Protección de la turbina de gas más grande del mundo

Este artículo describe la protección de la turbina de gas más grande del mundo..

Este artículo pertenece a una serie., el cual constituye el material de apoyo para el curso de análisis de vibraciones en turbomaquinaria. Los enlaces a los otros artículos se pueden encontrar aquí.

Protección de la turbina de gas más grande del mundo – introducción

La verdad es que las grandes máquinas no son necesariamente monitoreado diferente o con diferentes equipos.

• Puede tener más puntos de medición.
• Puede tener una lógica de votación más compleja.
• Y pueden calificar para el complemento más extenso de medidas de protección y monitoreo de condición porque hay mucho en juego en términos de pérdida de producción cuando fallan..

Pero es básicamente una cuestión de más – no diferente. Las consecuencias de una alarma fallida o falsa es lo que distingue a estas máquinas.. Grande significa caro y con grandes consecuencias.

Aquí hablamos de la turbina de gas – la máquina más utilizada en el mundo para viajes aéreos y la que tiene las mayores eficiencias térmicas (> 60%), para la producción de energía, cuando funciona en ciclo combinado con una turbina de vapor.

un comienzo humilde

Aunque la primera turbina de gas verdadera fue patentada en 1791 por John Barber de Nottinghamshire, Inglaterra, gastaría más de 100 años hasta que se demostró una turbina de gas capaz de producir más energía de la consumida, es casi 150 años antes de que se pusiera en funcionamiento uno para producir energía. Aunque Barber patentó su invento, no hay constancia de que realmente construyó el dispositivo que describió en su patente (Figura 1).

Protección de la turbina de gas más grande del mundo – Figura 1. Esquema de la invención de Barber de su patente para 1791.

De facto, si lo hubieras construido, habría descubierto rápidamente que el proyecto adolecía de un defecto fatal: termodinámicamente, no había manera de generar más energía de la que se consumía en sus compresores, por lo que era un consumidor neto de energía en lugar de un productor. A pesar de todo, las ideas fundamentales de la compresión, quemar y luego expandir un gas inflamable a través de las palas de la turbina eventualmente sería puesto en práctica por una generación posterior de técnicos..

Uno de estos técnicos fue Aurel Stodola, quien estuvo muy involucrado en la primera turbina de gas del mundo, utilizado para la producción de energía (Figura 2) – una máquina de 4MW que comenzó a operar en 1939, en una central eléctrica municipal de Neuchâtel, Suiza, y que proporcionaría energía de respaldo confiable (emergencia y pico) durante el 63 próximos años.

Protección de la turbina de gas más grande del mundo – Figura 2. Extracto del artículo de Aurel Stodola sobre la primera turbina de gas del mundo en servicio de generación de energía.

Esta máquina es tan importante que ha sido designada Monumento Internacional de Ingeniería por la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos. (COMO YO).

Se hace referencia al artículo en el número de 20 de enero 1940 de las naturalezas (una revista científica británica) y muestra la máquina en su banco de pruebas en el viejo Brown, Boveri, y compañía. en un baño, Suiza, donde fue fabricado.

progreso constante

De aquella máquina histórica, en 1939, el poder y la eficiencia crecerían constantemente a lo largo de los años. 80 años venideros y la tecnología progresaría a lo largo de dos caminos separados, pero que se cruzan: los destinados a la propulsión de aeronaves y los destinados a usos industriales. Las temperaturas de combustión (cuádruple 1) en las máquinas industriales más avanzadas llegaría a ser tan alto que se necesitarían aleaciones exóticas para las paletas, producido a partir de un solo cristal y conocido como tecnología SX (cristal único).

mesa 1 – Clases de turbinas de gas, temperaturas de operación y costos de las paletas

Clase	fecha de presentación	Temperaturas	Metalurgia de paletas	Costo aproximado de la primera fila de álabes de turbina
mi	primeros años 70	Hasta 1200°C	Fundición	0,5 millones de dólares
F	primeros años 90	Hasta 1370°C	solidificación direccional	1millones de dólares
GRAMO	principios de los 2000	Hasta 1480°C	Cristal único	2millones de dólares
H	≈2010	Hasta 1600°C	Cristal único	> 2millones de dólares

La tecnología SX se utilizó por primera vez en la década de 1990. 1970 pila pratt & Whitney por sus motores de avión, como los utilizados en los cazas F-15 y F-16 y, más tarde, sin boeing 767 y ningún Airbus A310. Su primer uso en turbinas de gas industriales fue en el Siemens V84.3 en 1995. En este momento, la tecnología se usa regularmente en máquinas de clase G, H y J de todos los fabricantes. El desempeño de esta clase de máquinas en operación de ciclo simple es superior a 40%; operando en ciclo combinado, excede el 60%.

Dimensión

La relación potencia-peso es de gran importancia para los motores de aeronaves., pero de menor preocupación en turbinas industriales. A pesar de todo, a medida que aumentaba la potencia de salida de las turbinas de gas, su tamaño no ha aumentado proporcionalmente. Los motores de aviación más grandes de la actualidad producen 100 veces más empuje que los primeros motores, pero solo pesa 25 veces más – una mejora de 400% en relación potencia-peso.

“…el gigante de Siemens tiene una huella aproximadamente igual a la de la máquina de Neuchâtel, pero produce 150 veces más poder.”

En el aspecto industrial, ya hablamos de la unidad de 4MW de 1939. Tenía una eficiencia de ciclo único de 17,4%, temperatura de entrada a la turbina de 550 C y funcionó 3000 rpm. 80 años después, nació el Siemens SGT5-9000HL (Figura 3).

Protección de la turbina de gas más grande del mundo – Figura 3. El SGT5-9000HL es capaz de producir hasta 593 MWe en ciclo simple, lo que la convierte en la potencia nominal más alta de cualquier turbina de gas. ella puede producir 880 MWe en ciclo combinado 1:1.

También funciona en 3000 rpm, pero ahí es donde terminan las similitudes. Tiene una potencia nominal de hasta 593 MWe en condiciones ISO, lo que la convierte oficialmente en la turbina de gas más potente del mundo en el momento de escribir este artículo.

Tiene una eficiencia de un solo ciclo mayor que 43%. Cuando se coloca en operación de ciclo combinado 1:1, la eficiencia salta a más de 64% y la potencia de salida a 880MWe. En términos de dimensión, el gigante de Siemens tiene una huella aproximadamente igual a la de la máquina de Neuchâtel, pero produce 150 veces más energía. en el banco de pruebas, se usaron más de 6000 sensores monitoreados simultáneamente para llevar las máquinas 9000HL desde la oficina de diseño al mercado. La máquina se sometió a la primera ignición en abril. 2020, para la variante de 60 hz, y la primera instalación de la versión principal de 50 hz, en la planta de ciclo combinado de Keadby en el Reino Unido, sufrió el primer encendido, en octubre de 2021, y fue entregado por Siemens a Keadby a mediados de 2022.

la vitrina de trofeos

Siemens no es ajena al título de “el mas poderoso del mundo” con respecto a las turbinas de gas. En este momento, el título se detiene por la variante de 60 hz, un SGT6-9000HL. Y antes de eso, un SGT5-8000H, lanzado en 2008, Logró ostentar tres récords mundiales.. El título ha ido y venido a lo largo de los años y los diferentes fabricantes y la sana competencia entre ellos continúan impulsando las potencias y eficiencias cada vez más.. En este momento, sin embargo, el SGT5-9000HL está listo para ocupar el primer lugar en la central eléctrica de Keadby, donde estará operando en ciclo combinado y tendrá capacidad para 880 MWe.

Lo que monitorea Meggitt

Meggitt tiene una larga relación laboral con Siemens y es el proveedor estándar y preferido de monitoreo de vibraciones, junto con instrumentación de inestabilidad de combustión en sus turbinas de gas industriales en servicio de generación de energía. La familia SGT-8000H es monitoreada por sus productos y, ahora, un SGT-9000HL.

Protección de la turbina de gas más grande del mundo – Figura 5 – El monitor VM600

A medida que las turbinas de gas aumentan de tamaño, la construcción básica sigue siendo la misma. La turbina en sí tiene solo dos cojinetes radiales y un cojinete axial. – como las turbinas de gas más pequeñas. El generador tiene dos cojinetes radiales. – como los generadores más pequeños. El número de cámaras de combustión. (tecnología de anulación) varía según el tamaño del motor y la variante del motor. 50 Hz o 60 hz. Cuando se coloca en configuraciones de ciclo combinado, las turbinas de vapor tampoco son muy diferentes en términos de instrumentación. Que cambios, evidentemente, es la cantidad de energía producida por la turbina de gas y cualquier turbina de vapor asociada, si utiliza los gases de escape para producir vapor. Un disparo en falso o un fallo de encendido significa que están involucradas enormes cantidades de energía., tal vez mayor que 800MWe.

Meggitt está muy orgullosa de que Siemens haya confiado en sus soluciones durante muchos años en toda su gama de turbinas de gas y vapor., y esa confianza sigue en tu mejor postor: la familia SGT-9000HL.

Protección de la turbina de gas más grande del mundo – currículum

Después 70 años, Meggitta ha aprendido los muchos matices de proteger máquinas y monitorear su condición. Y aunque monitorea miles de máquinas en todo el mundo, que abarca colectivamente TW de poder, todavía tiene un significado especial estar a cargo de la turbina de gas más poderosa del mundo.

Aquí puedes ver un artículo sobre la protección del grupo electrógeno de vapor más grande del mundo.