Inovace turbínové řady SST300

Na přelomu let 2006 a 2007 dokončila společnost Siemens Industrial Turbomachinery v Brně vývojové práce na inovaci turbínové řady označené ve výrobním programu Siemens jako SST-300. Jde o řadu průmyslových parních turbín se stavebnicovou architekturou, které mají mezi vlastní turbínou a generátorem převodovku. Parametrový rozsah těchto turbín je: výkon.............................. 12÷50 MW vstupní tlak ...................... do 120 bar vstupní teplota .................. do 520 °C Aplikační rozsah ? turbíny protitlakové (především procesní aplikace) ? turbíny topné s dvouhrdlovou výstupní skříní pro dvoustupňový ohřev topné vody (především teplárenské aplikace) ? turbíny kondenzační (především výroba elektřiny) Všechny tři typy aplikací turbín mohou být vybaveny až dvěma regulovanými odběry. Regulované odběry se mohou nacházet v tlakových úrovních ? 1,3÷25 bar pro turbíny s jedním regulovaným odběrem ? 1,3÷25 bar, 25÷45 bar pro turbíny se dvěma regulovanými odběry PŮVODNOST ŘEŠENÍ Stavebnicová řada turbín SST-300 umožňuje nalézt pro konkrétní podmínky zákazníka spolehlivé a ekonomicky efektivní řešení, které je z hlediska účinnosti rovnocenné s turbínami konstruovanými „na míru“ bez použití standardizace. Kombinací dvou neměnných odlitků turbínové skříně (viz obr. 1 a 2) se svařovanými či litými výstupními hrdly lze nyní sestavit 36 alternativ turbín lišících se jak velikostí výkonu, tak svým určením. Zvýšit tento počet alternativ na 72 bylo umožněno doplněním druhého typu vstupních ventilových partií. Nejvýznamnější zlepšení tohoto řešení: změna konstrukce původní pevné odlévané turbínové skříně řady parních turbín SST-300 pro aplikace bez nebo s jedním regulovaným odběrem. Dřívější maximální vázané parametry vstupní páry 90 bar, 510 °C byly zvýšeny, dále vývoj zcela nové odlévané turbínové skříně pro aplikace se dvěma regulovanými odběry. I tato skříň je zkonstruována pro uvedené zvýšené parametry vstupní páry. Alternativně je možné skříň použít pro aplikace s pěti neregulovanými odběry (viz obr. 2) a k původní alternativě regulačních ventilů dvousedlového typu byla přidána alternativa jednosedlová se zvýšenou účinností. Protože se jednalo o inovaci turbín, byla využita vhodná dříve zkonstruovaná výstupní hrdla. Při vývoji byl kladen důraz na proveditelnost přírubového spoje mezi litou turbínovou skříní a výstupním hrdlem pro všech 36 alternativ. Odlévané turbínové skříně byly analyzovány i z hlediska přípustných mechanických a tepelných namáhání pomocí systému ANSYS 10.0. Dalším významným faktorem pro vývoj nové konstrukce turbínových skříní bylo respektování vlastností všech velikostí rotorů, jež připadají pro tuto řadu v úvahu. Splnění tohoto kriteria zaručilo mechanickou proveditelnost navrhovaného řešení. Vezmeme-li v úvahu, že v rámci každé z 36 variant lišících se především ložiskovou vzdáleností existují ještě dílčí varianty velikosti patního průměru rotoru, je zřejmý komplexní dopad inovace na celý produkt označený SST-300. Realizovaná opatření přináší nejen parametrová zlepšení samotné řady turbíny, ale též otevřela možnosti pro následné inovace ve výrobním procesu. Konstrukční dokumentace byla zpracována v 3D CAD systému Pro/Engineer 2001. Vytvořené geometrické modely jsou již nyní výhodně využity při programování obráběcích strojů, měření a podobně. Příklady ukazují jak lze rozličné typy kompletních turbinových skříní sestavit z komponent turbinové řady SST–300. Výstupní hrdla různých velikostí umožňují jak radiální, tak axiální výstup, viz obr. 3, resp. 4. Takto vzniká standardizovaný systém kombinací dvou skříní turbin a výstupních hrdel pro mnohem širší spektrum aplikací. Vedle nových popsaných prvků využívá inovovaná turbínová řada osvědčené konstrukční prvky, vysoce hodnocené a žádané zákazníky, které byly z těchto důvodů zachovány. Proto řešení není chráněno právními prostředky. POSTAVENÍ NA TRHU, EFEKTIVNOST Z hlediska postavení na světovém trhu parních turbín pro průmyslové aplikace je inovovaná řada turbín SST- 300 velmi úspěšným produktem. Příčina tohoto úspěchu spočívá ve správné volbě charakteristik SST-300, přesně zapadajících do požadavků širokého spektra zákazníků segmentu trhu průmyslových parních turbín. Zásadní je také zdařilý poměr mezi odlévanými a svařovanými částmi a racionálně minimalizovaná velikost odlitků splňující bez úprav většinu požadavků v tomto tržním segmentu. Za významný klad řady SST-300 je možné považovat i ideální rozvržení možností regulovaných a neregulovaných odběrů s vhodnými výstupními hrdly. PŘÍRŮSTEK TRŽEB Důsledkem popsaného rozšíření použitelnosti turbín s výrazným ekonomickým potenciálem je, že dříve nestandardizované typy turbín mohou být nahrazeny produktem SST-300. Tím dochází k optimalizaci a výrazné úspoře nákladů na jejich produkci, a tím k jejich snížení o ca 2,5 % na jeden stroj. Díky inovaci stávajících produktů společnost získala další zakázky, které by s jiným produktem nebyly získány, inovační počin tak má podstatný ekonomický přínos. Odhadovaný dopad do tržeb společnosti Siemens Industrial Turbomachinery: nárůst tržeb díky zavedení inovovaného produktu na trh krytého SST- 300 je vyčíslen na 4 %. Čili za rok, kdy je nové řešení nabízeno na trhu, se zisky z něj odhadují ve výši 190 mil. korun. Odhadovaný dopad do investic zákazníka: zakázky SST-300 získané na základě zvýšených vstupních parametrů, zvýšených parametrů odběru a na základě optimalizované průtočné části v důsledku použití nově vyvinutých variant skříní přinesly zákazníkům celkovou úsporu investičních prostředků po jednom roce prodeje 33 mil. korun. VLIV NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ Dopady inovace turbínové řady SST- 300 na životní prostředí jsou především nepřímé. Standardizace přináší především výhodu menší energetické náročnosti výroby turbín této řady. Svými ekologickými parametry splňuje jak produkt, tak i jeho výroba normy ISO 14000 Dalším důležitým výsledkem inovace je zvýšení účinnosti na základě: ? využití jednosedlových ventilů snižujících tlakovou ztrátu ventilů, projevující se zvýšením účinnost turbíny až o 1 %, ? zvýšení možnosti optimalizace průtočné části (díky prodloužení ložiskové vzdálenosti) a regulačních ventilů, projevující se zvýšením účinnost turbíny až o 1-3 %, a tím vyšší výsledné účinnosti turbíny.) Uvedené potenciální zvýšení účinnosti má podstatné dopady do spotřeby primárních paliv. Při nárůstu účinnosti turbíny o ~1 % dojde k poklesu spotřeby spalovaného paliva až o 3 % (pro čistě kondenzační provoz), tj. k výraznému snížení emisí škodlivých látek do ovzduší. /r/