Авиационные ТРД на службе: судовые газовые турбины ГТУ GE LM2500, привод систем генерации тока и привода оборудования от General Electric LM2500.

Газовые турбины и газотурбинные установки малой мощности General Electric LM2500 на российском рынке. Разработка новых типов ГТУ, растущие темпы спроса на газ по сравнению с другими видами топлива, масштабные планы промышленных потребителей по созданию собственных мощностей обуславливают растущий интерес к газотурбинному строительству. Рынок малой генерации имеет большие перспективы развития. Эксперты прогнозируют увеличение спроса на распределенную энергетику. Подобная тенденция объясняется сравнительно низким тарифом на электроэнергию (в 2-3 раза ниже, чем тариф на э/энергию от централизованной сети). Кроме этого, в случае аварии на внешней сети снабжение электроэнергией не прекращается. Дополнительное преимущество децентрализованной энергетики – скорость ввода в эксплуатацию: 8-10 месяцев в отличие от 2-3 лет создания и присоединения сетевых линий. Наиболее активно развивающимся направлением распределенной энергетики является строительство газотурбинных электростанций малой мощности. Газотурбинные электростанции предназначены для эксплуатации в любых климатических условиях в качестве основного или резервного источника электроэнергии и тепла для объектов производственного и бытового назначения. Использование таких электростанций в отдаленных районах позволяет получить значительную экономию средств за счет исключения издержек на строительство и эксплуатацию протяженных линий электропередач, а в центральных районах – повысить надежность электрического и теплового снабжения как отдельных предприятий и организаций, так и территорий в целом. Рассмотрим некоторые газовые турбины и газотурбинные установки, которые предлагают для строительства газотурбинных электростанций на рынке России известные производители.

Решения GE на основе авиационных турбин отличаются высокой надежностью и подходят для применения в целом ряде отраслей: от нефтегазовой промышленности до ЖКХ. В частности, в малой генерации активно используются газотурбинные установки GE семейства LM2500 мощностью от 21 до 33 МВт и КПД до 39%. LM2500 применяют в качестве механического привода и привода электрогенератора, они работают на электростанциях в простом, комбинированном цикле, режиме когенерации, морских платформах и трубопроводах. За последние 40 лет турбины GE данной серии являются наиболее продаваемыми в своем классе. Всего в мире установлено более 2000 турбин данной модели с общей наработкой более 75 миллионов часов. Основные характеристики турбин LM2500: легковесная и компактная конструкция для быстрого монтажа и простоты обслуживания; выход на полную мощность с момента запуска за 10 минут; высокие показатели КПД (в простом цикле), надежности и доступности в своем классе; возможность использования двухтопливных камер сгорания для дистиллята и природного газа; возможность использования в качестве топлива керосина, пропана, коксового газа, этанола и СПГ; низкий уровень выбросов NOx с использованием камер сгорания DLE или SAC; коэффициент надежности – более 99%; коэффициент готовности – более 98%; выбросы NOx – 15 ppm (модификация DLE). Для обеспечения клиентов надежной поддержкой на всем протяжении жизненного цикла генерирующего оборудования GE открыла специализированный Центр энергетических технологий в Калуге. Он предлагает заказчикам современные решения для обслуживания, инспекции и ремонта газовых турбин. На предприятии внедрена система менеджмента качества в соответствии со стандартом ISO 9001.

Начиная с 70-годов XX века, в мире проявилась четкая тенденция по переходу энергетики на природный газ, как основной вид топлива, и газотурбинные установки (ГТУ) в качестве ведущих силовых агрегатов для привода электрогенераторов. Развитыми странами мира выделяется существенное финансирование на работы по повышению эффективности и топливной экономичности газотурбинных установок. Уже эксплуатируются большие ГТУ мощностью свыше 400 МВт. Температура рабочих газов современных ГТУ на входе в турбину перешла за отметку 1500 °С, что на 150/200 °С выше, чем на установках предыдущего поколения. Нынешний период характеризуется активными работами по созданию ГТУ третьего поколения, представляющих собой компактные и одновременно мощные силовые установки для морской техники гражданского и военного назначения. Корабельные ГТД второго поколения разрабатывались на основе авиационных турбореактивных двигателей с учетом использования в морских условиях. Они имеют малый удельный расход топлива, повышенную коррозионную стойкость, меньшие, чем у ГТД первого поколения, вес и габариты, больший срок службы и повышенную надёжность. КПД этих двигателей был увеличен за счёт повышения рабочего давления, температуры цикла, а также применения эффективного охлаждения лопаток турбины. Наиболее напряженные узлы и детали таких двигателей изготавливаются из высокопрочных коррозионностойких сплавов. Ротор и статор компрессора выполняются из титановых или никелевых, а компоненты турбины и камеры сгорания – из кобальтовых или никелевых сплавов. Все детали ГТД, работающие при высокой температуре (камера сгорания, лопатки турбины высокого давления, направляющие и активные лопатки первой и второй ступеней турбины низкого давления), имеют алюминизированные или хромированные пленочные покрытия, которые являются достаточно надежной защитой от высокотемпературной коррозии. ГТД второго поколения могут работать на авиационном керосине, дизельном и дистиллятном топливах и даже природном газе. В отличие от ГТД первого поколения они выделяют незначительное количество дыма, что достигнуто благодаря применению совершенной конструкции топливных форсунок и полному его перемешиванию с воздухом в аксиальных вихревых камерах сгорания.

Американской компании «General Electric» с середины 60-х годов прошлого века удалось создать широкий типовой ряд энергетических газотурбинных установок разной мощности. Эти двигатели широко использовались на различных типах гражданских самолётов в США. Позднее их применили для создания промышленных ГТУ и судовых двигателей. Эксперты считают лучшим морским ГТД второго поколения американский двигатель LM-2500 фирмы «General Electric». Он создан на базе авиационного турбореактивного двухконтурного двигателя TF39 и является развитием серии CF6-6 той же фирмы. ГТД представляет собой двухвальный двигатель простого цикла, в состав которого входят 16-ступенчатый компрессор, быстросъемная кольцевая камера сгорания малого диаметра, двухступенчатая турбина высокого давления и шестиступенчатая свободная силовая турбина. При нормальных эксплуатационных условиях (температура окружающего воздуха 15 °С, давление 1,03 кг/кв. см.) и теплотворной способности топлива 10 270 ккал/кг двигатель имеет максимальную длительную мощность 24 700 л. с. при 3 400 об/мин. Удельный расход топлива на этой мощности 181,9 г/л. с. ч и расход воздуха 59–65 кг/с. Длина двигателя составляет 6,25 м, вес около 3,8 т. Компрессор выполнен однороторным со степенью сжатия 17:1. По сравнению с корабельными ГТД других типов, температура газа в двигателе LM-2500 значительно повышена, однако, благодаря эффективному охлаждению, температура его стенок оказалась ненамного выше, чем у ГТД первого поколения. Особое внимание при этом уделяется обеспечению контроля за потоком охлаждающего воздуха, уменьшению его потерь, а также контролю за радиальным зазором. Силовая турбина представляет собой прямоточную шестиступенчатую конструкцию с небольшими окружными скоростями. Силовой вал ГТД снабжён с обеих сторон эластичными дисковыми муфтами сцепления, выравнивающими несогласованные крутящие моменты. Считается, что дисковые муфты наиболее полно удовлетворяют требованиям корабельных ГТД, так как не требуют смазки, не имеют трущихся поверхностей и обладают высокой коррозионной стойкостью. Подшипники ГТД смазываются с помощью масляных насосов синтетическим маслом. Компрессор и корпус силовой турбины для удобства обслуживания и ремонта выполнены разъёмными, что позволяет заменять лопатки без демонтажа двигателя в целом. Кроме того, имеются смотровые отверстия для наблюдения за состоянием наиболее важных частей, а вся топливная система смонтирована снаружи двигателя. В период стендовых испытаний ГТД LM-2500 время его безаварийной работы значительно превысило моторесурс двигателей первого поколения. В ходе пробной эксплуатации на судне «Адмирал Коллагэн» в 1972 году этот двигатель отработал более 15 тыс. часов, из них 5 тыс. часов он работал в диапазоне мощностей 19–21 тыс. л. с. Еще одной особенностью этого ГТД является то, что, легко удалив из корабля на береговой ремонт, его можно заново установить в течение 72 часов. Развитый глобальный фирменный сервис позволяет укладываться с указанное время, что дает компании «General Electric» серьезное конкурентное преимущество перед другими производителями ГТД. Захватив лидерство на мировом энергетическом рынке, «General Electric» последние 30 лет производит около 70 % всех выпускаемых в мире ГТУ. В настоящее время компания выпускает судовые установки мощностью трех типов: серия LM-2500 – мощностью от 22,4 до 33,4 МВт,. серия LM-6000 – мощностью от 42,4 до 47,5 МВт,. серия LMS-100 – мощностью 110 МВт.