हाङझाउ नुझुओ टेक्नोलोजी ग्रुप कं, लिमिटेड।

लेखक: लुकास बिजिकली, उत्पादन पोर्टफोलियो प्रबन्धक, एकीकृत गियर ड्राइभ, अनुसन्धान र विकास CO2 कम्प्रेसन र ताप पम्पहरू, सिमेन्स ऊर्जा।
धेरै वर्षदेखि, एकीकृत गियर कम्प्रेसर (IGC) हावा पृथकीकरण प्लान्टहरूको लागि रोजाइको प्रविधि भएको छ। यो मुख्यतया तिनीहरूको उच्च दक्षताको कारणले हो, जसले प्रत्यक्ष रूपमा अक्सिजन, नाइट्रोजन र निष्क्रिय ग्यासको लागत कम गर्छ। यद्यपि, डिकार्बोनाइजेसनमा बढ्दो ध्यानले IPC हरूमा नयाँ मागहरू राख्छ, विशेष गरी दक्षता र नियामक लचिलोपनको सन्दर्भमा। पूँजीगत खर्च प्लान्ट सञ्चालकहरूको लागि, विशेष गरी साना र मध्यम आकारका उद्यमहरूमा, एक महत्त्वपूर्ण कारक बन्न जारी छ।
विगत केही वर्षहरूमा, सिमेन्स इनर्जीले वायु पृथकीकरण बजारको परिवर्तनशील आवश्यकताहरू पूरा गर्न IGC क्षमताहरू विस्तार गर्ने उद्देश्यले धेरै अनुसन्धान र विकास (R&D) परियोजनाहरू सुरु गरेको छ। यस लेखले हामीले गरेका केही विशिष्ट डिजाइन सुधारहरूलाई हाइलाइट गर्दछ र यी परिवर्तनहरूले हाम्रा ग्राहकहरूको लागत र कार्बन न्यूनीकरण लक्ष्यहरू पूरा गर्न कसरी मद्दत गर्न सक्छन् भनेर छलफल गर्दछ।
आज धेरैजसो हावा विभाजन एकाइहरू दुई कम्प्रेसरहरूले सुसज्जित छन्: एउटा मुख्य एयर कम्प्रेसर (MAC) र एउटा बूस्ट एयर कम्प्रेसर (BAC)। मुख्य एयर कम्प्रेसरले सामान्यतया वायुमण्डलीय चापबाट लगभग ६ बारसम्म सम्पूर्ण हावा प्रवाहलाई कम्प्रेस गर्छ। यस प्रवाहको एक भागलाई त्यसपछि BAC मा ६० बारसम्मको दबाबमा थप कम्प्रेस गरिन्छ।
ऊर्जा स्रोतको आधारमा, कम्प्रेसर सामान्यतया स्टीम टर्बाइन वा विद्युतीय मोटरद्वारा सञ्चालित हुन्छ। स्टीम टर्बाइन प्रयोग गर्दा, दुवै कम्प्रेसरहरू एउटै टर्बाइनद्वारा जुम्ल्याहा शाफ्ट एन्डहरू मार्फत सञ्चालित हुन्छन्। शास्त्रीय योजनामा, स्टीम टर्बाइन र HAC (चित्र १) बीच एक मध्यवर्ती गियर स्थापना गरिएको छ।
विद्युतीय रूपमा संचालित र स्टीम टर्बाइन संचालित प्रणाली दुवैमा, कम्प्रेसर दक्षता डिकार्बोनाइजेसनको लागि एक शक्तिशाली लीभर हो किनकि यसले युनिटको ऊर्जा खपतलाई प्रत्यक्ष असर गर्छ। यो विशेष गरी स्टीम टर्बाइनहरूद्वारा संचालित MGP हरूको लागि महत्त्वपूर्ण छ, किनकि स्टीम उत्पादनको लागि अधिकांश ताप जीवाश्म इन्धनबाट चल्ने बॉयलरहरूमा प्राप्त गरिन्छ।
यद्यपि विद्युतीय मोटरहरूले स्टीम टर्बाइन ड्राइभको लागि हरियो विकल्प प्रदान गर्दछ, नियन्त्रण लचिलोपनको आवश्यकता प्रायः बढी हुन्छ। आज निर्माण भइरहेका धेरै आधुनिक वायु विभाजन प्लान्टहरू ग्रिड-जडित छन् र उच्च स्तरको नवीकरणीय ऊर्जा प्रयोग गर्छन्। उदाहरणका लागि, अष्ट्रेलियामा धेरै हरियो अमोनिया प्लान्टहरू निर्माण गर्ने योजनाहरू छन् जसले अमोनिया संश्लेषणको लागि नाइट्रोजन उत्पादन गर्न वायु विभाजन एकाइहरू (ASUs) प्रयोग गर्नेछन् र नजिकैको वायु र सौर्य फार्महरूबाट बिजुली प्राप्त गर्ने अपेक्षा गरिएको छ। यी प्लान्टहरूमा, बिजुली उत्पादनमा प्राकृतिक उतार-चढ़ावहरूको क्षतिपूर्ति गर्न नियामक लचिलोपन महत्त्वपूर्ण छ।
सिमेन्स इनर्जीले १९४८ मा पहिलो IGC (पहिले VK को रूपमा चिनिन्थ्यो) विकास गरेको थियो। आज कम्पनीले विश्वव्यापी रूपमा २,३०० भन्दा बढी युनिटहरू उत्पादन गर्दछ, जसमध्ये धेरै ४००,००० m3/h भन्दा बढी प्रवाह दर भएका अनुप्रयोगहरूको लागि डिजाइन गरिएको हो। हाम्रा आधुनिक MGP हरूको एउटा भवनमा प्रति घण्टा १२ लाख घन मिटरसम्मको प्रवाह दर छ। यसमा एकल-चरण संस्करणहरूमा २.५ वा सोभन्दा बढी दबाब अनुपात भएका कन्सोल कम्प्रेसरहरूको गियरलेस संस्करणहरू र सिरियल संस्करणहरूमा ६ सम्म दबाब अनुपातहरू समावेश छन्।
हालैका वर्षहरूमा, IGC दक्षता, नियामक लचिलोपन र पूँजीगत लागतको बढ्दो मागहरू पूरा गर्न, हामीले केही उल्लेखनीय डिजाइन सुधारहरू गरेका छौं, जसको संक्षेप तल दिइएको छ।
पहिलो MAC चरणमा सामान्यतया प्रयोग हुने धेरै इम्पेलरहरूको परिवर्तनशील दक्षता ब्लेड ज्यामिति परिवर्तन गरेर बढाइन्छ। यो नयाँ इम्पेलरको साथ, परम्परागत LS डिफ्यूजरहरूसँग संयोजनमा ८९% सम्मको परिवर्तनशील दक्षता र नयाँ पुस्ताको हाइब्रिड डिफ्यूजरहरूसँग संयोजनमा ९०% भन्दा बढी प्राप्त गर्न सकिन्छ।
यसको अतिरिक्त, इम्पेलरमा १.३ भन्दा बढी म्याक नम्बर छ, जसले पहिलो चरणलाई उच्च पावर घनत्व र कम्प्रेसन अनुपात प्रदान गर्दछ। यसले तीन-चरण MAC प्रणालीहरूमा गियरहरूले प्रसारण गर्नुपर्ने शक्तिलाई पनि घटाउँछ, जसले गर्दा पहिलो चरणहरूमा सानो व्यास गियरहरू र प्रत्यक्ष ड्राइभ गियरबक्सहरूको प्रयोगलाई अनुमति दिन्छ।
परम्परागत पूर्ण-लम्बाइको LS भेन डिफ्यूजरको तुलनामा, अर्को पुस्ताको हाइब्रिड डिफ्यूजरको स्टेज दक्षता २.५% र नियन्त्रण कारक ३% ले बढेको छ। यो वृद्धि ब्लेडहरू मिलाएर प्राप्त गरिन्छ (अर्थात् ब्लेडहरू पूर्ण-उचाइ र आंशिक-उचाइ खण्डहरूमा विभाजित छन्)। यस कन्फिगरेसनमा
इम्पेलर र डिफ्यूजर बीचको प्रवाह आउटपुट ब्लेडको उचाइको एक भागले घटाइन्छ जुन परम्परागत LS डिफ्यूजरको ब्लेड भन्दा इम्पेलरको नजिक अवस्थित हुन्छ। परम्परागत LS डिफ्यूजरको रूपमा, पूर्ण-लम्बाइका ब्लेडहरूको अगाडिको किनारहरू इम्पेलरबाट समान दूरीमा हुन्छन् जसले इम्पेलर-डिफ्यूजर अन्तरक्रियाबाट बच्न सक्छ जसले ब्लेडहरूलाई क्षति पुर्‍याउन सक्छ।
इम्पेलरको नजिक ब्लेडको उचाइ आंशिक रूपमा बढाउनाले पल्सेशन जोन नजिक प्रवाह दिशामा पनि सुधार हुन्छ। पूर्ण-लम्बाइको भ्यान खण्डको अग्रणी किनारा परम्परागत LS डिफ्यूजरको व्यास जस्तै रहन्छ, थ्रोटल लाइन अप्रभावित हुन्छ, जसले गर्दा अनुप्रयोग र ट्युनिङको फराकिलो दायराको लागि अनुमति दिन्छ।
पानीको इन्जेक्सनमा सक्शन ट्यूबमा रहेको हावाको प्रवाहमा पानीका थोपाहरू इन्जेक्सन गर्नु समावेश छ। थोपाहरू वाष्पीकरण हुन्छन् र प्रक्रिया ग्यास प्रवाहबाट ताप अवशोषित गर्छन्, जसले गर्दा इनलेट तापक्रम कम्प्रेसन चरणमा घट्छ। यसले आइसेन्ट्रोपिक पावर आवश्यकताहरूमा कमी र १% भन्दा बढी दक्षतामा वृद्धि हुन्छ।
गियर शाफ्टलाई कडा बनाउनाले तपाईंलाई प्रति एकाइ क्षेत्रफलमा अनुमतियोग्य तनाव बढाउन अनुमति दिन्छ, जसले गर्दा दाँतको चौडाइ घटाउन सकिन्छ। यसले गियरबक्समा मेकानिकल क्षतिलाई २५% सम्म घटाउँछ, जसले गर्दा समग्र दक्षतामा ०.५% सम्म वृद्धि हुन्छ। थप रूपमा, ठूलो गियरबक्समा कम धातु प्रयोग हुने भएकाले मुख्य कम्प्रेसर लागत १% सम्म घटाउन सकिन्छ।
यो इम्पेलरले ०.२५ सम्मको फ्लो कोफिसिएन्ट (φ) सँग काम गर्न सक्छ र ६५ डिग्री इम्पेलरहरू भन्दा ६% बढी हेड प्रदान गर्दछ। थप रूपमा, फ्लो कोफिसिएन्ट ०.२५ सम्म पुग्छ, र IGC मेसिनको डबल-फ्लो डिजाइनमा, भोल्युमेट्रिक फ्लो १.२ मिलियन m३/घण्टा वा २.४ मिलियन m३/घण्टा सम्म पुग्छ।
उच्च phi मानले समान भोल्युम प्रवाहमा सानो व्यास इम्पेलर प्रयोग गर्न अनुमति दिन्छ, जसले गर्दा मुख्य कम्प्रेसरको लागत ४% सम्म घट्छ। पहिलो चरण इम्पेलरको व्यास अझ घटाउन सकिन्छ।
उच्च हेड ७५° इम्पेलर डिफ्लेक्शन कोणद्वारा प्राप्त गरिन्छ, जसले आउटलेटमा परिधिगत वेग घटक बढाउँछ र यसरी युलरको समीकरण अनुसार उच्च हेड प्रदान गर्दछ।
उच्च-गति र उच्च-दक्षता इम्पेलरहरूको तुलनामा, भोल्युटमा उच्च क्षतिको कारणले इम्पेलरको दक्षता थोरै कम हुन्छ। मध्यम आकारको स्नेल प्रयोग गरेर यसको क्षतिपूर्ति गर्न सकिन्छ। यद्यपि, यी भोल्युटहरू बिना पनि, १.० को म्याक नम्बर र ०.२४ को प्रवाह गुणांकमा ८७% सम्मको परिवर्तनशील दक्षता प्राप्त गर्न सकिन्छ।
सानो भोल्युटले तपाईंलाई ठूलो गियरको व्यास कम हुँदा अन्य भोल्युटहरूसँग टक्करबाट बच्न अनुमति दिन्छ। अपरेटरहरूले अधिकतम स्वीकार्य गियर गति नाघेर ६-पोल मोटरबाट उच्च-गतिको ४-पोल मोटर (१००० आरपीएम देखि १५०० आरपीएम) मा स्विच गरेर लागत बचत गर्न सक्छन्। थप रूपमा, यसले हेलिकल र ठूला गियरहरूको लागि सामग्री लागत घटाउन सक्छ।
समग्रमा, मुख्य कम्प्रेसरले पूँजीगत लागतमा २% सम्म बचत गर्न सक्छ, साथै इन्जिनले पूँजीगत लागतमा २% बचत गर्न सक्छ। कम्प्याक्ट भोल्युटहरू केही हदसम्म कम कुशल भएकाले, तिनीहरूलाई प्रयोग गर्ने निर्णय धेरै हदसम्म ग्राहकको प्राथमिकताहरू (लागत बनाम दक्षता) मा निर्भर गर्दछ र परियोजना-दर-परियोजनाको आधारमा मूल्याङ्कन गरिनुपर्छ।
नियन्त्रण क्षमता बढाउन, IGV लाई धेरै चरणहरूको अगाडि स्थापना गर्न सकिन्छ। यो अघिल्ला IGC परियोजनाहरूको बिल्कुल विपरीत हो, जसमा पहिलो चरणसम्म IGV हरू मात्र समावेश थिए।
IGC को पहिलेको पुनरावृत्तिहरूमा, भर्टेक्स गुणांक (अर्थात्, दोस्रो IGV को कोणलाई पहिलो IGV1 को कोणले भाग गर्दा) प्रवाह अगाडि (कोण > ०°, घटाउने टाउको) वा उल्टो भर्टेक्स (कोण < ०) भए पनि स्थिर रह्यो। °, दबाब बढ्छ। यो हानिकारक छ किनभने कोणको चिन्ह सकारात्मक र नकारात्मक भर्टिसहरू बीच परिवर्तन हुन्छ।
नयाँ कन्फिगरेसनले मेसिन अगाडि र उल्टो भोर्टेक्स मोडमा हुँदा दुई फरक भोर्टेक्स अनुपातहरू प्रयोग गर्न अनुमति दिन्छ, जसले गर्दा स्थिर दक्षता कायम राख्दै नियन्त्रण दायरा ४% ले बढ्छ।
BAC हरूमा सामान्यतया प्रयोग हुने इम्पेलरको लागि LS डिफ्यूजर समावेश गरेर, बहु-चरण दक्षता ८९% सम्म बढाउन सकिन्छ। यसले, अन्य दक्षता सुधारहरूसँग मिलेर, समग्र रेल दक्षता कायम राख्दै BAC चरणहरूको संख्या घटाउँछ। चरणहरूको संख्या घटाउनाले इन्टरकुलर, सम्बन्धित प्रक्रिया ग्यास पाइपिङ, र रोटर र स्टेटर कम्पोनेन्टहरूको आवश्यकता हटाउँछ, जसको परिणामस्वरूप १०% लागत बचत हुन्छ। थप रूपमा, धेरै अवस्थामा मुख्य एयर कम्प्रेसर र बूस्टर कम्प्रेसरलाई एउटै मेसिनमा संयोजन गर्न सम्भव छ।
पहिले उल्लेख गरिएझैं, स्टीम टर्बाइन र VAC बीच सामान्यतया एक मध्यवर्ती गियर आवश्यक पर्दछ। Siemens Energy को नयाँ IGC डिजाइनको साथ, यो आइडलर गियरलाई पिनियन शाफ्ट र ठूलो गियर (४ गियर) बीच आइडलर शाफ्ट थपेर गियरबक्समा एकीकृत गर्न सकिन्छ। यसले कुल लाइन लागत (मुख्य कम्प्रेसर र सहायक उपकरण) ४% सम्म घटाउन सक्छ।
थप रूपमा, ठूला मुख्य एयर कम्प्रेसरहरूमा (यदि भोल्युट टक्करको सम्भावना छ वा अधिकतम अनुमतियोग्य पिनियन गति घटाइनेछ भने) ६-पोलबाट ४-पोल मोटरहरूमा स्विच गर्नको लागि ४-पिनियन गियरहरू कम्प्याक्ट स्क्रोल मोटरहरूको लागि अझ प्रभावकारी विकल्प हुन्।
औद्योगिक डिकार्बोनाइजेसनको लागि महत्त्वपूर्ण धेरै बजारहरूमा पनि तिनीहरूको प्रयोग बढ्दै गइरहेको छ, जसमा ताप पम्पहरू र स्टीम कम्प्रेसन, साथै कार्बन क्याप्चर, उपयोग र भण्डारण (CCUS) विकासहरूमा CO2 कम्प्रेसन समावेश छ।
सिमेन्स इनर्जीको IGC हरूको डिजाइन र सञ्चालनको लामो इतिहास छ। माथिका (र अन्य) अनुसन्धान र विकास प्रयासहरूबाट प्रमाणित भए अनुसार, हामी अद्वितीय अनुप्रयोग आवश्यकताहरू पूरा गर्न र कम लागत, बढ्दो दक्षता र बढ्दो दिगोपनको लागि बढ्दो बजार मागहरू पूरा गर्न यी मेसिनहरूलाई निरन्तर नवीनता दिन प्रतिबद्ध छौं। KT2