हांग्झो नुझुओ तंत्रज्ञान गट कंपनी, लि.

लेखक: लुकास बिजिकली, उत्पादन पोर्टफोलिओ मॅनेजर, इंटिग्रेटेड गियर ड्राइव्हज, आर अँड डी सीओ 2 कॉम्प्रेशन आणि हीट पंप, सीमेंस एनर्जी.
बर्‍याच वर्षांपासून, इंटिग्रेटेड गियर कॉम्प्रेसर (आयजीसी) हे एअर पृथक्करण वनस्पतींसाठी निवडीचे तंत्रज्ञान आहे. हे मुख्यतः त्यांच्या उच्च कार्यक्षमतेमुळे होते, ज्यामुळे थेट ऑक्सिजन, नायट्रोजन आणि जड वायूसाठी कमी खर्च होतो. तथापि, डेकार्बोनायझेशनवर वाढती लक्ष केंद्रित केल्यामुळे आयपीसीवर नवीन मागण्या आहेत, विशेषत: कार्यक्षमता आणि नियामक लवचिकतेच्या बाबतीत. विशेषत: लहान आणि मध्यम आकाराच्या उद्योगांमध्ये भांडवली खर्च हा एक महत्त्वाचा घटक आहे.
गेल्या काही वर्षांमध्ये, सीमेंस एनर्जीने वायु पृथक्करण बाजाराच्या बदलत्या गरजा भागविण्यासाठी आयजीसी क्षमता वाढविण्याच्या उद्देशाने अनेक संशोधन आणि विकास (आर अँड डी) प्रकल्प सुरू केले आहेत. हा लेख आम्ही केलेल्या काही विशिष्ट डिझाइन सुधारणांवर प्रकाश टाकतो आणि आमच्या ग्राहकांच्या खर्च आणि कार्बन कमी करण्याच्या उद्दीष्टांची पूर्तता करण्यात हे बदल कसे मदत करू शकतात यावर चर्चा करते.
आज बहुतेक एअर पृथक्करण युनिट्स दोन कॉम्प्रेसरसह सुसज्ज आहेत: एक मुख्य एअर कॉम्प्रेसर (मॅक) आणि बूस्ट एअर कॉम्प्रेसर (बीएसी). मुख्य एअर कॉम्प्रेसर सामान्यत: वातावरणीय दाबापासून अंदाजे 6 बारपर्यंत संपूर्ण हवेचा प्रवाह संकुचित करतो. नंतर या प्रवाहाचा एक भाग पुढील 60 बार पर्यंतच्या दाबासाठी बीएसीमध्ये संकुचित केला जातो.
उर्जेच्या स्त्रोतावर अवलंबून, कॉम्प्रेसर सामान्यत: स्टीम टर्बाइन किंवा इलेक्ट्रिक मोटरद्वारे चालविला जातो. स्टीम टर्बाइन वापरताना, दोन्ही कॉम्प्रेसर ट्विन शाफ्टच्या टोकांद्वारे समान टर्बाइनद्वारे चालविले जातात. शास्त्रीय योजनेत, स्टीम टर्बाइन आणि एचएसी (चित्र 1) दरम्यान एक इंटरमीडिएट गियर स्थापित केला जातो.
इलेक्ट्रिकली चालित आणि स्टीम टर्बाइन चालवलेल्या दोन्ही सिस्टममध्ये, कॉम्प्रेसर कार्यक्षमता डेकार्बोनायझेशनसाठी एक शक्तिशाली लीव्हर आहे कारण यामुळे युनिटच्या उर्जेच्या वापरावर थेट परिणाम होतो. स्टीम टर्बाइन्सद्वारे चालविलेल्या एमजीपीसाठी हे विशेषतः महत्वाचे आहे, कारण स्टीम उत्पादनासाठी बहुतेक उष्णता जीवाश्म इंधन-उडालेल्या बॉयलरमध्ये प्राप्त होते.
जरी इलेक्ट्रिक मोटर्स स्टीम टर्बाइन ड्राइव्हस एक हरित पर्याय प्रदान करतात, परंतु बर्‍याचदा नियंत्रण लवचिकतेची आवश्यकता असते. आज बांधल्या जाणार्‍या बर्‍याच आधुनिक हवेचे पृथक्करण वनस्पती ग्रीड-कनेक्ट केलेले आहेत आणि नूतनीकरणयोग्य उर्जा वापराची उच्च पातळी आहे. ऑस्ट्रेलियामध्ये उदाहरणार्थ, अनेक हिरव्या अमोनिया वनस्पती तयार करण्याची योजना आहे जी अमोनिया संश्लेषणासाठी नायट्रोजन तयार करण्यासाठी एअर सेपरेशन युनिट्स (एएसयू) वापरतील आणि जवळपासच्या वारा आणि सौर शेतात वीज मिळण्याची अपेक्षा आहे. या वनस्पतींमध्ये, वीज निर्मितीमध्ये नैसर्गिक चढ -उतारांची भरपाई करण्यासाठी नियामक लवचिकता गंभीर आहे.
सीमेंस एनर्जीने १ 194 88 मध्ये प्रथम आयजीसी (पूर्वी व्हीके म्हणून ओळखले जाते) विकसित केले. आज कंपनी जगभरात २,3०० हून अधिक युनिट्स तयार करते, त्यापैकी बर्‍याच जणांनी 400,000 एम 3/ताशीपेक्षा जास्त प्रवाह दर असलेल्या अनुप्रयोगांसाठी डिझाइन केले आहे. आमच्या आधुनिक एमजीपीचा प्रवाह एका इमारतीत ताशी 1.2 दशलक्ष घनमीटर पर्यंतचा प्रवाह दर आहे. यामध्ये सिंगल-स्टेज आवृत्त्यांमध्ये 2.5 किंवा त्यापेक्षा जास्त प्रेशर रेशोसह कन्सोल कॉम्प्रेसरच्या गियरलेस आवृत्त्या आणि सीरियल व्हर्जनमध्ये 6 पर्यंतचे दबाव गुणोत्तर समाविष्ट आहे.
अलिकडच्या वर्षांत, आयजीसी कार्यक्षमता, नियामक लवचिकता आणि भांडवली खर्चाच्या वाढत्या मागण्या पूर्ण करण्यासाठी आम्ही काही उल्लेखनीय डिझाइन सुधारणा केल्या आहेत, ज्याचा सारांश खाली दिला आहे.
विशेषत: पहिल्या मॅक स्टेजमध्ये वापरल्या जाणार्‍या अनेक इम्पेलर्सची चल कार्यक्षमता ब्लेड भूमितीमध्ये बदल करून वाढविली जाते. या नवीन इम्पेलरसह, पारंपारिक एलएस डिफ्यूझर्सच्या संयोजनात 89% पर्यंतच्या चल कार्यक्षमता आणि हायब्रीड डिफ्यूझर्सच्या नवीन पिढीसह 90% पेक्षा जास्त एकत्रितपणे साध्य केल्या जाऊ शकतात.
याव्यतिरिक्त, इम्पेलरची एक मॅच नंबर 1.3 पेक्षा जास्त आहे, जी उच्च उर्जा घनता आणि कॉम्प्रेशन रेशोसह प्रथम टप्पा प्रदान करते. पहिल्या टप्प्यात लहान व्यासाच्या गीअर्स आणि डायरेक्ट ड्राइव्ह गिअरबॉक्सचा वापर करण्यास अनुमती देणारी, तीन-स्टेज मॅक सिस्टममध्ये गीअर्सने प्रसारित करणे आवश्यक असलेली शक्ती देखील कमी करते.
पारंपारिक पूर्ण-लांबीच्या एलएस वेन डिफ्यूझरच्या तुलनेत, पुढच्या पिढीतील हायब्रीड डिफ्यूझरची स्टेज कार्यक्षमता 2.5% आणि 3% नियंत्रण घटक आहे. ही वाढ ब्लेड मिसळून साध्य केली जाते (म्हणजे ब्लेड पूर्ण-उंची आणि आंशिक-उंची विभागांमध्ये विभागली जातात). या कॉन्फिगरेशनमध्ये
पारंपारिक एलएस डिफ्यूझरच्या ब्लेडपेक्षा इम्पेलरच्या जवळ असलेल्या ब्लेड उंचीच्या एका भागाद्वारे इम्पेलर आणि डिफ्यूझर दरम्यानचा प्रवाह आउटपुट कमी केला जातो. पारंपारिक एलएस डिफ्यूझर प्रमाणेच, ब्लेडचे नुकसान होऊ शकते अशा इम्पेलर-डिफ्यूझर परस्परसंवाद टाळण्यासाठी पूर्ण-लांबीच्या ब्लेडच्या अग्रगण्य कडा इम्पेलरपासून समतुल्य आहेत.
इम्पेलरच्या जवळ असलेल्या ब्लेडची उंची अंशतः वाढविण्यामुळे पल्सेशन झोनजवळील प्रवाह दिशानिर्देश देखील सुधारते. पूर्ण-लांबीच्या वेन विभागाची अग्रगण्य धार पारंपारिक एलएस डिफ्यूझर सारखीच व्यास राहिली आहे, थ्रॉटल लाइन अप्रभावित आहे, ज्यामुळे अनुप्रयोग आणि ट्यूनिंगची विस्तृत श्रेणी मिळते.
पाण्याच्या इंजेक्शनमध्ये सक्शन ट्यूबमधील हवेच्या प्रवाहामध्ये पाण्याचे थेंब इंजेक्शन देणे समाविष्ट आहे. थेंब प्रक्रियेच्या गॅस प्रवाहापासून उष्णता बाष्पीभवन आणि शोषून घेतात, ज्यामुळे इनलेट तापमान कम्प्रेशन स्टेजवर कमी होते. यामुळे आयएसएंट्रॉपिक उर्जा आवश्यकतांमध्ये घट आणि 1%पेक्षा जास्त कार्यक्षमतेत वाढ होते.
गीअर शाफ्ट कडक करणे आपल्याला प्रति युनिट क्षेत्रासाठी परवानगीयोग्य तणाव वाढविण्यास अनुमती देते, जे आपल्याला दात रुंदी कमी करण्यास अनुमती देते. यामुळे गिअरबॉक्समधील यांत्रिक नुकसान 25%पर्यंत कमी होते, परिणामी एकूण कार्यक्षमतेत 0.5%पर्यंत वाढ होते. याव्यतिरिक्त, मुख्य कंप्रेसर खर्च 1% पर्यंत कमी केला जाऊ शकतो कारण मोठ्या गिअरबॉक्समध्ये कमी धातूचा वापर केला जातो.
हा इम्पेलर 0.25 पर्यंतच्या फ्लो गुणांक (φ) सह ऑपरेट करू शकतो आणि 65 डिग्री इम्पेलर्सपेक्षा 6% अधिक डोके प्रदान करतो. याव्यतिरिक्त, प्रवाह गुणांक 0.25 पर्यंत पोहोचतो आणि आयजीसी मशीनच्या डबल-फ्लो डिझाइनमध्ये व्हॉल्यूमेट्रिक प्रवाह 1.2 दशलक्ष एम 3/ता किंवा अगदी 2.4 दशलक्ष एम 3/ता पर्यंत पोहोचतो.
उच्च पीएचआय मूल्य समान व्हॉल्यूम प्रवाहावर लहान व्यासाच्या इम्पेलरच्या वापरास अनुमती देते, ज्यामुळे मुख्य कंप्रेसरची किंमत 4%पर्यंत कमी होते. पहिल्या टप्प्यातील इम्पेलरचा व्यास आणखी कमी केला जाऊ शकतो.
उच्च डोके 75 ° इम्पेलर डिफ्लेक्शन कोनातून प्राप्त केले जाते, जे आउटलेटमध्ये परिघीय वेग घटक वाढवते आणि अशा प्रकारे युलरच्या समीकरणानुसार उच्च डोके प्रदान करते.
हाय-स्पीड आणि उच्च-कार्यक्षमता इम्पेलर्सच्या तुलनेत, व्हॉल्यूटमध्ये जास्त नुकसान झाल्यामुळे इम्पेलरची कार्यक्षमता किंचित कमी होते. मध्यम आकाराच्या गोगलगाईचा वापर करून याची भरपाई केली जाऊ शकते. तथापि, या खंडांशिवाय, 87% पर्यंत बदलणारी कार्यक्षमता 1.0 च्या मॅच संख्येवर आणि 0.24 च्या प्रवाह गुणांकात प्राप्त केली जाऊ शकते.
जेव्हा मोठ्या गिअरचा व्यास कमी होतो तेव्हा लहान व्हॉल्यूट आपल्याला इतर वंशांसह टक्कर टाळण्याची परवानगी देतो. ऑपरेटर जास्तीत जास्त अनुमत गियर वेग ओलांडल्याशिवाय 6-पोल मोटरवरून उच्च-गती 4-पोल मोटर (1000 आरपीएम ते 1500 आरपीएम) वर स्विच करून खर्च वाचवू शकतात. याव्यतिरिक्त, हे हेलिकल आणि मोठ्या गीअर्ससाठी भौतिक खर्च कमी करू शकते.
एकंदरीत, मुख्य कंप्रेसर भांडवली खर्चामध्ये 2% पर्यंत बचत करू शकतो, तसेच इंजिन भांडवली किंमतीत 2% बचत करू शकते. कॉम्पॅक्ट व्होल्यूट्स काही प्रमाणात कमी कार्यक्षम असल्याने, त्यांचा वापर करण्याचा निर्णय क्लायंटच्या प्राधान्यक्रमांवर (खर्च वि. कार्यक्षमता) यावर अवलंबून आहे आणि प्रकल्प-दर-प्रकल्प आधारावर त्याचे मूल्यांकन केले जाणे आवश्यक आहे.
नियंत्रण क्षमता वाढविण्यासाठी, आयजीव्ही एकाधिक टप्प्यासमोर स्थापित केले जाऊ शकते. हे मागील आयजीसी प्रकल्पांच्या अगदी उलट आहे, ज्यात केवळ पहिल्या टप्प्यापर्यंत आयजीव्हीचा समावेश होता.
आयजीसीच्या पूर्वीच्या पुनरावृत्तींमध्ये, भोवरा गुणांक (म्हणजेच, पहिल्या आयजीव्ही 1 च्या कोनातून विभाजित दुसर्‍या आयजीव्हीचा कोन) प्रवाह पुढे होता की नाही याची पर्वा न करता (कोन> 0 °, डोके कमी करणे) किंवा रिव्हर्स व्हर्टेक्स (कोन <0). °, दबाव वाढतो). हे गैरसोयीचे आहे कारण कोनाचे चिन्ह सकारात्मक आणि नकारात्मक व्हॉर्टिस दरम्यान बदलते.
नवीन कॉन्फिगरेशन जेव्हा मशीन फॉरवर्ड आणि रिव्हर्स व्हर्टेक्स मोडमध्ये असते तेव्हा दोन भिन्न भोवरा प्रमाण वापरण्यास अनुमती देते, ज्यामुळे सतत कार्यक्षमता राखताना नियंत्रण श्रेणी 4% वाढवते.
सामान्यत: बीएसीमध्ये वापरल्या जाणार्‍या इम्पेलरसाठी एलएस डिफ्यूझरचा समावेश करून, मल्टी-स्टेज कार्यक्षमता 89%पर्यंत वाढविली जाऊ शकते. हे, इतर कार्यक्षमतेच्या सुधारणांसह एकत्रित, संपूर्ण ट्रेनची कार्यक्षमता राखताना बीएसी टप्प्यांची संख्या कमी करते. टप्प्यांची संख्या कमी केल्याने इंटरकूलर, संबंधित प्रक्रिया गॅस पाइपिंग आणि रोटर आणि स्टेटर घटकांची आवश्यकता दूर होते, परिणामी 10%खर्च बचत होते. याव्यतिरिक्त, बर्‍याच प्रकरणांमध्ये एका मशीनमध्ये मुख्य एअर कॉम्प्रेसर आणि बूस्टर कॉम्प्रेसर एकत्र करणे शक्य आहे.
आधी नमूद केल्याप्रमाणे, स्टीम टर्बाइन आणि व्हीएसी दरम्यान सामान्यत: इंटरमीडिएट गियर आवश्यक असतो. सीमेंस एनर्जीच्या नवीन आयजीसी डिझाइनसह, पिनियन शाफ्ट आणि बिग गियर (4 गीअर्स) दरम्यान इडलर शाफ्ट जोडून हे इडलर गियर गिअरबॉक्समध्ये समाकलित केले जाऊ शकते. हे एकूण लाइन किंमत (मुख्य कंप्रेसर प्लस सहाय्यक उपकरणे) 4%पर्यंत कमी करू शकते.
याव्यतिरिक्त, मोठ्या मुख्य एअर कॉम्प्रेसरमध्ये 6-पोल वरून 4-पोल मोटर्सवर स्विच करण्यासाठी कॉम्पॅक्ट स्क्रोल मोटर्ससाठी 4-पिनियन गीअर्स अधिक कार्यक्षम पर्याय आहेत (जर व्हॉल्यूट टक्कर होण्याची शक्यता असेल किंवा जास्तीत जास्त परवानगीयोग्य पिनियन वेग कमी होईल तर). ) भूतकाळ.
उष्मा पंप आणि स्टीम कॉम्प्रेशन, तसेच कार्बन कॅप्चर, उपयोग आणि स्टोरेज (सीसीयूएस) घडामोडींमध्ये सीओ 2 कॉम्प्रेशन यासह औद्योगिक डिकर्बोनायझेशनसाठी महत्त्वपूर्ण अनेक बाजारपेठांमध्ये त्यांचा वापर अधिक सामान्य होत आहे.
सीमेंस एनर्जीचा डिझाइन आणि ऑपरेटिंग आयजीसीचा दीर्घ इतिहास आहे. वरील (आणि इतर) संशोधन आणि विकासाच्या प्रयत्नांनुसार पुरावा म्हणून, आम्ही अद्वितीय अनुप्रयोग गरजा पूर्ण करण्यासाठी आणि कमी खर्चासाठी वाढत्या बाजारपेठेतील मागणी पूर्ण करण्यासाठी या मशीन्सला सतत नवनिर्मिती करण्यास वचनबद्ध आहोत. केटी 2