Газовая турбина: устройство и работа в энергетике

Устройство и принцип работы газовой турбины

Газовая турбина состоит из лопаток и ротора, которые соединены дисками. В связке с камерой сгорания и компрессором они формируют газотурбинную установку.

Устройство получило свое название благодаря рабочему телу – газу. Он сохраняет свое агрегатное состояние на протяжении всего цикла, что содействует повышению КПД системы.

• Установка запускается при помощи двигателя.
• Компрессор забирает и сжимает воздух.
• Воздух перемещается в камеру сгорания, где одновременно подается топливо (в большинстве случаев, природный газ).
• Продукты сгорания охлаждаются и попадают на статоры (неподвижные лопатки). Поток ускоряется и направляется на рабочие лопатки под определенным углом.
• Газ воздействует на лопатки, приводя в движение вал.
• Через редуктор кинетическая энергия вращения ротора передается генератору.
• Отработанные газы выводятся из системы через патрубок.

История развития русского турбиностроения

Разработка русских газовых турбин началась в конце 19 века. Один из первых изобретателей, инженер морского флота П.Д. Кузьминский, в 1895 году создал простую газотурбинную установку, куда поступали воздух, топливо и водяной пар. Продукты сгорания направлялись на многоступенчатую турбину.

Эта конструкция была собрана в 1897 на патронном заводе, однако испытания показали, что она быстро выходит из строя из-за прогорания камеры. Попытки продлить срок службы оказались безуспешными.

В начале 20 века В.В. Капроводин разработал установку прерывистого горения, что помогло сократить потери энергии на сжатие воздуха, но КПД не превысил двух процентов.

В СССР была основана первая кафедра газотурбиностроения. Ее основатель В.М. Маковский в 1936 году спроектировал агрегат непрерывного горения.

С 1954 года начало работу конструкторское бюро на базе предприятия «Машпроект», которое занималось строительством газовых турбин. Установки имели стандартные наименования, например, ГТ-30-700-2, где первое число указывает на мощность в МВт, второе – температуру входящего газа, а последнее – номер модели. Однако производительность таких установок не достигала необходимых результатов.

В конце 20 века началось строительство новой высокомощной газотурбинной станции на базе одной из этих турбин. Значительный прогресс был достигнут только в 2013 году, когда к разработке присоединились «Роснано», «Интер РАО» и «ОДК-Сатурн».

В соответствии с политикой импортозамещения, к обслуживанию допускаются только российские материалы, прошедшие необходимые испытания.

Для этого подходят антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY 1001, MODENGY 1002, MODENGY 1005 и MODENGY 1014, которые уменьшают трение и увеличивают срок службы крепежных изделий, ходовых винтов, конденсатоотводчиков, подшипников скольжения, прессовых посадок и хвостовиков лопаток турбин.

В 2019 году газовая турбина ГТД-110М была внедрена в парогазовые установки. По результатам испытаний были получены следующие показатели: КПД – 37 %, скорость вращения лопастей – 3 000 об/мин, мощность – 115 МВт. Масса агрегата составила 60 тонн, что почти в два раза меньше, чем у зарубежных аналогов.

Современные российские газовые турбины и их перспективы

Запланировано начало серийного производства российских газовых турбин. Это станет первым шагом к реализации программы модернизации отечественных ТЭЦ, по которой к 2031 году 25 процентов иностранных тепловых двигателей должны быть заменены.

• Высокое качество энергии
• Эффективный расход топлива
• Широкие возможности применения
• Компактные размеры
• Снижение затрат на доставку и обслуживание

Разработан план по созданию двух агрегатов в год, при необходимости объем производства может быть увеличен. Первая турбина будет поставлена заказчику в 2022 году.

После удовлетворения внутреннего спроса русские газовые турбины большой мощности будут производиться для международного рынка.