Classe F, classe H, classe J, comprensione della classificazione delle turbine a gas

1. Conoscenze di base delle turbine a gas

Le turbine a gas sono composte principalmente da tre componenti principali: compressore, camera di combustione e turbina a gas. Il ciclo della turbina a gas è generalmente chiamato ciclo semplice. La maggior parte delle turbine a gas utilizza uno schema a ciclo semplice e solo le turbine a gas per impieghi gravosi utilizzano uno schema a ciclo combinato. A causa di diversi background storici, le turbine a gas si sono sviluppate in diversi percorsi tecnici. Le turbine a gas leggere aeroderivate industriali e marine (comunemente note come "macchine aeroderivate") sono formate modificando i motori degli aeromobili; le turbine a gas industriali per impieghi gravosi (comunemente note come "macchine industriali") sono sviluppate seguendo il concetto tradizionale di turbina a vapore, che sono principalmente utilizzate per azionamenti meccanici e grandi centrali elettriche.

Una turbina a gas può essere divisa in tre parti, da sinistra a destra: compressore (blu), camera di combustione (rossa) e turbina (gialla).

2. Classificazione delle turbine a gas

Ci sono decine di aziende impegnate nella ricerca, progettazione e produzione di turbine a gas nel mondo. Attualmente, le quattro aziende che hanno pienamente padroneggiato la tecnologia delle turbine a gas per impieghi gravosi sono la General Electric degli Stati Uniti, la Siemens della Germania, la Mitsubishi Heavy Industries del Giappone (che ha introdotto la tecnologia Westinghouse dagli Stati Uniti nei primi giorni) e l'Ansaldo dell'Italia. Secondo il signor Chen Xuewen, vicepresidente della Shanghai Electric Gas Turbine Co., Ltd., non è mai esistito uno standard internazionale per il livello di modello delle turbine a gas, e oggi sta diventando sempre più vago. L'autore può solo raccogliere opinioni da varie parti e riassumerle come segue:

1. in base alla temperatura di combustione della turbina a gas si divide (ogni 100 gradi è un livello):

Stati Uniti GE (introduzione elettrica Harbin): 1100℃ per la classe E, 1200℃ per la classe F, 1400℃ per la classe H.

Giappone Mitsubishi (introdotta da Dongfang Electric): 1400℃ è di classe F, 1500℃ è di classe G, la classe H è un prodotto di prova intermedio, 1600/1700℃ è di classe J.

Germania Siemens (introduzione Shanghai Electric): il vecchio numero V64.3A, V84.3A, V94.3A è di classe 6F. Nel 1997, Westinghouse ha venduto la sua divisione di generatori non nucleari a Siemens. Il nuovo numero è stato cambiato in SGT6-5000F e SGT-8000H simili. La classe F è 1200 ° C e la classe H è 1500 ° C.

2. Classificazione della potenza di riferimento per turbine a gas per impieghi gravosi:

Le turbine a gas per impieghi gravosi per la generazione di energia sono solitamente classificate in base alla potenza quando la temperatura di combustione della camera di combustione è compresa tra 1100 gradi Celsius e 1500 gradi Celsius. Ad esempio, la potenza delle turbine a gas di Classe B è inferiore o uguale a 100 MW, la potenza delle turbine a gas di Classe E è compresa tra 100 MW e 200 MW, la potenza delle turbine a gas di Classe F è compresa tra 200 MW e 300 MW e gradi superiori come Classe G e Classe H sono compresi tra 300 MW e 400 MW. Secondo il Sig. Chen Xuewen, poiché la potenza delle turbine a gas di vari produttori si è sviluppata rapidamente, questo metodo di classificazione è leggermente al di sotto del prodotto effettivo.

3. Sviluppo di turbine a gas internazionali

Siemens: Il prodotto rappresentativo SGT5-8000H super turbina a gas pesa 390 tonnellate (equivalenti a un Airbus A380 completamente rifornito), è lungo 13.1 metri, largo 4.9 metri, alto 4.9 metri e ha una potenza a ciclo combinato di 595 MW. La generazione di energia di un SGT5-8000H è sufficiente per alimentare una grande città industriale. Le pale della sua turbina devono resistere a una temperatura elevata di oltre 1500°C, che supera la temperatura di ingresso della turbina del motore aeronautico turbofan GE90 e del motore a reazione F404. Poiché la velocità della punta della pala della turbina supera i 1700 chilometri orari, l'enorme forza centrifuga fa sì che un'estremità di ogni pala entri in contatto con 10,000 volte la gravità terrestre. La pala non può avere difetti e l'errore è di sole decine di micron, altrimenti verrà rottamata. Pertanto, si dice che una pala equivale a una BMW.

Mitsubishi Corporation: L'ultimo modello è la super turbina a gas M701J con una potenza a ciclo combinato di 650 MW. È dotata di un compressore assiale a 15 stadi con un rapporto di pressione di 23:1. Il bruciatore e la turbina assiale a 4 stadi sono tutti raffreddati ad aria e i primi 3 stadi utilizzano i più recenti rivestimenti protettivi ad alta temperatura, rivestimenti ceramici a barriera termica e raffreddamento a pellicola d'aria ad alte prestazioni e altre tecnologie ad alta tecnologia. Con la temperatura di ingresso della turbina a gas più alta al mondo di 1600°C, può comunque garantire la lunga durata dei componenti ad alta temperatura. Le ultime innovazioni della serie J sono progettate per ridurre ulteriormente le emissioni di carbonio. A marzo 2020, MHPS ha ricevuto un ordine per due gruppi propulsori M501JAC dall'Intermountain Power Authority nello Utah, USA. Le due turbine a gas si basano su un sistema di combustione a secco a basso NOx raffreddato ad aria e sono in grado di utilizzare fino al 30% di combustibile a idrogeno rinnovabile. Rispetto alle centrali elettriche a carbone delle stesse dimensioni, un sistema a idrogeno al 30% ridurrà le emissioni di carbonio di oltre il 75%, mentre un sistema a idrogeno al 100% eliminerà completamente le emissioni di carbonio. Tra il 2025 e il 2045, l'impianto raggiungerà gradualmente la generazione di elettricità a idrogeno rinnovabile al 100%.

General Electric: le turbine a gas per impieghi gravosi della serie 9HA sono le turbine a gas a ciclo combinato più efficienti al mondo; la sua ultima turbina a gas per impieghi gravosi 9HA.02 non solo ha un'efficienza del ciclo combinato superiore al 64%, ma ha anche una potenza in uscita fino a 826 MW. Questi due indicatori chiave superano di gran lunga i suoi due principali concorrenti e la tecnologia di stampa 3D più all'avanguardia viene utilizzata per produrre componenti chiave.

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