А.С. Лебедев, В.А. Конашков – ОАО «Силовые машины»

Ленинградский Металлический завод – филиал ОАО «Силовые машины» – изготовил и поставил для ТЭЦ-9 ОАО «Мосэнерго» головной образец стационарной энергетической газотурбинной установки среднего класса мощности ГТЭ-65. Агрегат, предназначенный для замены выработавшей свой ресурс паротурбинной установки, будет установлен в существующем машинном зале ТЭЦ. Энергоустановка будет использоваться с котлом-утилизатором П-111 (поставки ОАО «ЗИОМАР») для комбинированной выработки электроэнергии и пара, направляемого в общий коллектор для паровых турбин станции.
Схема работы ГТЭ-65 на ТЭЦ-9 (схема с «поперечными связями») позволяет провести всесторонние натурные испытания газотурбинной установки без существенного влияния на технологический цикл работы электростанции.
Установка ГТЭ-65 представляет собой одновальный агрегат, предназначенный для привода турбогенератора и способный нести базовую, полупиковую и пиковую нагрузку как автономно, так и в составе парогазового блока. Установка выполнена по двухопорной схеме. Привод турбогенератора ТЗФГ-63-2М, изготовленного предприятием «Электросила» (филиал ОАО «Силовые машины»), осуществляется через редуктор (завод «Киров-Энергомаш»).
Турбоблок ГТЭ-65 [1] выполнен в виде конструктивного объединения входного конфузора, осевого компрессора, кольцевой камеры сгорания, турбины и выпускного диффузора. Двигатель опирается на неподвижные стойки компрессора и раму турбины с подвижными опорами, которые устанавливаются непосредственно на фундамент объекта. Турбоблок имеет общий горизонтальный разъем.
Ротор турбокомпрессора – наборный, выполнен из отдельных дисков, на которые установлены рабочие лопатки компрессора и турбины. Он опирается на два подшипника скольжения: опорно-упорный в компрессоре и опорный в турбине. Центрирование дисков между собой и передача крутящего момента осуществляется по хиртовым поясам. Общая жесткость ротора обеспечивается центральной стяжкой. Вес ротора составляет 11,7 тонн.
Шестнадцатиступенчатый компрессор ГТЭ-65 спроектирован на базе проточной части, разработанной совместно с ФГУП «ЦИАМ» и НПО «ЦКТИ» [2]. Компрессор оснащен тремя поворотными направляющими аппаратами, обеспечивающими пусковые характеристики и управление расходом воздуха ГТУ от 100 до 70% мощности для поддержания постоянной температуры газа на выходе из турбины.
Кольцевая камера сгорания имеет горизонтальный разъем, что позволяет производить ее демонтаж без выемки ротора. В конструкции камеры сгорания реализован принцип сжигания «бедной» гомогенной газовоздушной смеси с низкой эмиссией оксидов азота и монооксида углерода [3]. Для разработки и изготовления низкоэмиссионной камеры сгорания было привлечено авиационное предприятие «Ивченко-Прогресс» (г. Запорожье), имеющее большой опыт в этой области.
Турбина ГТЭ-65 – четырехступенчатая, с осевым выхлопом. Все лопатки турбины, кроме четвертой рабочей, охлаждаемые. Сопловые и рабочие лопатки первой ступени имеют конвективно-пленочную систему охлаждения с выпуском охлаждающего воздуха на профиль пера и в выходную кромку, а в лопатках второй и третьей ступеней используется только конвективное внутреннее охлаждение [4].
Лопатки турбины – литые, равноосной структуры, изготовлены из коррозионно-стойких сплавов ЧС-70 и ЧС-104, изготовитель – ЗТЛ (филиал ОАО «Силовые машины»).
С целью минимизации технических рисков при разработке энергоустановки осуществлялась интенсивная программа НИОКР, с проведением модельных испытаний наиболее нагруженных и ответственных узлов ГТУ.
Исследования компрессора проводились на стенде НПО «ЦКТИ» [5]. Для испытаний была специально изготовлена шестиступенчатая модель компрессора с коэффициентом масштабирования 1:2,23. Во время испытаний с учетом масштабного фактора были исследованы и в целом подтверждены основные газодинамические характеристики компрессора: расход воздуха, КПД и степень сжатия в диапазоне приведенной частоты вращения ротора 0,7...1,05.
Одновременно с газодинамическими испытаниями модели компрессора были проведены измерения вибронапряжений в рабочих лопатках первой – четвертой ступеней, результаты которых подтвердили их вибрационную отстройку.
Испытательный модуль камеры сгорания ГТЭ-65 составляет 1/12 часть натурной кольцевой камеры сгорания. Испытания были организованы на первом этапе на стенде ГП «Ивченко-Прогресс», на втором этапе – на стенде огневых испытаний камер сгорания ЛМЗ [6].
В ходе стендовых испытаний модуля камеры сгорания отрабатывались алгоритмы работы КС, включая определение диапазонов устойчивого розжига, работу на режиме предварительного смешивания топливовоздушной смеси при различных нагрузках ГТУ, на диффузионном режиме, а также измерялись температурные поля, выбросы NOx, уровень пульсаций давления.
Теплогидравлические испытания системы охлаждения направляющих и рабочих лопаток турбины первой и второй ступени проводились на стенде ЦКТИ. Для испытаний были изготовлены четыре комплекта лопаток (по 3-5 штук для каждого венца), на которых установлены термопары в трех сечениях и осуществлялись замеры статического давления газа и охлаждающего воздуха [4].
Полученные в ходе экспериментов данные по расходным характеристикам систем охлаждения и тепловому состоянию лопаток использовались для верификации численных моделей теплообмена в лопаточном аппарате, оценки ресурса лопаток и выработки рекомендаций по его повышению.
Газотурбинная установка ГТЭ-65 может быть применена в различных типах парогазовых блоков для модернизации существующих и строительства новых электростанций конденсационного и теплофикационного типа.
Институт «Теплоэлектропроект» (филиал Инженерного центра РАО ЕЭС) разработал типовые схемы использования ГТЭ-65 в комбинированном цикле и осуществил их привязку к различным объектам энергетики. Были разработаны схемы на основе:
•    бинарных ПГУ-90 и ПГУ-180;
•    теплофикационных ПГУ сбросного типа мощностью 210/230 МВт (надстройка паровой турбины Т130/160 ЛМЗ);
•    ПГУ-ТЭЦ с паровым котлом-утилизатором, работающим на «поперечные связи»;
•    ГТУ-ТЭЦ с водогрейным котлом-утилизатором.

Использованная литература:

1.    Лебедев А.С, Варламов И.С, Росляков М.В. Энергетическая газотурбинная установка среднего класса мощности ГТЭ-65: конструкция и производство//Электрические станции. 2007, № 1.С.19-22.
2.    Лебедев А.С, Латыпов Г.Г., Соломатников А.А. Выбор параметров, разработка и модельные испытания компрессора энергетической газотурбинной установки ГТЭ-65 среднего класса мощности/ /Тяжелое машиностроение. 2007, №1. С.2-6.
3.    Лебедев А.С., Лесняк О.Б. Кравченко И.Ф., Гусев В.П. Разработка низкоэмиссионной камеры сгорания энергетической газотурбинной установки среднего класса мощности ГТЭ-65//Тяжелое машиностроение. 2007, №11. С.12-16.
4.    Лебедев А.С., Сундуков Ю.М., Кривоносова В.В. Охлаждаемый лопаточный аппарат высокотемпературной турбины энергетической газотурбинной установки ГТЭ-65 среднего класса мощности/ Теплоэнергетика. 2007, №10. С. 57-60.
5.    Петреня Ю.К., Лебедев А.С., Михайлов В.Е., Симин И.О. Газотурбинная установка ГТЭ-65: стендовые испытания основных узлов, возможности использования и пути дальнейшего совершенствования/ / Теплоэнергетика. 2008, №4. С. 42-47.
6.    Лебедев А.С, Пономарев Н.Н. Стенды испытательной станции для исследования низко эмиссионных камер сгорания/ / Газотурбинные технологии. 2005, №5. С. 44-48.