Оптимальное предложение пермских двигателестроителей

Постоянное повышение топливной эффективности энергетических и промышленных газотурбинных установок (ГТУ), расходующих невозобновляемое органическое топливо, - важнейшая задача мирового турбостроения. Ее решение помимо экономических выгод позволяет уменьшать валовые выбросы парниковых газов, ограничиваемые Киотским протоколом.  Поэтому ведущие мировые производители газотурбинного оборудования работают над совершенствованием простого цикла и исследованием перспективных сложных циклов ГТУ различных классов мощности и назначения.

Сергей ТОРОПЧИН
Начальник отдела перспективных разработок ОАО «Авиадвигатель» 

 

В Перми уже длительное время ведутся работы по проектированию ГТУ, которые смогут эксплуатироваться в сложном цикле, включающем процессы утилизации тепла выхлопных газов, промежуточное охлаждение в процессе сжатия, промежуточный подогрев в процессе расширения, впрыск воды и пара в различные сечения газовоздушного тракта и др. Это позволит дополнительно увеличить КПД и удельную мощность ГТУ без повышения освоенных параметров цикла.

Специалистами Пермского моторостроительного комплекса подготовлено и передано руководству «Газпрома» техническое предложение на разработку ГТУ-30ПС, которая по своим технико-экономическим характеристикам призвана в ближайшем будущем стать лучшей среди мировых аналогов.

Общий вид газотурбинной установки ГТУ-30ПСОбщий вид газотурбинной установки ГТУ-30ПС
Газотурбинная установка ГТУ-30ПС номинальной мощностью 30,7 МВт и КПД 44% разрабатывается для эксплуатации в качестве привода насосного и компрессорного оборудования, а также и генераторов электростанций.

Высокая экономичность новой установки обеспечивается применением  термодинамического цикла с воздушным теплоутилизационным контуром (ТУК). Цикл онструктивно реализован в схеме двухконтурного газотурбинного двигателя с теплообменником-рекуператором в наружном контуре. 

Двухконтурная схема ГТУ объединяет газотурбинный двигатель и ТУК в единый агрегат. Применение теплообменника-рекуператора в дополнительном контуре за компрессором низкого давления позволяет организовать эффективную утилизацию тепла при высокой суммарной степени сжатия ГТУ.

Усовершенствованный термодинамический цикл с воздушным теплоутилизационным контуром обеспечивает ГТУ-30ПС качественный скачок в снижении удельного расхода топлива (~ в 1,5 раза) по сравнению со средним уровнем установленного парка ГТУ  «Газпрома» и на 8...20% по сравнению с лучшими современными ГТУ простого цикла в классе мощности 25...30 МВт.

Усложнение цикла при разработке ГТУ-30ПС обеспечивает дальнейшее повышение мощности на 20% и КПД на 10% по сравнению с наиболее мощной и экономичной установкой  ГТУ-25П при сохранении уровня параметров цикла и высокой степени унификации с базовой ГТУ-25П. Достижение показателей ГТУ-30ПС путем дальнейшего форсирования ГТУ-25П в простом цикле было бы неприемлемо в связи с прочностными и ресурсными ограничениями газогенератора.

Рекуператор предназначен для утилизации тепла выхлопных газов внутреннего (основного) контура и передачи его сжатому воздуху наружного (утилизационного) контура с последующим срабатыванием утилизированного тепла в дополнительной (воздушной) силовой турбине. Воздушная турбина соединена общим валом с основной (газовой) силовой турбиной для получения дополнительной мощности. 

Проведенный специалистами «Авиадвигателя» сравнительный термодинамический анализ ряда сложных циклов (цикл с регенерацией тепла, цикл с промежуточным охлаждением, цикл с промежуточным охлаждением и промежуточным подогревом, цикл с промежуточным охлаждением и регенерацией и др.) показал, что цикл ГТУ-30ПС не уступает по эффективному КПД рассмотренным циклам, более сложным в практической реализации.

Важным достоинством газотурбинной установки ГТУ-30ПС является отсутствие воды и пара как в рабочем теле цикла, так и во внешнем оборудовании, что существенно упрощает эксплуатацию машины в отдаленных и сложных в климатическом отношении районах.

К другим преимуществам цикла ГТУ-30ПС можно также отнести:

    • использование относительно недорогого и надежного рекуператора в связи с низкими параметрами на входе (температуры и давления);
    • значительно меньшее (в 3...6 раз) снижение КПД и мощности ГТУ при загрязнении или нарушении герметичности рекуператора по сравнению с традиционным рекуперативным циклом;
    • лучшая газодинамическая устойчивость 2-контурного  2-каскадного компрессора по сравнению с 1-контурным;
    • возможность непосредственного использования горячего воздушного выхлопа в технологических процессах (сушка, выпаривание) и для отопления.

Основой для конструктивной разработки проекта является наиболее мощная и экономичная серийная установка простого цикла ГТУ-25П на базе двигателя ПС-90ГП-25 (используется газогенератор,  турбины НД и СТ), а также узлы серийных промышленных и авиационных газотурбинных двигателей собственной разработки.

Использование серийных и модифицированных турбомашин на базе существующих серийных двигателей и относительно недорогого и надежного рекуператора (в связи с низкими параметрами на его входе: температуры и давления) должно способствовать снижению технического и финансового риска реализации проекта.

Пермские моторостроители всегда заинтересованы в развитии сотрудничества с предприятиями, чья продукция связана со значительным потреблением электроэнергии: нефтегазодобывающей, горной, алюминиевой, сталелитейной, химической промышленности.
Представители предприятий Пермского моторостроительного комплекса готовы обсудить возможные аспекты сотрудничества с потенциальными заказчиками, а также провести подробную презентацию как серийного, так и разрабатываемого оборудования.