Рациональное конструирование - в соответствии с требованиями заказчика

В ОАО «Авиадвигатель» разработан и испытывается двигатель ПС-90ЭУ-16А мощностью 16 МВт для использования в составе энергетической газотурбинной установки ГТЭ-16ПА.

Основным отличием новой установки от ГТУ-16ПЭР на базе двигателя ПС-90ГП-2 является внедрение силовой турбины с эффективной аэродинамикой и частотой вращения 3000 об/мин. Уменьшение частоты вращения турбины дает возможность использовать ее непосредственно в качестве привода генератора и отказаться от использования согласующего редуктора. Это позволит повысить надежность газотурбинной установки и снизить эксплуатационные расходы в целом.

Высокая аэродинамическая эффективность новой силовой турбины обеспечена за счет полномасштабного использования при ее проектировании трехмерных аэродинамических моделей, позволяющих учесть вязкость и сжимаемость газа.

Наряду с реализацией высокой эффективности силовой турбины в режиме номинальной мощности использование двух- и трехмерных моделей течения газа дало возможность обеспечить высокий коэффициент полезного действия турбины на часто используемых в реальной эксплуатации режимах частичной мощности. Это достигнуто за счет создания лопаточных венцов с высокой устойчивостью к углам атаки, отклонениям от расчетной величины направления течения газа на входе в ступени турбины.

Вместо оптимальной по аэродинамике пятиступенчатой силовой турбины было принято решение о проектировании четырехступенчатой. Увеличение аэродинамической нагрузки на ступень и снижение примерно на 1% КПД силовой турбины от максимально достижимой величины позволило заведомо снизить суммарные затраты потенциальных заказчиков почти на 20%.

Для снижения материалоемкости и веса ГТЭ-16ПА был использован богатый опыт разработки авиационных турбин. В результате масса ротора двигателя ПС-90ЭУ-16А, несмотря на увеличение диаметра и количества ступеней, оказалась равной массе ротора ПС-90ГП-2, что позволило обеспечить высокую степень унификации трансмиссий.

Другими мероприятиями, внедренными в конструкцию силовой турбины, являются увеличение количества и качества воздуха, применяемого для наддува опор трансмиссионных подшипников, а также его очистка и охлаждение. Кроме этого улучшено качество смазки трансмиссионных подшипников путем применения фильтроэлементов с тонкостью фильтрации до 6 мкм.

В целях повышения эксплутационной привлекательности новой газотурбинной установки внедрена специальная система управления, которая позволяет воспользоваться как турбодетандерным (воздушным и газовым), так и гидравлическим типом запуска.

Габариты двигателя ПС-90ЭУ-16А соответствуют базовому варианту. Это позволяет использовать для размещения серийные конструкции блочно-комплектной газотурбинной электростанции ГТЭС-16П. Шумотеплоизолирующий кожух сохраняет акустические характеристики ГТЭ-16ПА на уровне, предусмотренном действующими санитарными нормами.

В настоящее время пермскими моторостроителями успешно завершен комплекс испытаний газогенератора ПС-90ЭУ-16А и начаты испытания полноразмерного двигателя.
Разработка ГТЭ-16ПА финансируется ОАО «Авиадвигатель» и компанией «Pratt&Whitney» (США).
 

В.К. СЫЧЕВ,
начальник отделения турбин ОАО «Авиадвигатель»
А.М. САНАЧИН,
начальник бригады отдела газотурбинных установок ОАО «Авиадвигатель»

Прямая речь

Д.Д. СУЛИМОВ,
зам. генерального конструктора - главный конструктор ОАО «Авиадвигатель»:

«Рациональное конструирование в соответствии с требованиями потребителя - необходимое условие современного рынка. В конструкции ПС-90ЭУ-16А заложены все условия для обеспечения его успешной эксплуатации и минимизации затрат потенциальных заказчиков. Технические характеристики установки ГТЭ-16ПА по сравнению с базовым вариантом свидетельствует о значительном преимуществе нового двигателя».

Сравнение параметров силовых турбин двигателей ПС-90ЭУ-16А и ПС-90ГП-2
В условиях ISO, без потерь, топливо - природный газ

Параметры силовой турбиныдв. ПС-90ЭУ-16А дв. ПС-90ГП-2
Частота вращения, об/мин3000 (3600)5300
КПД,%92,493,5
Количество ступеней43
Масса ротора, кг655650
Наружный диаметр, мм18001200

Сравнение параметров газотурбинных установок ГТЭ-16ПА и ГТУ-16ПЭР
В условиях ISO, без потерь, топливо - природный газ

Параметры ГТЭ-16ПА ГТУ-16ПЭР
Номинальная мощность
на клеммах генератора, МВт
16,3116,4
Коэффициент полезного действия
на клеммах генератора, %
35,534,8
Температура газа на выхлопе двигателя, °С478495
Номинальная частота вращения выходного
вала силовой турбины, об/мин
3 0005 300
Тепловая мощность на выхлопе
при снижении температуры выхлопных
газов до 110 °С, Гкал/час (без дожига)
19,3520,2
Суммарная топливная эффективность
электроагрегата (электр.+тепл.), %
84,484,6
Выбросы NOx/CO, мг/нм3
(при 15% О2)
100/50150/50
Масса двигателя, кг6 2005 300