Использование ГТД в промышленности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Использование ГТД в промышленности

1.1 Судостроение

1.2 Железнодорожное машиностроение

1.3 Газотурбинный двигатель для газовой промышленности

2. Примеры российских стационарных ГТУ

2.1 ГТУ для энергетики

2.2 ГТУ судовой промышленности

Заключение

Список литературы



Введение

Газотурбинный двигатель (ГТД): машина, предназначенная для преобразования тепловой энергии в механическую.

Примечание -- Машина может состоять из одного или нескольких компрессоров, теплового устройства, в котором повышается температура рабочего тела, одной или нескольких газовых турбин, вала отбора мощности, системы управления и необходимого вспомогательного оборудования.

Теплообменники в основном контуре рабочего тела, в которых реализуются процессы, влияющие на термодинамический цикл, являются частью газотурбинного двигателя.

Газотурбинная установка, ГТУ: газотурбинный двигатель и все основное оборудование, необходимое для генерирования энергии в полезной форме.

Полезной формой энергии может быть -- электрическая, механическая и другие.



1. Использование ГТД в промышленности

газовый энергетика турбина промышленность

Газотурбинный двигатель (ГТД), тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины. Рабочий процесс ГТД может осуществляться с непрерывным сгоранием топлива при постоянном давлении или с прерывистым сгоранием топлива при постоянном объёме.

В 1791 английский изобретатель Дж. Барбер впервые предложил идею создания ГТД с газогенератором, поршневым компрессором, камерой сгорания и газовой турбиной. Русский инженер П.Д. Кузьминский в 1892 разработал проект, а в 1900 построил ГТД со сгоранием топлива при постоянном давлении, предназначенный для небольшого катера. В этом ГТД была применена многоступенчатая газовая турбина. Испытания не были завершены из-за смерти Кузьминского. В 1900--04 немецкий инженер Ф. Штольце пытался создать ГТД, но неудачно. В 1906 французский инженер Р. Арманго и Ш. Лемаль построили ГТД, работавший на керосине, со сгоранием топлива при постоянном давлении, но из-за низкого КПД он не получил промышленного применения. В 1906 русский инженер В. В. Караводин спроектировал, а в 1908 построил бескомпрессорный ГТД с камерами прерывистого сгорания и газовой турбиной, который при 10 4000 об/мин развивал мощность 1,2 квт (1,6 л. с.). В 1908 по проекту немецкий инженера прерывистым горением составлял 24%, однако они не нашли широкого промышленного применения. В России в 1909 инженер Н. В. Герасимов получил патент на ГТД, который был использован им для создания реактивной тяги (турбореактивный ГТД); в 1913 М. Н. Никольской спроектировал ГТД мощностью 120 квт (160 л. с.) с трёхступенчатой газовой турбиной; в 1923 В. И. Базаров предложил схему ГТД, близкую к схемам современных турбовинтовых двигателей; в 1930 В. В. Уваров при участии Н. Р. Брилинга спроектировал, а в 1936 построил ГТД с центробежным компрессором. В 30-е гг. большой вклад в создание авиационных ГТД внесли советский конструктор А.М. Люлька (ныне академик АН СССР), английский изобретатель Ф. Уиттл, немецкий инженер Л. Франц и др. В 1939 в Швейцарии был построен и испытан ГТД мощностью 4000 квт (5400 л. с.). Его создателем был словацкий учёный А. Стодола. В 1939 в Харькове, в лаборатории, руководимой В. М. Маковским, изготовлен ГТД мощностью 736 квт (1000 л. с.). В качестве топлива использован газ, получаемый при подземной газификации угля. Испытания этого ГТД в Горловке были прерваны Великой Отечественной войной. Большой вклад в развитие и совершенствование ГТД внесли советские учёные и конструкторы: А.Г. Ивченко, В.Я. Климов, Н.Д. Кузнецов, И.И. Кулагин, Т.М. Мелькумов, А.А. Микулин, Б.С. Стечкин, С.К. Туманский, Я.И. Шнеэ, Л.А. Шубенко--Шубин и др. За рубежом в 40-е гг. над созданием ГТД работали фирмы «Юнкерс», «БМВ» (Германия), «Бристол Сидли», «Роллс-Ройс» (Великобритания), «Дженерал электрик» и «Дженерал моторс» (США), «Рато» (Франция) и др. [1]

Наибольшее промышленное применение получили ГТД с непрерывным сгоранием топлива при постоянном давлении. В таком ГТД (рис. 1) сжатый атмосферный воздух из компрессора поступает в камеру сгорания, туда же подаётся топливо, которое, сгорая, нагревает воздух; затем в газовой турбине энергия газообразных продуктов сгорания преобразуется в механическую работу, большая часть которой расходуется на сжатие воздуха в компрессоре. Остальная часть работы передаётся на приводимый агрегат.

Работа, потребляемая этим агрегатом, является полезной работой ГТД.



Рис. 1. Газотурбинный двигатель: 1-центробежный компрессор; 2-Камера сгорания; 3- Топливная форсунка; 4- Сопловой аппарат; 5- Рабочее колесо турбины; 6- Выхлопной патрубок

Полезная работа L_e, отнесённая к 1 кг рабочего тела, равна разности между работой L_t развиваемой турбиной при расширении в ней газа, и работой L_k, расходуемой компрессором на сжатие в нём воздуха. Графически рабочий цикл ГТД может быть представлен в PV-диаграмме, где Р -- давление, V -- объём (рис. 2). Чем выше кпд компрессора и турбины, тем меньше L_K и больше L_T, т. е. полезная работа увеличивается. Повышение температуры газа перед турбиной также способствует росту полезной работы L¹_c (линия 3'4' на рис. 2). Экономичность ГТД характеризуется его эффективным кпд, который представляет собой отношение полезной работы к количеству тепла, затраченного на создание этой работы.



Рис. 2. Рабочий цикл газотурбинного двигателя в PV-диаграмме: 1-; ; 4 123- ;

В современных ГТД КПД компрессоров и турбин соответственно составляет 0,88--0,9 и 0,9--0,92. температура газа перед турбиной в транспортных и стационарных ГТД составляет 1100--1200 К, а в авиационных достигает 1600 К. Достижение таких температур стало возможным благодаря изготовлению деталей ГТД из жаропрочных материалов и применению охлаждения его элементов. При достигнутом совершенстве проточной части и температуре газов 1000 К КПД двигателя, работающего по простейшей схеме, не превышает 25%. Для повышения КПД тепло, содержащееся в выходящем из турбины газе, используется в рабочем цикле ГТД для подогрева сжатого воздуха, поступающего в камеру сгорания.

Теплообмен между отходящими газами и сжатым воздухом, поступающим в камеру сгорания, происходит в регенеративных теплообменниках, а рабочий процесс ГТД, в котором утилизируется тепло выходящих из турбины газов, называется регенеративным. Повышению кпд способствуют также подогрев газа в процессе его расширения в турбине, совместно с использованием тепла выходящих газов, и охлаждение воздуха в процессе его сжатия в компрессоре (рис. 3). При этом полезная работа возрастает благодаря увеличению работы L_m развиваемой турбиной, и уменьшению работы L_K, потребляемой компрессором. Схема такого ГТД в 30-е гг. была предложена советским учёным Г.И. Зотиковым. Компрессор и турбина низкого давления находятся на одном валу, который не связан с валом привода, например, генератора, гребного винта. Их частота вращения может изменяться в зависимости от режима работы, что существенно улучшает экономичность ГТД при частичных нагрузках.

Рис. 3. Схема газотурбинного двигателя с регенерацией тепла, охлаждением воздуха в процессе сжатия и подогревом газа в процессе расширения: 1- Пусковой двигатель; 2, 3, 4 - Компрессоры низкого, среднего и высокого давления; 5 - камера сгорания; 6,7 - турбины высокого и низкого давления; 8 - Регенератор; 9 - Охладитель воздуха.

ГТД могут работать на газообразном топливе (природном газе, попутных и побочных горючих газах, газогенераторных газах, газах доменных и сажевых печей и подземной газификации); на жидком топливе (керосине, газойле, дизельном топливе, мазуте); твёрдом топливе (угольной и торфяной пыли). Тяжёлые жидкие и твёрдые топлива находят применение в ГТД, работающих по полузамкнутому и замкнутому циклу (рис. 4). В ГТД замкнутого цикла рабочее тело после совершения работы в турбине не выбрасывается, а участвует в следующем цикле. Такие ГТД позволяют увеличивать единичную мощность и использовать в них ядерное топливо. ГТД нашли широкое применение в авиации (см. Авиационный двигатель) в качестве основных двигателей силовых установок самолётов, вертолётов, беспилотных летательных аппаратов и т. п. ГТД используют на тепловых электростанциях для привода электрогенераторов; на передвижных электростанциях, например в энергопоездах; для привода компрессоров (воздушных и газовых) с одновременной выработкой электрической и тепловой энергии в нефтяной, газовой, металлургической и химической промышленности; в качестве тяговых двигателей газотурбовозов, автобусов, легковых и грузовых автомобилей, гусеничных тракторов, танков; как силовые установки кораблей, катеров, подводных лодок и для привода вспомогательных машин и механизмов (лебёдок, насосов и др.); на объектах военной техники в качестве энергетических и тяговых силовых установок.

Область применения ГТД расширяется. В 1956 мощность ГТД во всём мире составила 900 Мвт, к 1958 она превысила 2000 Мвт, а к началу 1968 достигла 40 000 Мвт (без авиации и военной техники). Наибольшая единичная мощность выпускаемых в СССР ГТД составляет 100 Мвт (1969). Достигнутый эффективный КПД двигателей -- 35%.

Рис. 4. Схема газотурбинного двигателя, работающего по замкнутому циклу: 1 - Поверхностный нагреватель; 2 - Турбина; 3 - Компрессор; 4 - Охладитель; 5 - Регенератор; 6 - Аккумулятор воздуха; 7 - Вспомогательный компрессор.

Развитие ГТД идёт по пути совершенствования его элементов (компрессора, турбины, камеры сгорания, теплообменников и др.), повышения температуры и давления газа перед турбиной, а также применения комбинированных силовых установок с паровыми турбинами и свободнопоршневыми генераторами газа. Эксплуатация таких установок в стационарной энергетике и на транспорте показала, что при утилизации тепла отходящих газов и высоком совершенстве основных элементов их эффективный КПД достигает 42--45%.[2]

1.1 Судостроение

В судовой промышленности используются газотурбоходы.

Газотурбохомд - тип судна, имеющего силовую установку на основе газотурбинного двигателя (ГТД). Применение двигателя такого типа позволяет резко повысить мощность силовой установки при меньшей её массе, но за счет больших эксплуатационных расходов.

В качестве движителя газотурбохода выступает гребной винт, приводимый от турбины через редуктор или через электрическую передачу. На судах на воздушной подушке движителем служат воздушные винты. В некоторых случаях (например, на специальных гоночных катерах) движителем может быть сама газовая турбина за счет реактивной тяги (см. турбореактивный двигатель).

В отечественной истории среди пассажирских судов такого типа известны речной газотурбоход 1960--1970-х годов«Буревестник» и современный морской газотурбоход «Циклон», являющиеся судами на подводных крыльях (СПК).

Среди грузовых судов этого типа наиболее известны сухогруз «Парижская Коммуна» и лесовоз «Павлин Виноградов».

1.2 Железнодорожное машиностроение

Газотурбовомз -- локомотив с газотурбинным двигателем (ГТД). На газотурбовозах практически всегда используется электрическая передача: газотурбинный двигатель соединён с генератором, а вырабатываемый таким образом ток подаётся на электродвигатели, которые и приводят локомотив в движение.

Распространено заблуждение о том, что горючим для газотурбовоза обязательно является природный газ. На самом же деле ГТД может работать и на жидком топливе.

Первый газотурбовоз был построен швейцарской фирмой Brown, Boveri & Cie в 1938 году. По другим данным первый газотурбовоз был создан в США в 1948 году.

ГТД применяется в электростанциях. Газотурбинные теплоэлектростанции ГТЭ-16 И ГТЭ-18 спроектированы на базе газотурбинного привода АЛ-31СТЭ со специально спроектированной пятиступечатой силовой турбиной, предназначенной для совместной работы с электрогенератором. ГТЭ-16 и ГТЭ-18 представляют собой автономные управляемые комплексы в блочном исполнении. Могут использоваться как единичный агрегат или в составе нескольких агрегатов с генераторами, имеющими идентичные характеристики регулирования напряжения.

ГТЭ-16, ГТЭ-18 разработаны для эксплуатации на открытом воздухе или в помещении с регулируемыми климатическими условиями. Обеспечивают нормальную работоспособность при температуре -45°С ...+45°С и атмосферном давлении 670...800 мм рт.ст. Выдерживают сейсмическое воздействие интенсивностью 7 баллов по шкале MSK-64.[3]

1.3 Газотурбинный двигатель для газовой промышленности

Автор: Романов В.И., Кучеренко О.С., ГП НПКГ «Зоря»-«Машпроект»

В настоящее время компрессорный парк ОАО «Газпром» включает 263 компрессорные станции (КС), имеющие в своем составе 707 компрессорных цехов, на которых установлено 4099 ед. газоперекачивающих агрегатов (ГПА) общей мощностью 44 млн. кВт, в т.ч. с газотурбинным приводом 3181 ед., т.е. 85,7% от общего числа ГПА [1]. Суммарная мощность установленных газотурбинных ГПА - 37,7 млн. кВт.

Значительная доля газотурбинного парка физически и морально устарела (23,4% ГТУ имеют наработку более 100 тыс. ч. и 25,2% - 70-100 тыс. ч.), что значительно снижает функциональные возможности парка в ближайшей перспективе и потребует срочной модернизации КС.

С учетом того, что к настоящему времени в ОАО «Газпром» завершены предпроектные работы по освоению Ямала и начинается строительство новых трех ниток газопроводов протяженностью 1074 км каждая с общей мощностью линейных КС 3,2 млн. кВт, общая потребность в новых современных газотурбинных ГПА до 2030 года составляет более 5000 ед. [2].

Анализ результатов проведенных исследований и публикаций. Анализ многолетнего опыта эксплуатации ГПА с газотурбинными приводами нагнетателей природного газа [3] позволил сформулировать основные требования к перспективной газотурбинной установке (ГТУ):

1. КПД в условиях компрессорной станции:

простой цикл - 35-42%

с регенерацией - 36-40%;

сложный - 41-45%;

газопаровой - 40-45%.

2. Срок службы 120 - 150 тыс. часов.

3. Ресурс работы до капитального ремонта 40-50 тыс. часов.

4. Малый ремонт 20-25 тыс. часов.

5. Сжигание топливного газа с эмиссией N_ox не более 50 мг/м³.

6. Модульность конструкции.

7. Возможность ремонта в условиях КС.

8. Простота и удобство технического использования и технического обслуживания.

9. Невысокая стоимость ГТУ.

Цель работы. Целью работы является определение технического облика и параметров перспективного ГТД для ГПА гарантированно обеспечивающего повышение эффективности газотранспортной системы Украины в ближайшей перспективе.

Выбор схемы ГТД. Множество практически реализуемых в настоящее время схем ГТД, возможных для использования в качестве приводов нагнетателей природного газа КС, можно представить следующим списком:

ГТД простого термодинамического цикла;

ГТД с регенерацией тепла уходящих газов;

ГТД с перерасширением газа за турбиной;

ГТД с промежуточным охлаждением воздуха и регенерацией тепла уходящих газов;

ГТД с утилизацией тепла уходящих газов в воздушном теплоутилизационном контуре;

ГТД с утилизацией тепла уходящих газов в пароводяном теплоутилизационном контуре; контактные газопаротурбинные установки схемы “Водолей”.

Газотурбинные приводы нагнетателей газа для ГПА на базе ГТД простого термодинамического цикла являются доминирующими на современных КС.[4]



2. Примеры российских стационарных ГТУ

На базе газотурбинных установок ГТУ-10П, ГТУ-12П, ГТУ-16П и ГТУ-25П разработаны газоперекачивающие агрегаты и комплекты оборудования для реконструкции действующих газоперекачивающих агрегатов и нового строительства мощностью от 10 до 25 МВт для линейных, дожимных компрессорных станций и для станций подземного хранения газа.

На базе газотурбинной установки ГТУ-4П мощностью 4 МВт, применяемой в ГТЭС, разработана модификация ГТУ-4ПГ для ГПА. Первый образец газоперекачивающего агрегата (ГПА-4ПХГ) работает на Касимовской УПХ ООО "Газпром трансгаз Москва".

На Мыльджинском газокомпрессорном месторождении ОАО "Томскгазпром" эксплуатируется газоперекачивающий агрегат ГПА-6ДКС "Урал" на базе двух газотурбинных установок ГТУ-6П, мощностью 6 МВт.

При содействии ОАО «Газпром» на КС «Пермская» ООО «Газпром трансгаз Чайковский» создана испытательная база, позволяющая испытывать опытные и серийные ГТУ мощностью от 2,5 до 16 МВт, проводить работы по совершенствованию созданных ГТУ. Кроме этого, на территории ОАО «Протон» также создана стендовая база для испытания серийных ГТУ мощностью от 4 до 25 МВт перед отправкой заказчику.

Газотурбинная установка ГТУ-12П предназначена для привода центробежного нагнетателя природного газа в составе ГПА.

ГТУ-12П отлично зарекомендовала себя в процессе эксплуатации на газоперекачивающих станциях России. Применяется в составе блочно-комплектного газоперекачивающего агрегатаГПА-12 «Урал» производства ОАО «НПО «Искра» и при реконструкции существующих газоперекачивающих агрегатов ГТК-10, ГПА-Ц-16и других.

Основу установки ГТУ-12П составляет газотурбинный двигатель ПС-90ГП-1, созданный на базе авиационного двигателя ПС-90А - единственного российского двигателя четвертого поколения для гражданской авиации, имеющего сертификат международного образца

Разработчик ГТУ -- ОАО «Авиадвигатель». Основные данные в условиях ISO, без потерь, топливо-метан с Hu=11 958 ккал/кг): Мощность на валу силовой турбины, МВт 12,4; КПД эффективный, % 34,6; Частота вращения силовой турбины мультипликатора, об/мин 6 500; Температура газа за СТ, ^оС 470; Расход газа на выхлопе, кг/с 44,7; Ресурс, ч: - межремонтный 25 000, - назначенный 100 000.

Преимущества пермских газотурбинных установок:

низкий расход масла;

высокие ресурсные показатели;

надежная система запуска;

низкая стоимость обслуживания и ремонта в течение всего жизненного цикла;

полная автоматизация технологических процессов;

простота управления и обслуживания;

полная заводская готовность, обеспечивающая быстрый ввод в эксплуатацию при минимальных затратах;

хорошие экологические показатели.

Опыт эксплуатации

КС "Краснодарская" ООО «Газпром трансгаз Кубань»

По состоянию на начало сентября 2010 года в газотранспортные и газодобывающие предприятия «Газпрома», «Сургутнефтегаз», «РН-Юганскнефтегаз», поставлено 75 установок ГТУ-12П мощностью 12 МВт, из низ 61 установка ГТУ-12П введена в эксплуатацию, по остальным ведут монтажные и пуско-наладочные работы или они находятся в резерве.

Суммарная наработка ГТУ-12П за время эксплуатации - 1 420 000 часов.

Наработка лидерной ГТУ-12П составляет 30 000 часов без ремонта.

Газотурбинная установка ГТУ-10П создана на базе газотурбинной установки ГТУ-12П. Применяется в составе блочно-комплектных газоперекачивающих агрегатов на дожимных компрессорных станциях и станциях подземного хранения газа ГПА-10 ДКС «Урал» и ГПА-10 ПХГ «Урал» производства ОАО «НПО «Искра», а также при реконструкции существующих агрегатов ГПА-Ц-6,3 и других. Отличительной особенностью конструкции ГТУ является высокооборотная силовая турбина, обеспечивающая высокую эффективность нагнетателя и унифицированный с ГТУ-12П газогенератор. Унаследовала все преимущества газотурбинной установки ГТУ-12П.

Основные данные (в условиях ISO, без потерь, топливо-метан с Hu=11 958 ккал/кг).

Мощность на валу силовой турбины, МВт 10,26; КПД эффективный, % 32,5; Частота вращения силовой турбины / мультипликатора, об/мин 9 000; Температура газа за СТ, ^оС 463; Расход газа на выхлопе, кг/с 43,9; Ресурс, ч: - межремонтный 25 000, - назначенный 100 000.

Преимущества пермских газотурбинных установок:

высокий КПД;

низкий расход масла;

высокие ресурсные показатели;

надежная система запуска;

низкая стоимость обслуживания и ремонта в течение всего жизненного цикла;

полная автоматизация технологических процессов;

простота управления и обслуживания;

полная заводская готовность, обеспечивающая быстрый ввод в эксплуатацию при минимальных затратах;

хорошие экологические показатели.

Опыт эксплуатации:

По состоянию на начало сентября 2010 года в «Газпром добыча Ямбург», «Газпром добыча Оренбург», «Газпром добыча Уренгой», «Газпром ПХГ», а также в компании «НОВАТЭК-Таркосаленефтегаз», «РН-Юганскнефтегаз» и «Нортгаз» поставлено 48 установок ГТУ-10П, из них 27 установок введены в эксплуатацию, по остальным ведут монтажные и пуско-наладочные работы или они находятся в резерве.

Суммарная наработка ГТУ-10П за время эксплуатации - 320 000 часов. Наработка лидерной ГТУ-10П составляет 40 000 часов без ремонта.

ГТУ-16ПН будут применяться в составе газоперекачивающих агрегатов ГПА-16ДКС-07 «Урал» разработки ОАО «НПО «Искра».

С начала серийного выпуска ГТУ Пермским моторостроительным комплексом изготовлено и отгружено заказчикам более 400 газотурбинных установок и электростанций мощностью 2,5-25 МВт., наработавших на объектах «Газпрома» и энергетики более 4,5 млн. часов.

На сегодняшний день в России и за рубежом успешно работают 176 газотурбинных электростанций пермского производства.

Дополнительная информация:

ГТУ-16П мощностью 16 МВт разработана специалистами предприятий Пермского моторостроительного комплекса (ОАО «Авиадвигатель») на базе авиационного двигателя ПС-90А, который устанавливается на лучшие отечественные магистральные самолеты: Ил-96-300, Ту-204, Ту-214. ГТУ-16П серийно выпускается с 1999 года (ОАО «Пермский моторный завод») и эксплуатируется в составе газоперекачивающих агрегатов нового поколения и при реконструкции существующих в качестве нагнетателей газа.

ГТУ-16П применяется в газоперекачивающих агрегатах ГПА-16 «Урал» при строительстве магистральных газопроводов и в ГПА-16Р «Урал» при замене или реконструкции устаревших агрегатов.

Пермские ГТУ-16П успешно эксплуатируются в составе газоперекачивающих агрегатов нового поколения на компрессорных станциях «Пермтрансгаза», «Самаратрансгаза», «Лентрансгаза», «Сургутгазпрома», «Уралтрансгаза», «Ямбурггаздобычи», «Кавказтрансгаза», «Надымгазпрома», «Севергазпрома», «Белтрансгаза» и других.

ГТУ-25П Наработка двигателя ПС-90ГП-25 в составе ГТУ-25П достигла 10 000 часов.

В феврале 2006 года на компрессорной станции «Игринская» (ООО «Пермтрансгаз») в составе ГТУ-25П был введен в эксплуатацию первый серийный двигатель ПС-90ГП-25 производства ОАО «Пермский моторный завод».

В ноябре 2006 года на КС «Игринская» были успешно проведены межведомственные испытания головного агрегата ГПА-25Р-ПС «Урал». В результате испытаний были подтверждены параметры газотурбинной установки, включая режим максимальной мощности 30 МВт.

В июле 2007 года наработка достигла 10 000 часов, все это время двигатель отработал без ремонта.

Компрессорная станция «Игринская» установлена на двухниточной газовой магистрали «Ямбург - Тула I» и «Ямбург - Тула II». Сечение каждой трубы 1400 мм, что обусловливает большой объем пропускаемого газа, следовательно, необходимое давление поступающего газа сможет обеспечить только мощный агрегат - такой как ГТУ-25П.

Кроме обеспечения работы магистрали в рамках реализации национального проекта газификации регионов России станция обеспечивает газом десятитысячное население расположенного неподалеку поселка Шаркан. Объем перекачиваемого станцией газа составляет около 150 млн. м³ в сутки.

На сегодняшний день большой интерес к ГТУ-25П номинальной мощностью 25,6 МВт. с КПД не менее 39,2 %, заметен не только со стороны ОАО «Газпром» и других российских нефтегазовых компаний. Начиная с 2005 года, интерес к ГТУ-25П пермского производства проявляют газотранспортные компании Турции, Ирана, Китая, Венесуэлы, Тайваня. Таким образом, география потенциальных поставок выходит далеко за пределы России.

Информационная справка:

Газотурбинная установка ГТУ-25П на базе авиационного двигателя ПС-90А является одним из последних достижений пермских моторостроителей в производстве двигателей промышленного применения. Разработка и внедрение ГТУ-25П в серийное производство осуществлялась в рамках реализации комплексной программы сотрудничества предприятий Пермского края с ОАО «Газпром».

Работы по созданию ГТУ-25П начались в 1999 году. В короткий срок ОАО «Авиадвигатель» удалось завершить разработку проекта и изготовить головной образец. При проектировании ГТУ-25П пермскими специалистами был использован опыт создания и эксплуатации ее прототипов - ГТУ-12П и ГТУ-16П.

Основу ГТУ-25П составляет двигатель ПС-90ГП-25, выполненный по схеме одноконтурного двухкаскадного двигателя со свободной силовой турбиной. Для получения лучших в этом классе установок параметров и высокой экономической эффективности были разработаны новые турбины, в том числе двухступенчатая турбина высокого давления, одноступенчатая турбина низкого давления и трехступенчатая силовая турбина с применением новейших методик проектирования. Это позволило получить в условиях ISO при номинальной мощности 25,6 МВт КПД до 39,6%.

ГТУ-4ПГ Газотурбинная установка ГТУ-4ПГ с мультипликатором М-45ПХГ используется для привода центробежных нагнетателей природного газа в газоперекачивающих агрегатах ГПА-4ПХГ "Урал" подземных хранилищ газа. Предназначена для эксплуатации в регионах с умеренным и холодным климатом.

Основа установки - газотурбинный двигатель Д-30ЭУ-2, разработанный ОАО "Авиадвигатель" на базе авиационного двигателя Д-30 III серии. Согласование частоты вращения ротора СТ двигателя (7014 об/мин) с номинальной частотой вращения вала для привода нагнетателя (14000 об/мин) производится при помощи мультипликатора М-45ПХГ. Мультипликатор М-45ПХГ позволяет оптимизировать характеристики газоперекачивающего агрегата.

ГПА-4ПХГ с ГТУ-4ПГ на Касимовской СПХГ ООО "Газпром трансгаз Москва.

Головная газотурбинная установка смонтирована на компрессорной станции «Касимовская» «Мострансгаза». Ведется опытно-промышленная эксплуатация установки в составе ГПА-4ПХГ «Урал».

Основные данные (в условиях ISO, без потерь, топливо - природный газ с теплотворной способностью Hu = 11 958 ккал/кг).

Мощность на валу силовой турбины, МВт 4,26; КПД эффективный, % 25,45; Частота вращения силовой турбины / мультипликатора, об/мин 7 000/ 14 000; Температура газа за СТ, ^оС 470; Расход газа на выхлопе, кг/с 28,7; Ресурс, ч: - межремонтный 25 000, - назначенный 100 000. Возможно продление ресурса до капитального ремонта до 35 000 часов по техническому состоянию газотурбинных установок.

Преимущества пермских газотурбинных установок:

высокий КПД;

низкий расход масла;

высокие ресурсные показатели;

надежная система запуска;

низкая стоимость обслуживания и ремонта в течение всего жизненного цикла;

полная автоматизация технологических процессов;

простота управления и обслуживания;

полная заводская готовность, обеспечивающая быстрый ввод в эксплуатацию при минимальных затратах;

хорошие экологические показатели.[5]

Опыт эксплуатации:

По состоянию на начало сентября 2010 года на Касимовском ПХГ «Газпром трансгаз Москва» эксплуатируют одну ГТУ-4ПГ в составе ГПА-4ПХГ «Урал». Суммарная наработка ГТУ-4ПГ за время эксплуатации составляет 7 500 часов.[6]

Газотурбинная установка ГТУ-6П Четырехсотой газотурбинной установкой стала одна их двух ГТУ-6ПГ в составе газоперекачивающих агрегатов ГПА-6ДКС «Урал», предназначенных для ОАО «Томскгазпром».ГПА-6ДКС «Урал» на базе ГТУ-6ПГ будут установлены в непосредственной близости от Мыльджинского газо-конденсато-нефтяного месторождения и призваны обеспечивать необходимый уровень давления природного газа при его транспортировке.Особенностью этого проекта является то, что подобные установки производства пермских моторостроителей до сих пор использовались в энергетической отрасли. В частности, две ГТУ-6П в составе газотурбинной электростанции ГТЭС «Урал-6000» установлены в составе ГТУ-ТЭЦ в Иваново. В настоящее время полным ходом идут работы по строительству аналогичной ГТУ-ТЭЦ на Соликамском горнопромышленном предприятии ОАО «Сильвинит».

Контракт, в рамках которого специалисты «Авиадвигателя» обеспечат «Томскгазпром» необходимым оборудованием, расширит границы эксплуатации пермского газотурбинного оборудования отечественными нефтегазодобывающими компаниями, а также позволит пермским моторостроителям обрести нового надежного партнера.

Дополнительная информация

Авиация не единственная отрасль, для которой трудятся пермские двигателестроители. Стремясь расширить сферу применения своей продукции, а также укрепить позиции пермского двигателестроения на рынке промышленных двигателей, в соответствии с принятой в 1992 году программой «Урал-Газпром» в Перми активно продолжается проектирование и серийное производство газотурбинных установок, а также выпуск на их основе газоперекачивающих агрегатов и электростанций. На 1 сентября 2006 года суммарная наработка пермских газовых турбин на объектах заказчиков превысила 4 366 000 часов. Первой газотурбинной установкой, изготовленной пермяками по заказу «Газпрома» является ГТУ-12П, запущенная в эксплуатацию в 1994 году на компрессорной станции «Пермская» ООО «Пермтрансгаз». Сегодня современные границы эксплуатации газотурбинных установок и электростанций простираются от белорусского полесья и краснодарских степей до газовых месторождений Западной Сибири. В ближайшем будущем начнется отсчет наработке пермских газовых турбин в Турции (компрессорная станция «Сивас») и Италии (г. Адриа).

Модифицированная газотурбинная установка ГТУ-6ПГ с мультипликатором М-60 создана для привода центробежного компрессора газоперекачивающих агрегатов.

Мультипликатор М-60 позволяет оптимизировать характеристики газоперекачивающего агрегата.

Головная газотурбинная установка смонтирована в 2006 году на ГКМ «Мыльджинское» ОАО "Томскгазпром". Ведется опытно-промышленная эксплуатация установки в составе ГПА-6ДКС «Урал».

ГТУ-6ПГ также используются в составе газотурбинного насосного агрегата ГТНА "Урал-6000" поставленного в рамках проекта "Сахалин-2" на ДНКС-2.

Основные параметры (в условиях ISO, без потерь)

Мощность на валу силовой турбины, МВт 6,17; КПД эффективный, % 26,82; Частота вращения силовой турбины / мультипликатора, об/мин 7000 / 9000; Температура газа за СТ, ^оС 472; Расход газа на выхлопе, кг/с 33,3; Ресурс, ч: - межремонтный 25000, - назначенный 100000.

Преимущества пермских газотурбинных установок:

высокий КПД;

низкий расход масла;

высокие ресурсные показатели;

надежная система запуска;

низкая стоимость обслуживания и ремонта в течение всего жизненного цикла;

полная автоматизация технологических процессов;

простота управления и обслуживания;

полная заводская готовность, обеспечивающая быстрый ввод в эксплуатацию при минимальных затратах;

хорошие экологические показатели.

Опыт эксплуатации

ГПА-6ДКС «Урал» с ГТУ-6ПГ на ГКМ «Мыльджинское» ОАО "Томскгазпром"

По состоянию на начало сентября 2010 года на Мыльджинской ДКС «Томскгазпром» в составе газоперекачивающих агрегатов ГПА-6ДКС «Урал» эксплуатируют 2 газотурбинные установки ГТУ-6ПГ, еще 1 двигатель Д-30ЭУ-6 находится в резерве.

Суммарная наработка ГТУ-6ПГ за время эксплуатации составляет 25 000 часов

Наработка лидерной ГТУ-6ПГ составила 13 700 часов без ремонта.[7]

2.1 ГТУ для энергетики

ГТУ-2,5П Газотурбинная установка ГТУ-2,5П предназначена для привода генераторов в составе газотурбинных электростанций. Возможно применение этих установок для привода насосов, компрессоров и т.д.

Установка используется в составе газотурбинных электростанций:

ГТЭС «Урал-2500»;

ПАЭС-2500М;

ЭГ-2500М.

Установка создана на базе авиационного двигателя Д-30 третьей серии, одного из самых надежных двигателей в истории мировой авиации.

ГТУ-2,5П - единственная газотурбинная установка в России в классе мощностей 2,5 МВт, имеющая экологический сертификат соответствия Государственного комитета РФ по охране окружающей среды.

Основные технические характеристики в условиях ISO, теплотворная способность топлива Hu = 11 958 ккал/кг

Мощность на валу силовой турбины, МВт 2,68; КПД на валу силовой турбины, % 22,1; Мощность на клеммах генератора, МВт 2,56; КПД на клеммах генератора, % 21,1; Степень повышения давления в компрессоре 5,9; Температура газа за силовой турбиной (на выхлопе), °С 361; Расход газа за силовой турбиной (на выхлопе), кг/с 25,6; Частота вращения ротора силовой турбины, об/мин 5500; Тепловая мощность на выхлопе, при снижении температуры выхлопных газов до 110 °С, Гкал/ч (без дожига) 5,82; Суммарный КПД электроагрегата (электрический + тепловой), % 76,9; Ресурс, ч: -до капитального ремонта 30 000, -назначенный 120 000.

Топливо:

- природный газ по ГОСТ 5542 или ОСТ 51.40;

- другой вид топлива по согласованию с ОАО "Авиадвигатель".

ГТУ-25П Газотурбинная установка ГТЭ-25П предназначена для привода генераторов в составе газотурбинных электростанций.

Установка используется в блочно-модульной газотурбинной электростанции ГТЭС-25П.

ГТЭ-25П создана на базе авиационного двигателя ПС-90А - единственного российского авиационного двигателя четвертого поколения, имеющего сертификат международного образца. ГТЭ-25П является энергетическим вариантом газотурбинной установки ГТУ-25П, которая применяется для механического привода компрессоров.

Основные технические характеристики в условиях ISO, теплотворная способность топлива Hu = 11 958 ккал/кг.

Мощность на валу силовой турбины, МВт 23,8; КПД на валу силовой турбины, % 38,0; Мощность на клеммах генератора, МВт 23,0; КПД на клеммах генератора, % 36,65; Степень повышения давления в компрессоре 27,3; Температура газа за силовой турбиной, °С 473; Расход газа за силовой турбиной (на выхлопе), кг/с 76,7; Частота вращения ротора силовой турбины, об/мин 5000; Тепловая мощность на выхлопе, при снижении температуры выхлопных газов до 110 °С, Гкал/ч (без дожига) 26,1; Суммарный КПД электроагрегата (электрический + тепловой), % 85,0; Ресурс, ч: -до капитального ремонта 25 000, -назначенный 100 000.

Топливо:

- природный газ по ГОСТ 5542 или ОСТ 51.40

- другой вид топлива по согласованию с ОАО "Авиадвигатель".

2.2 ГТУ судовой промышленности

«Парижска коммуна» тип судна сухогруз, год введения в эксплуатацию 1968, изготовитель СССР, дедвейт (т) 16185, водоизмещение (т) 22225, эксплуатационная скорость 18,2, число гребных валов 1.

«Капитан Смирнов» тип судна ролкер, год введения в эксплуатацию 1978, изготовитель СССР, дедвейт (т) 36000, эксплуатационная скорость 25, число гребных валов 2.[8]



Заключение

Газотурбинные двигатели за шестьдесят лет своего развития стали основным типом двигателей в современной авиации. На основе авиационных ГТД созданы двигатели для наземной и морской техники: мобильных электростанций, газокомпрессорных станций, наземных и морских транспортных средств. Газотурбинные двигатели - классический пример сложнейшего устройства, детали которого работают длительное время в условиях предельно высоких температур и нагрузок. Вместе с тем эти двигатели - образец высочайшей надежности, которая обеспечивается эффективными конструкторскими решениями, сложными газодинамическими, тепловыми и прочностными расчетами. В связи с этим изучение газотурбинных двигателей, как одного из наиболее совершенных достижений инженерной мысли, выходит за рамки утилитарной задачи подготовки инженеров-двигателистов.

Анализ существующего состояния трубопроводного транспорта природных газов и оценка перспектив его дальнейшего развития показывают, что газотурбинный вид привода центробежных нагнетателей на компрессорных станциях как в настоящее время, так и на ближайшую перспективу остается одним из основных видов энергопривода компрессорных станций.



Список литературы

1. Бикчентай Р.Н., Лоноян Г.С., Поршаков Б.П., Применение газотурбинных установок в промышленности, М., 1959.

2. Уваров В.В. и Чернобровкин А.П., Газовые турбины, М., 1960.

3. Шнеэ Я.И., Газовые турбины, М., 1960.

4. Основы проектирования и характеристики газотурбинных двигателей, [пер. с англ.], М., 1964.

5. Газотурбинные установки. Атлас конструкций и схем, М., 1967; Simmons С. R., Gas turbine manual, L., 1968.

6. http://gatchina3000.ru/great-soviet-encyclopedia/bse/008/015.htm.

7. http://neftegas.info/territoriya-neftegaz/1338-gazoturbinnyy-dvigatel-dlya-gazovoy-promyshlennosti.html.

8. http://www.avid.ru/products/gtugp/gtu-25p/.

Размещено на Allbest.ru

...