Газотурбинная электростанция GE LM6000

Газотурбинная установка LM6000 разработана на базе авиадвигателя CF6 и выпускается фирмой General Electric с 1991 г. Первоначально мощность ее составляла 40 МВт, КПД – 40%. С 1991 г. выпущено 1200 ГТУ этого типа. Они наработали в сумме более 33 млн ч, наибольшая наработка на агрегат достигла 160 тыс. ч. Эта ГТУ применяется для привода электрических генераторов и механизмов (компрессоров, насосов). Она работает автономно, в схемах комбинированного производства электроэнергии и тепла и в парогазовых установках. Газотурбинная установка LM6000 выполнена двухвальной. Генератор горячих газов для 5-ступенчатой турбины низкого давления (ТНД) состоит из 14-ступенчатого компрессора высокого давления (КВД), камеры сгорания и 2-ступенчатой турбины высокого давления (ТВД) с номинальной частотой вращения 10000 мин. Турбина НД через вал, находящийся внутри вала ВД, вращает компрессор низкого давления (КНД, 5 ступеней) и выдает полезную мощность со стороны выхода отработавших в ней газов. Выдача мощности возможна и со стороны КНД. Компрессор низкого давления выполнен с одним регулируемым входным направляющим аппаратом (ВНА), в компрессоре высокого давления (КВД) регулируется шесть направляющих венцов на входе. Изменение положения ВНА обеспечивает согласование расходов воздуха при быстрых пусках, остановах и снижении нагрузок и предотвращает срывные явления при длительной работе на очень малой нагрузке.

Аэродинамически совершенные рабочие и сопловые лопатки ТВД выполнены монокристаллическими из жаропрочного сплава и защищены термобарьерным покрытием. Рабочие лопатки всех ступеней ТНД объединены бандажом. Газотурбинная установка LM6000 поставляется с кольцевыми камерами сгорания (КС) двух типов. Камера первого типа аналогична камере авиационных ГТД и выполнена прямоточной с завихрителем Вентури, обеспечивающим равномерное распределение температуры на выходе из камеры. В ее конструкции предусмотрена возможность замены отдельных форсунок. Пламенная труба для увеличения срока службы выполнена неразъемной и защищена иттрий-циркониевым термобарьерным покрытием. Камера второго типа ‒ сухая, малоэмиссионная (выпускается с 1995 г.) с предварительной подготовкой топливовоздушной смеси, при работе на природном газе обеспечивает выбросы NOx не более 25 млн при концентрации O2 равной 15% без впрыска воды или пара, необходимых при работе на малосернистом жидком топливе для снижения концентрации NOx менее 42 млн. Фирма General Electric последовательно совершенствует конструкции ГТУ с повышением их показателей. После модернизации в 2009 г. модификация PG выпускается с авиадвигательной камерой сгорания, а РН – с малоэмиссионной. С 2013 г. в качестве таковой используется двухкольцевая двухтопливная камера сгорания с выбросами менее 15 млн и СО не более 25 млн при сжигании природного газа без впрыска воды или водяного пара. При модернизации ГТУ фирма General Electric применила свои достижения в подборе материалов и технологии, использованные при изготовлении авиадвигателей СF-80E и GE90, а также промышленной ГТУ LMS100. В 1992 г. начальная температура газа перед ТВД (фирма указывает обычно температуру торможения газового потока перед рабочими лопатками 1-й ступени) была равна 1237°С, а перед ТНД ‒ 832°С. В ГТУ новых модификаций PG и PH для увеличения мощности эта температура перед ТВД была повышена на 55°С, температура на входе в рабочие лопатки турбины низкого давления составляет 900°С, температура газов на выходе ‒ 470°С. Повышение мощности ГТУ также достигнуто благодаря увеличению степени сжатия компрессора, расхода газов и частоты вращения вала НД с 3627 до 3911 мин‒1.

Газотурбинная установка LM6000PG вышла на рынок в первой половине 2010 г., а LM6000PH ‒ в 2011 г. При модернизации LM6000PH в 2016 г. были изменены материалы дисков последних ступеней компрессора высокого давления (КВД), повышена температура газов в турбине (на выходе до 504°С). Для изготовления лопаток ТВД использованы современные материалы и покрытия, улучшена форма отверстий для пленочного охлаждения. Для уменьшения напряжений изменена конструкция болтов, переконструировано уплотнение 2-й ступени. В промышленной модели LM6000PH сохранены 90% деталей авиадвигателя. Ротор ГТУ такой же, как в двигателе CF6-80E. Межремонтный период генератора газов этой ГТУ составляет 25 тыс. ч. Хотя температура газов была повышена, выбросы сохранялись на уровне не более 25 млн‒1 при нагрузках от 100 до 50% номинальной. Всего с 1993 г., когда ГТУ LM6000 были оснащены малоэмиссионными камерами сгорания, в которых возможно сжигание жидкого топлива и различных по свойствам горючих газов, выпущено около 400 таких ГТУ, наработавших в сумме более 10 млн ч. Обеспечен пуск ГТУ с приемом полной нагрузки за менее чем 10 мин после сигнала на ее повышение, изменение мощности возможно со скоростью 50 МВт/мин. Совершенствование конструкции пэкиджа позволило снизить на 30% необходимое для его установки время (до 3 мес после подписания контракта на поставку ГТУ и 12 мес – на ПГУ). Одновременно на примерно 5 дБ (А) снизился шум вблизи установки. В ГТУ LM6000 использована система тонкого распыления воды на входе в КНД и в КВД для испарительного охлаждения сжимаемого воздуха и снижения работы компрессоров (SPRINT). Эта система не потребовала конструктивных изменений ГТУ. В результате мощность ГТУ увеличилась примерно на 10%. Мощность парогазовых установок с ГТУ LM6000 составляет около 70 МВт, при этом мощность паровой турбины ‒ 15‒18 МВт, а КПД ПГУ ‒ более 55%