سيستم كنترلي كمپرسور هوا معرفي شده در اين نوآوري، يك سيستم كنترل جامع با هدف جلوگيري از رخداد پديده هايي مثل سرج و استال و حفظ پايداري سيستم در تمام محدوده عملكرد طراحي شده است. ناپايداري هاي مذكور به علت اِعمال بارهاي مكانيكي و حرارتي بزرگ بر پره ها ميتوانند منجر به تخريب كمپرسور گردند. بنابراين جلوگيري از ورود به چنين محدوده هايي از ناپايداري ميتواند روي راندمان، عمر قطعات و در نهايت هزينه هاي پروژه تأثيرات مطلوبي بگذارد. به همين منظور در طراحي و نوآوري حاضر سيستم كنترل يكپارچه به منظور كنترل موقعيت شيرهاي برچين كم‌فشار و پرفشار و پره‌هاي راهنماي ورودي كمپرسور طراحي و توسعه داده شد. در اين طراحي به منظور افزايش مقاومت سيستم موقعيت اين اجزا به صورت تابعي از دور محور كمپرسور و نيز دماي هواي ورودي به آن استخراج شد. با توجه به نرخ تغييرات سريع موقعيت پره‌هاي راهنما با دور و دماي ورودي كمپرسور در ابتداي بارگذاري تا باركامل، در اين نوآوري از يك سيستم سوئچينگ با دو كنترلر تناسبي و تناسبي-انتگرالي به منظور تسريع پاسخ سيستم و صفر كردن فراجهش استفاده شد. همچنين سيستم مورد ادعا ضمن حفظ پايداري سيستم، ميزان توليد آلاينده ها را با كنترل موقعيت شير برچين پرفشار و دبي هواي ورودي به محفظه احتراق و در نتيجه كنترل دماي شعله تا حد مطلوبي در بار جزئي كاهش مي‌دهد.

سيستم كنترلي يكپارچه توربين گاز دومحوره معرفي شده در اين نو¬آوري، سيستم كامل و فشرده¬اي است كه تمام جزئيات توربين در آن گنجانده شده است. مشخصه¬هايي همچون دما، فشار و سرعت در نقاط مختلف توربين گاز جهت كنترل اين سيستم پيچيده مورد استفاده قرار مي¬گيرد. كنترل وضعيت پايدار توربين در سرعت و بار مطلوب، ممانعت از ورود سيستم به محدوده¬هاي ناپايدار، حفظ پايداري شعله با حداقل آلايندگي، محدود كردن دماي ورودي توربين و محدود كردن نسبت فشار شيرهاي سوخت به منظور حفظ عملكرد پايدار آن‌ها مجموعه نكاتي هستند كه در طراحي اين سيستم كنترلي در نظر گرفته شده‌اند. بر اين اساس، سيستم كنترلي از چندين تنظيم كننده تشكيل شده است تا جريان سوخت مورد نياز براي محفظه احتراق را تأمين كند. از طرفي شرايط راه¬اندازي و توقف توربين گاز همواره مقارن با سرعت¬هاي اندك شفت مي-باشد. در اين سرعت¬هاي اندك، همواره امكان رخداد پديده¬هاي نامطلوبي نظير سرج و استال در كمپرسور هوا وجود دارد. روش¬هاي گوناگوني براي مواجهه با اين پديده¬هاي نامطلوب تاكنون ارائه شده است. در اين نوآوري، شير برچين كم¬فشار و شير برچين پرفشار جهت جلوگيري از پديده¬هاي سرج و استال طراحي شده است. از پره‌هاي راهنماي ورودي نيز جهت كنترل دبي هواي ورودي و جلوگيري از سرج و استال سيستم در تمام بازه عملكرد آن استفاده شد، براي اين منظور علاوه بر دور محور كمپرسور از دماي هواي ورودي نيز براي اصلاح موقعيت آن استفاده شد. در نهايت با طراحي كنترلر ACPL فشار خروجي كمپرسور با تنظيم جريان گرمايي محدود شده و از بروز سرج جلوگيري شد. عملا در بار كامل و زماني كه پره‌هاي راهنماي ورودي در بازشدگي كامل هستند، كنترلر ACPL كنترل سرج را به عهده دارد.

بليد طبقات دوم و سوم توربين كه داراي شراد و دندانه نشتي روي آن مي‌باشند، جريان نشتي قابل ملاحظه‌اي دارند. افت‌هاي ناشي از جريان نشتي باعث كاهش عملكرد آئروديناميكي طبقات مي‌شود. بنابراين در اختراع حاضر از هندسه لانه زنبوري روي شراد سگمنت بهره برده شد كه باعث كاهش انرژي جريان و افت‌هاي ناشي از نشت جريان مي‌شود. همچنين با توجه به امكان برخورد دندانه‌هاي نشتي با لانه زنبوري در فرآيند گذراي توربين، از تيغه برنده روي شراد بليد استفاده شده است تا از خرابي و خوردگي بيش از حد لانه زنبوري جلوگيري شود. اختراع ارائه شده منجر به افزايش راندمان طبقات دوم و سوم توربين، افزايش راندمان كل توربين و توان خروجي بالاتر شده است. همچنين قابلت اطمينان بالا و پايداري از جمله مزاياي قابل توجه اين طرح مي‌باشد.

اختراع كنترلر جانبي توربين گاز براي استحصال حداكثر توان، طرح جديدي براي افزايش توان خالص خروجي توربين‌هاي گازي با اصلاح نقطه مرجع دماي اگزوز است. سيستم كنترل توربين‌هاي گازي نقطه كاري موتور در حالت بار پايه را با تعيين نقطه مرجع دماي گازهاي خروجي از توربين بر حسب فشار نسبي هواي خروجي از كمپرسور با استفاده از يك رابطه ساده‌سازي شده خطي، تعيين مي‌كند. در حالت كلي رابطه بين دماي گازهاي خروجي از توربين و فشار هواي خروجي از كمپرسور براي عملكرد حداكثري موتور، يك رابطه غير خطي است و علاوه بر فشار هواي خروجي از كمپرسور به دما و رطوبت هواي ورودي به كمپرسور و همچنين ميزان افت فشار در داكت اگزوز بستگي دارد. فرسودگي قطعات توربين نيز عامل ديگري است كه منجر به كاهش نقطه مرجع دماي اگزوز و افت عملكرد موتور مي‌شود. در اين نوآوري با شبيه‌سازي عملكرد موتور اختلاف دماي لازم براي جبران افت عملكرد موتور در شرايط بار كامل اندازه‌گيري شده و به نقطه مرجع دماي اگزوز افزوده مي‌شود تا حداكثر توان قابل استحصال از موتور در شرايط بار كامل بدست آيد. اين كار موجب افزايش توان توربين‌هاي گازي موجود شده و در مواردي كه از توربين گاز در سيكل تركيبي استفاده مي‌شود، افزايش توان واحد بخار را نيز در پي دارد. همچنين افزايش حدود 2 درجه‌اي حداكثر زاويه IGV باعث افزايش دبي هوا و نسبت فشار كمپرسور شده و افزايش توان موتور را به دنبال دارد.

در اين نوآوري، خنك‌كاري مارپيچي چند كاناله براي پره‌هاي ثابت طبقه دوم توربين گاز ارائه گرديده است. مسير خنك¬كاري داخلي براي پره¬هاي توربين گاز در اختراع حاضر، بگونه‌اي است كه تكنولوژي‌هاي خنك‌كاري بكار رفته شده در هر ناحيه از پره، متناسب با بارحرارتي گاز داغ خارجي آن ناحيه مي‌باشد. بدين ترتيب مقدار دبي سيال خنك‌كن كاهش يافته، توزيع يكنواخت‌تري براي دماي پره حاصل و در عين حال راندمان توربين افزايش مي‌يابد. در روش‌هاي متداول فعلي، به دليل پائين بودن راندمان خنك¬كاري پره و همچنين عدم تطابق ميان خنك¬كاري قسمت¬هاي مختلف پره با بار حرارتي وارده از سمت گاز داغ خارجي، مقدار قابل توجهي از سيال خنك¬كن براي خنك¬كاري هر پره مصرف مي¬شود. بدين ترتيب نقاط حساس از جريان كافي براي خنك¬كاري بهره برده اما در عين حال قسمت¬هاي ديگر پره بيش از اندازه خنك مي¬شوند. در مواردي نيز با مصرف دبي خنك‌كاري كمتر از مقدار مورد نياز در نقاط بحراني، باعث به وجود آمدن نقاط داغ در پره و در نهايت كاهش عمر آن مي‌شود. با توجه به حساسيت لبه حمله(قرارگيري در معرض گاز داغ با دماي بالا)، براي خنك‌كاري آن از تكنولوژي ريب با گام كوچك، بمنظور افزايش ضريب انتقال حرارت استفاده شده¬است. براي خنك‌‌‌كاري قسمت¬هاي مياني پره، سه مسير مجزا ايجاد شده تا كنترل مناسب روي جريان ايجاد شود. براي خنك¬كاري اين نواحي از فناوري ريب به منظور افزايش ضريب انتقال حرارت استفاده شده است. نحوه قرارگيري ريب براي هر يك از اين مسيرها با توجه شرايط دمايي آن انتخاب شده است. براي خنك‌كاري لبه فرار از تركيب ريب¬هاي شكسته، پين¬فين و در نقاط انتهاي از پين¬هاي كشيده استفاده شده¬است. در انتهاي لبه فرار بدليل نازك بودن پره، احتمال آسيب حرارتي بالا است. بعلاوه نازك بودن پره در اين مكان استفاده از آشفته ساز‌ها را مشكل مي‌كند. پين¬فين‌ها و پين¬هاي كشيده علاوه بر افزايش ضريب انتقال حرارت، سطح انتقال حرارت را نيز افزايش مي‌دهد. استفاده از پين‌فين در لبه فرار سبب افزايش استحكام و عمر پره در اين ناحيه مي‌گردد.

اختراع حاضر به طراحي و آلياژسازي سوپرآلياژ ارتقا يافته پايه نيكل و در نهايت ريخته‌گري و توليد آن به عنوان مواد بكار رفته در پره‌هاي متحرك توربين‌هاي گازي منجر مي‌شود. تا پيش از اين، از سوپرآلياژ پايه نيكل و پلي‌كريستال IN792 به عنوان سوپرآلياژي با حداكثر خواص مورد انتظار از ديد طراح، براي كاربرد در پره‌هاي متحرك رديف اول توربين‌هاي گازي استفاده مي‌شد. در حال حاضر سوپرآلياژ اختراع شده با ارتقاء خواص مكانيكي و متالورژيكي مدنظر در پره‌هاي متحرك توربين نظير خواص خزشي، كشش، اكسيداسيون و قابليت ريخته‌گري نسبت به سوپرآلياژ پايه IN792، به عنوان سوپرآلياژي مستعد و پركاربرد در پره‌هاي متحرك رديف اول توربين‌هاي گازي استفاده مي‌شود.

در اين اختراع ايرفويل كاهش يافته براي پره ثابت رديف اول توربين گاز صنعتي ارائه گرديده است. پره ثابت رديف طبقه اول توربين در اختراع حاضر در مقاطع دو بعدي با هدف كاهش تعداد پره بازطراحي شده است. كاهش تعداد پره باعث افزايش بارگذاري بر روي سطح وين و افزايش افت‌هاي آئروديناميكي توربين مي‌شود. بنابراين بازطراحي بگونه‌اي صورت گرفته است كه كمترين ميزان كاهش راندمان عملكردي توربين حاصل شود. كاهش تعداد پره باعث كاهش جريان‌ خنك‌كاري مورد نياز و در نتيجه ذخيره دبي مي‌شود. بنابراين دبي عبوري از توربين افزايش يافته كه منجر به افزايش راندمان توربين و موتور مي‌شود. لازم به ذكر است به واسطه كاهش تعداد پره، پلتفرم هاي وين طبقه اول نيز اصلاح شده‌اند و تعداد ايرفويل‌هاي هر سگمنت كاهش يافته است. همچنين در نتيجه اين طراحي هزينه‌هاي ساخت و قابليت اطمينان بهبود داشته است.

توربين گازي نقش قابل‌توجهي در توليد توان در صنايع انرژي ايفا مي‌كند. از طرفي، روش‌هاي پايش وضعيت در سال‌هاي اخير اهميت قابل‌توجهي در صنايع مختلف از توربين هوايي تا توربين گازي صنعتي داشته‌ و رقابت قابل‌توجهي در اين زمينه وجود دارد. با توجه به اهميت پايش وضعيت توربين گازي در كاهش هزينه و ريسك واماندگي‌هاي فاجعه‌بار، هدف كلي اين اختراع، ارائه يك ماژول پايش وضعيت توربين‌هاي گازي به‌منظور پايش آسيب و عمر مصرف شده معادل در توربين گازي به همراه ارائه برنامه تعميرات و رژيم بهره‌برداري به صورت برخط است. بدين منظور، ابتدا توابعي براي تخمين دماي فلز، تنش، كرنش و عمر خزشي براي نواحي مختلف از هر يك از قطعات بخش داغ توربين گازي بر حسب پارامترهاي عملكردي توربين (مانند سرعت روتور و دماي ورودي توربين) بدست مي‌آيد. در ادامه با مشخص بودن اين توابع و دريافت برخط داده‌هاي عملكرد، عمر مكانيزم‌هاي مختلف آسيب (مانند اكسيداسيون پوشش، خستگي كم‌چرخه، زوال ماده و خزش) بر اساس مدل‌هاي مبتني بر فيزيك مساله در هر ناحيه از هر قطعه بدست مي‌آيد. متعاقبا، ضرايب عمر بر اساس نسبت عمر طراحي قطعه به عمر مصرف شده بدست آمده و حداكثر مقدار آن در بين قطعات به عنوان ضريب عمر توربين معرفي مي‌شود. از حاصل‌ضرب اين ضريب عمر در زمان واقعي مصرف شده توربين، زمان مصرف شده معادل و زمان باقي‌مانده تا تعميرات تخمين زده مي‌شود. همچنين، با محاسبه پارامتر آسيب تجمعي هر مكانيزم در نواحي مختلف از يك قطعه، نوع و موقعيت آسيب بحراني قابل پيش‌بيني است. در نهايت، با تعيين زمان جديد تعميرات توسط بهره‌بردار و مقايسه آن با عمر باقي‌مانده معادل محاسبه شده، رژيم بهره‌برداري جديد با در نظر داشتن هزينه و ريسك تعجيل يا تعويق زمان تعميرات با حفظ قابليت اطمينان و بيشترين در دسترس‌پذيري ارائه مي‌شود.

دستگاه تست جديدي تحت عنوان "دستگاه تست سايش با مكانيزم صفحه روي صفحه و با قابليت شبيه‌سازي توامان محيط دما بالا و فركانس بالا " طراحي شده است. با توجه به بررسي‌ خرابي‌هاي صورت گرفته در قطعات محفظه احتراق توربين گاز اكثر آن‌ها در دوره‌هاي بازرسي دچار آسيب ناشي از سايش بوده‌اند. جهت شناسايي پوشش‌هاي ضدسايش و مقايسه كيفي آن‌ها و همچنين استخراج پارامترهاي مورد نياز در تخمين عمر سايشي، نيازمند انجام تست‌هاي سايش مطابق با شرايط كاركرد واقعي قطعات محفظه احتراق توربين گاز مي‌باشد. با توجه به شرايط كاركرد واقعي محفظه احتراق، وجود دستگاه تست سايش با در نظر گرفتن توامان شرايط محيطي دما بالا و فركانس بالا نياز صنعت است و با توجه به خلاء موجود در اين موضوع، طراحي و ساخت دستگاه تست سايش كه بتواند شرايط واقعي كاركرد قطعه را شبيه‌سازي كند، هدف اين اختراع است. در اختراع حاضر از مكانيزم رفت و برگشتي صفحه روي صفحه استفاده شده است تا توصيف دقيقي از رفتار سايشي ماده به دست آيد. جهت انجام تست فركانس بالا از سيستم سيستم ارتعاشاتي-مغناطيسي به عنوان مولد حركت نوساني و از كوره حرارتي براي تامين محيط تستي دما بالا استفاده شده است

در اين نوآوري، سيستم يكپارچه مجموعه فن تهويه عمودي اتاق توربين گاز با سيستم فيلتراسيون هواي ورودي توربوكمپرسور فراساحلي ارائه شده است. وجود محدوديت هاي بالا در شرايط فراساحلي و دريايي منجر مي گردد تا مقدار وزن و فوت پرينت پكيج تا حد قابل قبولي پايين باشد. همچنين الزامات شرايط فراساحلي ايجاب مي كند تا دسترس‌پذيري اجزاء نيز از مقدار بالايي برخوردار باشد. اختراع حاضر براي حل اين مسأله ابداع شده و مورد استفاده قرار مي گيرد. در اين روش ورودي هواي تهويه اتاق توربين از ورودي جداگانه اي برخوردار نيست و به اتاق فيلتر متصل شده است. با توجه به طراحي هاي انجام گرفته اتاق فيلتر از چهار مرحله فيلتر به ترتيب لوور، پيش فيلتر با گريدG4، فيلتر استاتيكي با گريدF8 و فيلتر استاتيكي با گريدE12 استفاده شده است. به منظور دستيابي به هواي تميز براي فن تهويه اتاق توربين، داكت جانبي متصل به اتاق فيلتر پس از مراحل ابتدايي اتاق فيلتر وصل شده است. از آنجايي كه براي هواي تهويه اتاق فيلتر همانند هواي ورودي موتور به كيفيت بسيار بالايي نياز ندارد، مسير جريان هواي تهويه از فيلتر استاتيكي مرحله آخر با گريدE12 عبور نمي كند. براي تعيين تعداد فيلترها نيز در مراحل پيش فيلتر با گريدG4 و فيلتر استاتيكي با گريدF8 كه قبل از داكت انتقال جانبي به فن تهويه قرار دارند از مجموع دبي موتور و تهويه استفاده شده و براي مرحله فيلتر استاتيكي با گريدE12 تنها از دبي موتور استفاده گرديده است.