SGT-750 газотурбинный двигатель

Описание конструкции газовой турбины Siemens SGT750: двухвальная ГТУ была разработана компанией Siemens для заполнения ниши в мощностном диапазоне промышленных газовых турбин до 50 МВт, которая заполняет нишу между SGT700 (32 МВт) и SGT800 (50 МВт). ГТУ рассчитана на продолжительное время работы и увеличенные интервалы между обслуживанием. Задачей компании было создание турбины, которая могла бы применяться в составе пиковых и парогазовых электростанций, ГТУ–ТЭС, а также в качестве механического привода в нефтегазовом секторе. И при этом конкурировать с авиапроизводными газовыми турбинами в своем классе мощности. Благодаря конструкции SG750 обслуживание ГТУ возможно на месте эксплуатации, обеспечен удобный доступ для проведения инспекции бороскопом, а также быстрая замена газогенератора. Кроме того, турбину компрессора, имеющую болтовое соединение с компрессором, можно легко заменить как отдельный модуль. Время простоя при плановом техническом обслуживании сокращено до минимума: согласно данным Siemens, оно составляет всего 17 дней за 17 лет эксплуатации. Максимальная надежность обеспечивается за счет использования апробированных компонентов других газовых турбин из линейки Siemens. Горелки камеры сгорания разработаны на основе технологии, успешно зарекомендовавшей себя в эксплуатации на газовых турбинах SGT800. Технология изготовления ротора SGT750 очень схожа с технологией сварки, применяемой в SGT800. Газовая турбина имеет единый жесткий ротор компрессора, сваренный с применением электроннолучевой технологии, для обеспечения стабильного и плавного запуска из горячего или холодного состояния. Пазы для осевого крепления лопаток позволяют производить их замену без демонтажа ротора.

Газовая турбина мощностью 41 МВт с КПД >41% имеет модульную конструкцию с минимальным количеством компонентов в двух-вальной конфигурации, с возможностью выбора частоты вращения 3050-6100-6405 об/мин, что позволяет использовать турбоагрегат для привода генераторов, компрессоров и насосов без использования редуктора. В ГТУ используются отработанные и апробированные конструкционные материалы и комплектующие, конструктивные решения, позволяющие получить современную машину с высоким КПД. В результате промышленная турбина SGT750 для тяжелых условий эксплуатации, выходит на полную нагрузку через 10 минут после начала запуска. Основные применения SGT750: когенерация (ТЭЦ), парогазовые циклы (ПГУ), механический привод (например, нагнетателей), автономная генерация. Ключевые особенности SGT750: высокая топливная гибкость, быстрый пуск и изменение нагрузки, оптимизирована для работы в режиме когенерации и для частых старт-стопов. ГТУ имеет возможность работы в жесточайших климатических условиях с температурой наружного воздуха от минус 60 градусов, до плюс 55°C. Полный капремонт газогенератора наступает после 64000 часов, капремонт силовой турбины через 120000 часов. Первый цикл планово-предупредительного ТО включает 120 тыс. экв. часов, или около 15 лет эксплуатации. Вес газовой турбины Core Engine составляет 76 тонн, габаритные размеры на раме ДхШхВ в м: 12.8х4.3х4.1. Тепловая мощность SGT750 составляет 8600 кДж/кВт·ч. Массовый расход выхлопных газов 118 кг/с. Температура выхлопных газов 468 °C. В процессе эксплуатации SGT750 были получены следующие статистические данные: коэффициент надежности – 99%; коэффициент готовности – 97%. Конструкция ГТУ SGT-750 предусматривает возможность альтернативного способа проведения ТО уровней «В» и «С», который вместо ремонта/замены элементов горячей части газогенератора включает его полную замену, производимую в течение 24 часов.

Ротор компрессора осевой 15-ступенчатый, со степенью повышения давления 24:1 и двухступенчатая турбина образуют единый вал, установленный в стандартных гидродинамических подшипниках с самоустанавливающимися сегментами. Конструкция ротора типа "бочка" (barrel design), без горизонтального разъема. В компрессоре используются аэродинамически усовершенствованные 3D-профили для максимального КПД. Первые несколько ступеней имеют переменный угол установки лопаток (VSV - Variable Stator Vanes), что позволяет оптимизировать работу на частичных нагрузках и улучшить стабильность. Материалы лопаток — высокопрочные титановые и стальные сплавы. Турбина 2-х ступенчатая, оптимизирована для работы с высокой температурой газов на входе (Turbine Inlet Temperature ~ 1300°C и выше). Лопатки 1-й и 2-й ступеней полностью охлаждаемые, с сложной внутренней системой каналов для прохода охлаждающего воздуха. Покрытие теплозащитное покрытие (TBC - Thermal Barrier Coating) на основе диоксида циркония, что позволяет повышать рабочую температуру и продлевать ресурс. Сопловые аппараты (сопла) охлаждаемые, сопла 1-й ступени могут быть регулируемыми для оптимизации работы на разных режимах. Ротор турбины составной, соединенный с ротором компрессора. Диски изготовлены из никелевых жаропрочных сплавов. Турбина оснащена системой воздушного охлаждения (CASC - Compressor Air System for Cooling). Отбор сжатого воздуха от разных ступеней компрессора используется для эффективного охлаждения горячих частей турбины (лопаток, дисков, корпуса).

Силовая турбина двухступенчатая, СТ нужна для обеспечения гибкости эксплуатации и эффективной работы в широком диапазоне нагрузок и скоростей вращения. Силовая турбина обеспечивает работу газовой турбины на мощностях от 50 до 105% от номинала. Привод оборудования осуществляется со стороны силовой турбины. Система управления турбиной Siemens SPPA-T3000, это полностью цифровая, распределенная система управления (DCS-уровня), специально разработанная для энергооборудования. Для силовой турбины (СТ) важно иметь возможность оптимизировать настройки для каждого индивидуального проекта. Поскольку ГТУ должна генерировать максимальную мощность вне зависимости от условий окружающей среды, в ней применяется свободная силовая турбина. Она представляет собой двухступенчатый высокоскоростной модуль с номинальной частотой вращения 6100 об/мин, который может использоваться как для механического привода, так и для выработки электроэнергии (совместно с понижающим редуктором). Свободная силовая турбина является хорошим решением для энергосетей, в которых требуется поддерживать мощность в случае перепадов частоты тока. Входной направляющий аппарат СТ может устанавливаться на определенный угол в зависимости от условий эксплуатации (арктический, умеренный или тропический климат). Например, для условий тропического климата он установлен на более открытый угол. Диски турбины также имеют болтовое соединение с ротором, поэтому модуль СТ может быть легко заменен. Силовая турбина имеет высокоэффективный диффузор и установлена на сегментных подшипниках скольжения (с длительным сроком службы), смазываемых минеральным маслом.

Радиальная вихревая горелка имеет четыре линии подвода газового топлива: первое и второе основное топливо, пилотное и богатое пилотное топливо (RPL). Горелка RPL помогает стабилизировать пламя во время работы. SGT750 является двухтопливной турбиной, способной работать на природном газе и легком дистилляте. Опыт применения системы DLE в других ГТУ показывает, что новейшая камера сгорания может работать на газах различного состава. Например, на природном газе с высоким содержанием азота, полученном из истощенных скважин; газах нефтеперерабатывающих заводов; на обогащенных водородом газах и др. Помимо снижения уровня выбросов NOx, камера сгорания обеспечивает широкий диапазон регулирования нагрузок. Турбина может работать с нагрузкой 50 % при поддержании уровня выбросов NOx 15 ppmv. В странах, где ограничения по выбросам оксидов азота не столь строгие, существует возможность снизить нагрузку до 30 %. Камера сгорания состоит из восьми кольцевых жаровых труб с двойными стенками с последовательным охлаждением и восьми переходных каналов с двойными стенками с параллельным охлаждением. Головки жаровых труб имеют конвективное охлаждение, где весь охлаждающий воздух используется для сжигания. После камеры сгорания газ направляется в переходный канал и далее в газовую турбину. Модуль турбины включает двухступенчатую турбину компрессора с воздушным охлаждением и двухступенчатую неохлаждаемую силовую турбину, вращающуюся в противоположную сторону. Турбина компрессора выполнена из апробированных материалов, обеспечивая износостойкость и долговечность. Конструкция камеры сгорания гибридная, кольцевая, позволяет отдельно снимать каждую из 8 горелок без разборки всего агрегата. Это также обеспечивает простой и удобный осмотр камеры сгорания. Камера сгорания с сухим подавлением оксидом азота (DLE), позволяет работать как на газообразном, так и на жидком топливе с ультранизкими выбросами вредных веществ. Камеры сгорания позволяют эксплуатацию газовой турбины как на жидком топливе, так и газообразном. Особенность ГТУ SGT750 – способность работать на газовом топливе из 40% водорода.