Турбодвигатель газовой турбины GE LM6000

General Electric LM6000 серия газотурбинных двигателей мощностью до 60 МВт, или газовая турбина в модификации «приводной двигатель в сборе», это комплектный турбосиловой приводной агрегат, готовый к эксплуатации в качестве запасной части, или как привод технического или энергетического оборудования. Турбодвигатель Core Engine LM6000 поставляется на единой раме (основании), с габаритными размерами ДхШ, в мм: 4900х2016, масса блока 7.5 тонн. В зависимости от исполнения, турбоблок развивает от 35 МВт в морском исполнении, до 60 МВт в сухопутном варианте. LM6000 двигатель газотурбинный используется в качестве привода генераторов для электростанций ТЭЦ, и для механического привода внешней нагрузки высокопроизводительных насосов и компрессоров, газовая турбина LM6000 как механическая приводная энергетическая установка используются на нефтепромысловых насосных установках высокого давления, в составе газоперекачивающего агрегата ГПА как газоперекачивающая станция, газовая турбина агрегатируется с компрессорами высокого давления для компримирования природного газа. Газовая турбина GE LM6000 Aeroderivative является аэропроизводным, разработанная на базе успешного авиационного турбовентиляторного двигателя General Electric CF6-80C2, что наделяет турбоагрегат высокой надежность, и модульной конструкцией, гибкостью в применении. Наследие авиации — это чрезвычайно высокий уровень надежности (более 99,97% при более чем 76 миллионах летных часов). В настоящее время отгружено около 1200 установок LM6000 для энергетического сектора, включая газотурбоблоки корабельного исполнения. Общая наработка турбин LM6000 составляет более 40 миллионов часов. Надежность запуска и эксплуатации: более 99.8%. Коэффициент технической готовности (доступности): 98.4%. Турбина имеет высокий КПД в простом цикле: благодаря конструкции, близкой к авиационной, LM6000 обладает одним из самых высоких КПД в простом цикле (до 42%), что минимизирует расход топлива. Преимущество турбины это прямой привод генератора: отбор мощности с вала, вращающегося на нужной промышленной частоте (3000/3600 об/мин), устраняет необходимость в тяжелом и дорогом редукторе. Благодаря конструкции, близкой к авиационной, LM6000 обладает одним из самых высоких КПД в простом цикле (до 42%), что минимизирует расход топлива.

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 часов. 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 месяцев после подписания контракта на поставку ГТУ и 12 месяцев – на ПГУ). Одновременно на примерно 5 дБ (А) снизился шум вблизи установки. Мощность парогазовых установок с ГТУ LM6000 составляет около 76 МВт, при этом мощность паровой турбины ‒ 20 МВт, а КПД ПГУ ‒ более 55%

Конструкция газовой турбины GE LM6000 представляет собой двухвальную систему с осевым потоком со свободной силовой турбиной. Компрессор низкого давления (КНД) 5-ступенчатый осевой компрессор, расположенный в передней части. Компрессор высокого давления (КВД) 14-ступенчатый осевой. Вместе с КНД обеспечивает общее высокое давление сжатия воздуха. 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. Кольцевая камера сгорания: расположена между компрессором и турбиной высокого давления. Она использует систему сжигания с низким уровнем выбросов (DLE — Dry Low Emissions) для минимизации NOx без впрыска воды или пара. В камере сгорания по окружности расположены 33 топливные форсунки (горелки), каждая из которых имеет несколько режимов работы для эффективного сжигания топлива на различных режимах нагрузки. Газовое топливо вводится в камеру сгорания через 75 предварительных смесителя, установленных в 30 модулях, которые образуют в ней три кольцевых зоны горения: внешнюю зону или зону «А», регулирующую зону или зону «В» и внутреннюю зону или зону «С». Тройная кольцевая камера сгорания предназначена для усовершенствования и уменьшения выбросов в атмосферу при запуске и работе на полной мощности. Модификация турбины повышенной мощности SPRINT (от англ. SPray INTercooling — распылительное промежуточное охлаждение) — это дополнительная, опциональная система, предлагаемая компанией General Electric для газовых турбин серии LM6000 с целью увеличения их мощности и эффективности. При распылении вода испаряется, отбирая тепло у сжимаемого воздуха. Охлаждение воздуха приводит к увеличению его массового расхода (плотности) через турбину, что, в свою очередь, увеличивает общую мощность установки. Вода подаётся между компрессором низкого давления (КНД) и компрессором высокого давления (КВД), и во входном обтекателе (перед КНД), если установлена двухточечная система. Система SPRINT позволяет увеличить выходную мощность турбины примерно на 9-10% при стандартных условиях ISO. В жаркие дни прирост мощности может достигать 17%.

Турбина высокого давления (ТВД): 2-ступенчатая турбина, которая приводит в движение оба компрессора (КНД и КВД) через концентрические валы. Турбина свободной мощности (Power Turbine - PT) - это уникальный элемент LM6000. В отличие от других моделей, LM6000 не имеет отдельной турбины низкого давления для привода нагрузки. Отбор мощности с вала КНД: мощность снимается с вала компрессора низкого давления (который вращается с высокой скоростью около 3600 об/мин для версии 60 Гц или ~3000 об/мин для версии 50 Гц) через специальный выходной вал. Это позволяет напрямую соединять турбину с электрогенератором без использования массивного редуктора.