Sådan forhindrer kabinetventilation effektreduktion i små gasturbinegeneratorer

Ventilation af indkapslingen betragtes ofte som et tilbehør til en pakke med en lille gasturbinegenerator. I praksis kan den afgøre, om enheden leverer sin forventede elektriske effekt i de varmeste driftsperioder. Når der ophobes varme inde i en indkapsling, kan turbinen indsuge luft, der er væsentligt varmere end den omgivelsestemperatur, som dens mærkeeffekt er baseret på. Det deraf følgende tab af lufttæthed reducerer masseflowet gennem kompressoren og kan medføre en reduktion af den tilgængelige effekt.

For indkøbsteams er dette ikke blot et spørgsmål om køling. En pakke kan opfylde sin mærkeeffekt under åbne eller godt ventilerede testforhold, men alligevel blive nedreguleret i drift, fordi indkapslingsluften recirkulerer, udstødningsvarme trækkes tilbage mod luftindtaget, eller ventilationskapaciteten ikke svarer til den installerede varmebelastning. Det praktiske mål er at holde turbinens indløbsmiljø tæt på den omgivelsestilstand på stedet, der er forudsat i ydelsesgarantien, samtidig med at elektrisk udstyr og hjælpeudstyr beskyttes mod for høj temperatur.

Hvorfor varme i indkapslingen medfører nedregulering af generatoren

En gasturbine afhænger af massen af den luft, der kommer ind i kompressoren. Når indløbstemperaturen stiger, bliver luften mindre tæt. For en given kompressorstørrelse og rotationsgrænse er der mindre luftmasse til rådighed for forbrændingen. Styresystemet kan reducere brændstoftilførslen eller begrænse turbinetemperaturen for at holde sig inden for sikre driftsgrænser. Generatoren producerer dermed mindre effekt, selv om der ikke er nogen mekanisk fejl.

Varme i indkapslingen kan forstærke den normale effekt af et varmt klima. Et anlægssted kan have en høj omgivelsestemperatur om dagen, hvilket allerede reducerer turbinens ydelse. Hvis indkapslingen tilføjer endnu en temperaturstigning mellem udeluften og pakkens indtag, kan den tilgængelige kapacitet falde under den belastning, som køberen forventede, at enheden kunne bære. Dette forskel er særligt problematisk, hvor generatoren understøtter kontinuerlige procesbelastninger, kritiske pumper, kompressionshjælpeudstyr eller fjerndrift med begrænset reservekapacitet.

Ventilation påvirker også mere end blot turbinens indløbsluft. Varme forhold i indkapslingen kan reducere driftsmarginen for generatorviklinger, styretavler, batterier, kabelisolering, smøreolieudstyr og elektroniske styringer. Enheden kan fortsætte med at køre, men gentagen eksponering for høje temperaturer kan øge antallet af alarmer, udkoblinger, vedligeholdelsesbehov og usikkerhed omkring pålidelig tilgængelig effekt.

Ventilationsdesignet skal styre luftstrømmen, ikke blot flytte luft

Et højt luftflowtal for en ventilator alene dokumenterer ikke et effektivt indkapslingsdesign. Luften skal komme ind på hensigtsmæssige steder, føre forbi varmeproducerende udstyr og forlade systemet uden at skabe kortslutning mellem tillufts- og udsugningsåbninger. Dårligt rettet ventilation kan efterlade varme zoner omkring turbinepakken eller elskabet, mens en stor del af køleluften passerer uden om disse komponenter.

Et funktionelt design tager normalt hensyn til fire sammenhængende strømningsveje:

• Forbrændings- og turbineindtagsluft: Indtaget bør trække den køligst mulige tilgængelige luft ind og beskyttes mod recirkulation af udstødningsfanen.
• Ventilationsluft til indkapslingen: Frisk luft skal optage varme fra turbinekapslingen, generatoren, tilbehøret og lokale rørføringer, før den forlader indkapslingen.
• Luftstrøm fra radiator eller køler: Når pakkens køleudstyr afgiver varme til eller gennem indkapslingen, må dets udblæsningsvej ikke hæve temperaturen ved turbinens indtag.
• Udstødningsafledning: Udstødningsføringen skal forhindre varme gasser i at komme ind igen gennem lameller, indtagsfiltre eller nærliggende bygningsåbninger under de forventede vindforhold.

Disse veje bør gennemgås samlet. En ventilationsventilator kan være korrekt dimensioneret, mens det samlede system stadig svigter, fordi en udstødningsskorsten udleder nær indtagssiden, en lamel har for stort tryktab, eller en vejrhætte blokerer for effektiv lufttilførsel. I en kompakt skid kan selv mindre ændringer i layoutet ændre varmens vej og skabe recirkulation, som ikke var til stede under en test af en åben pakke.

Temperaturstigningen er den vigtige indkøbskontrol

Købere bør bede leverandøren om at definere den forventede temperaturstigning i indkapslingen over omgivelsestemperaturen på stedet ved den tilsigtede drift, frem for at acceptere en generel erklæring om, at pakken er “ventileret”. Designgrundlaget bør skelne mellem udetemperaturen, lufttemperaturen ved turbineindtaget og den højeste lokale temperatur i indkapslingen nær følsomme komponenter. Disse er relaterede værdier, men de kan ikke bruges i stedet for hinanden.

Det nødvendige ventilationsvolumen bestemmes af den varme, der afgives i indkapslingen, og den acceptable temperaturstigning for ventilationsluften. Denne varmebelastning kan omfatte stråling og konvektion fra turbinen, generatortab, smøreoliesystemer, elektrisk udstyr, ladere, belysning og eventuelt køleudstyr, der er placeret i samme rum. En beregning, der kun tager hensyn til turbinekapslingen, kan undervurdere belastningen. Omvendt kan specifikation af mere luftflow uden hensyn til lameltab, kanalmodstand, ventilatorens statiske tryk og tilluftsåbninger skabe et design, der fungerer dårligt efter installationen.

Det rette acceptkriterium afhænger af turbinemodellen og forholdene på stedet. Indkøbsdokumenter bør derfor anmode om leverandørens angivne omgivelsesklassificering, tilladte turbineindløbstemperatur, ventilationsdesigntemperatur og de driftsforhold, der er anvendt i effektberegningen. Hvis den krævede effekt skal være tilgængelig ved en bestemt høj omgivelsestemperatur, bør dette krav være udtrykkeligt angivet. “Mærkeeffekt” uden en defineret omgivelsestilstand giver mulighed for en undgåelig uoverensstemmelse.

Anlægslayoutet kan modvirke en veldesignet pakke

Ventilationen af indkapslingen påvirkes af installationsforhold, som kan ligge uden for generatorleverandørens standardscope. En pakke installeret op mod en væg, under en baldakin, inde i en procesbygning eller i en smal udstyrskorridor vil ikke have samme luftstrøm som en fritstående enhed. Nærliggende udstyr kan blæse varm luft mod generatorens indtag. Vind kan enten forbedre udsugningen eller presse udstødning og varm ventilationsluft tilbage mod lamellerne.

Støv og luftbårne forurenende stoffer tilføjer endnu et risikolag. Filtrering er nødvendig for at beskytte turbinen, men snavsede filtre øger indtagsmodstanden og kan reducere den leverede luftstrøm. Ventilationslameller og insektnet samler også snavs. På steder med fint støv, saltholdig luft, olietåge eller sæsonbestemt affald bør adgang til inspektion og rengøring betragtes som en del af indkapslingsdesignet frem for en efterfølgende vedligeholdelsesopgave.

Ved bore- eller feltstrømsapplikationer kan generatoren arbejde tæt på dieseldrevet udstyr såsom enmudderpumpe. Placeringen af disse belastninger har betydning. Deres radiatorudblæsning, motorudstødning og støvfane bør ikke kunne bevæge sig mod turbineindkapslingens indtag. En kapacitetsberegning kan være korrekt på papiret og stadig medføre nedregulering, hvis generatoren placeres i den varme luftstrøm fra tilstødende maskiner.

Almindelige antagelser, der fører til undgåelig nedregulering

En almindelig antagelse er, at en indkapslingsventilator med en stor nominelt luftstrøm automatisk giver tilstrækkelig køling. Ventilatorværdier offentliggøres ofte under bestemte statiske trykforhold. Installerede kanaler, lameller, filtre, lyddæmpere og beskyttelsesgitre kan reducere den faktiske luftstrøm betydeligt. Det installerede driftspunkt, ikke katalogmaksimumet, er det afgørende.

En anden antagelse er, at generatorrummet kun behøver at opfylde en generel temperatur for personalekomfort. Turbinens ydelse er mere følsom over for temperaturen på den luft, der kommer ind i kompressoren, end over for gennemsnitstemperaturen andre steder i rummet. Et rum kan føles tilstrækkeligt ventileret, mens en lokal varm lomme øger turbinens indløbstemperatur.

Det er også risikabelt at basere sig på en enkelt temperatursensor. Sensorer, der er placeret væk fra indtaget, i en zone med høj luftstrøm eller nær en kølig væg, kan muligvis ikke afsløre recirkulation. Temperaturovervågningen bør dække turbineindtagsområdet og relevante zoner i indkapslingen, med alarmer indstillet til at udløse undersøgelse før en udkobling ved høj temperatur eller tilbagevendende manglende effekt opstår.

Hvad der bør anmodes om før en ordre afgives

En indkøbsgennemgang behøver ikke at foreskrive alle detaljer om kanaler og ventilatorer, men den bør fastlægge den dokumentation, der er nødvendig for at vurdere eksponeringen for nedregulering. Nyttige leverandørleverancer omfatter en generel tegning af indkapslingen, der viser luftindtag og udløb, oplysninger om ventilationsluftstrøm og statisk tryk, antagelser om varmeafgivelse, udstødningsføring, filterspecifikation samt grundlaget for generatorens ydelse ved den angivne temperatur og højde på stedet.

Det er også fornuftigt at definere ansvaret for grænsefladen mellem den pakkede indkapsling og installationen. Når projektet tilføjer en bygning, en akustisk indkapsling, eksterne kanaler eller et fælles ventilationssystem, er de oprindelige antagelser for pakkens ydelse muligvis ikke længere gyldige. Den part, der er ansvarlig for at bekræfte de endelige luftstrømningsveje, bør identificeres, før udstyret leveres.

Ventilation bør vurderes som en del af den tilgængelige effekt, ikke som en separat indkapslingsfunktion. Når luftstrømningsvejen er konstrueret til den faktiske omgivelsestilstand, varmekilder, installationsgeometri og vedligeholdelsesmiljø, har en lille gasturbinegenerator langt bedre mulighed for at levere sin planlagte ydelse uden rutinemæssig nedregulering ved høj temperatur.