62 MAKALE / ARTICLE Motorun Geliştirme Testleri Test Motoru MHI' nin Yokohama Tersane ve Makine İşletmeleri'ndeki Kanazawa Güç Santralında çalışmakta olan 12KU30G tipi buji ateşlemeli bir gaz motoru 6 silindirli ve pilot ateşlemeli motora dönüştürülerek performans ve güvenilirlik testlerine tutuldu. İlk önce bir silindirde dönüşüm yapılarak karşılaştırmalı olarak optimum performans tespiti için testler başlatıldı. Sonra tüm silindirler dönüştürülerek performansların nihai değerlendirilmesi yapıldı ve kontrol sistemi başta olmak üzere diğer tüm sistemlerin güvenilirlik testleri defalarca yapıldı. Güvenilirliğin Onay Testleri MACH30G motorunun geliştirilmesi sırasında, en önemli nokta ön yakıt sisteminde yakıt koklarının enjektör deliklerinin tıkanmasının engellemesini temin etmekti. Mikro ateşlemeli sistemlerde, yakıtın enjektörler üzerindeki soğutma etkisi düşük olduğundan zaman içerisinde enjektör aşırı ısınmakta ve oluşan yakıt kokları enjektör memesindeki delikleri tıkayabilmektedir. Bu problemi tamamı ile çözmek üzere, MHI tarafından ön yanma odasının çeperindeki sıcaklıklar detaylı bir şekilde hassasiyetle ölçüldü ve FEM (Sonlu Elemanlar Yöntemi) kullanılarak en etkili enjektör soğutmasını geliştirmek üzere ısı akışı hesapları yapıldı. Ön yanma odası şekli ve enjektör memesi oturma tablasının optimizasyonu sayesinde ilk halde oluşan sıcaklık seviyelerinden takribi 100 °C düşülerek hedef sıcaklık olan 180 °C'nin de 20-30 °C altına inildi. Öte yandan MACH30G'nin nihai dizaynında işletmede güvenilirliği kanıtlanmış olan KU30 motorunun yanma odası ve silindir kafasındaki standart sıcaklık dereceleri aynı mertebelerde tutuldu. Performans Testleri Gerçek motor üzerinde yüksek verimi temin etmek üzere, sıkıştırma oranı, piston şekli, pilot yakıt püskürtme koşulları, ön yanma odası özellikleri (kapasite, enjektör deliği sayısı, enjektör çapı, deliklerin açısı) ve emme ve eksoz döngülerinin subap çakışma zamanları parametreleri altında optimizyon için testler yapıldı. Hedeflenen özgül güce yakın bir mertebede, 20 bar ortalama etkin basınç seviyesinde, en yüksek termik verim elde edildi. Pilot yakıt seviyesini motora toplam enerji girdisinin %1' inin altında tutarak da NOx emisyonlarının 0.5 gram/kWh' in altında tutulması sağlandı. Bu NOx seviyeleri mevcutta gaz motorları için konulan tüm sınırlamaların altında kalmakta olup gelecekte daha düşük emis-yon değerlerinin tutturulması için bir eşik olmaktadır. Şekil 9'da MACH30G motorunun KU30G konvensiyonel gaz motoru ile verim performansının ve NOx emisyonlarının bir grafik üzerinde karşılaştırılması yapılmıştır. Tablo 2'de ise buji ateşlemeli gaz motoru ve MACH30G performanslarının bir tablo halinde değerlendirilmesi yapılmaktadır. WZ:WPlı --- I #ili ,...:ı , I � Öze l l ik Pilot Ateşleme Buji Ateşleme Ateş leme Kararlı Ateşleme Bir miktar karasız Enerj isi BOOJ Ateşleme enerjisi 0,1 J Eksik yanma Yok ilk hareket ve düşük yüklerde bir miktar E ksozdaki D üşük Yü ksek yanmamış HC (bilhassa düşük yüklerde) Verim % 44 40 NOx (g/kW h) 0,5 veya altı takribi 1 Vuruntu Marjı Yü ksek Düşük BMEP bar 20 16 (Bujinin çalışma ömrü nedeniyle) ENERJi & KOJENERASYON DÜNYASI Buji ateşleme 45 �------------- 30 '-------"-----'-- - --'------' 5 10 BMEP (bar) 15 20 Pilot ateşleme Şekil 9. MACH30 ve buji ateşlemeli gaz motor verimi ve NOx emisyonları Sonuç MHI tarafından MACH30G ürün kodu ile çağrılan, gelecek nesil gaz motorlarına öncü olacak yüksek verim ve düşük emisyon değerlerine sahip pilot yakıt ön ateşleme düzeneğine sahip bir gaz motoru geliştirilmiştir. Bu yüksek performanslı motorda değişken geometriye sahip turboşarj ünitesi ve "Ortak Yüksek Basınçlı Yakıt Hattı" sistemine sahip pilot yaktı püskürtme sistemi gibi en son teknolojiler kullanılmıştır. Pilot yakıtla yakma sistemi sayesinde her yükte dengeli yanma temin edilirken, pilot yakıt miktarı %1 seviyelerinin altında tutularak öte yanda çok düşük NOx emisyon değerleri başarılmıştır. MACH30G gaz motoru ticari uygulamalarda yüz binlerce işletme yılını geçerek güvenilirliğini kanıtlamış KU30A serisi dizel motorlarla %90'u aşan oranda ortak parçaları taşımaktadır. Geliştirilen ön yanma odası ve enjektör tablası geometrileri sayesinde enjektör ucundaki sıcaklık pikleri istenilen seviyelere getirilerek işletmede enjektör uçlarının koklaşması yüzünden temizlik yapmak için yapılacak ara duruşlar bertaraf edilmiştir. MHI tarafından hali hazırda motorun güvenilirliği ve emisyon sınırlarından taviz vermeden verimin yükseltilmesi çalışmaları aralıksız devam etmektedir. İlk sunumunun yapıldığı 1999 yılından bugüne kadar 32 adet MACH30 motor satılmıştır. 180 MWe kurulu güç mertebesinde bir kurulu güce erişilmiştir. Şekil 10. Yokohama' daki iki adet 18 silindirli MACH30G gaz motorundan oluşan kojenerasyon santralı (11.5 MWe)
RkJQdWJsaXNoZXIy MTcyMTY=