ाइन और कैसकेड प्री-घूर्णन छेद डिज़ाइन; और हवा प्रणालियों की दृढ़ता और विश्वसनीयता में सुधार करने वाली अनिश्चितता मापन विश्लेषण विधियां, आदि।

निष्कर्ष

एयरो-डेरिवेटिव गैस टर्बाइन का उपयोग जहाज़ की शक्ति, बिजली, यांत्रिक परिवहन, अफ़्फ़्लेशियल तेल प्लेटफार्म, टैंक शक्ति और वितरित ऊर्जा में व्यापक रूप से किया जाता है। यह उनकी चौड़ी शक्ति श्रेणी, उच्च थर्मल दक्षता, अच्छी मैनिवरबिलिटी, लंबी आयु और उच्च विश्वसनीयता के कारण है। विमान इंजन प्रौद्योगिकी के तेजी से विकास और नए डिजाइन और प्रौद्योगिकियों के निरंतर अनुप्रयोग के साथ, एयरो-डेरिवेटिव गैस टर्बाइन उच्च दक्षता, कम कार्बनीकरण, नई गुणवत्ता और डिजिटल बुद्धिमत्ता की ओर तेजी से विकसित होंगी। एयरो-डेरिवेटिव गैस टर्बाइन के डिजाइन और निर्माण प्रौद्योगिकी में भी बड़ी प्रगति होगी, अर्थतंत्रिक रूप से, कम प्रदूषण उत्सर्जन, विश्वसनीयता और सुरक्षितता में धीरे-धीरे सुधार होगा और इसके अनुप्रयोग के भविष्य के विस्तार की संभावनाएं अवश्य ही अधिक होंगी।