От редакции

6 Российские компании воплощают в жизнь свои разработки!

А.Ю. Култышев, д.т.н., главный редактор – журнал «Турбины и Дизели»

 

Интервью

8 Потребности страны в энергетическом оборудовании обеспечат российские предприятия

М.И. Иванов — Министерство промышленности и торговли Российской Федерации

 

Газотурбинные установки

12 Устройства измерения полных параметров газа

М. О. Плодистый — АО «Силовые машины»

Ключевые слова: измерительное устройство, замер полных параметров газа, газовая турбина, термопара, камера торможения

Аннотация

Температура и давление горячего газа входят в число ключевых параметров, характеризующих работу газовой турбины. Измерение параметров газа в турбине позволяет не только подтвердить заявленные характеристики ГТУ, но и также выполнить верификацию расчетных моделей и методов. Для измерения параметров газа используются измерительные устройства, и основной проблемой при их создании является обеспечение работоспособности при высоких температурах газа, которая для современных ГТУ может превышать 1500 oС.

Целью работы было создание устройства для измерения параметров газа, которое обеспечивало бы высокую точность измерения, сохраняло работоспособность при высоких температурах газа, а также было простым в его изготовлении, установке и фиксации при приемлемой стоимости.

В процессе разработки измерительного устройства был рассмотрен ряд вариантов конструкции корпуса устройства с камерой торможения потока; устройства с каналами охлаждения, а также из жаростойких материалов (керамика) без охлаждения.

Основные недостатки охлаждаемых конструкций – это ограниченная максимально допустимая температура металла, а также возможное воздействие корпуса на показания термопары за счет охлаждения потока газа при теплообмене.

Основные недостатки керамических конструкций – это трудности фиксации устройства, вызванные тем, что керамический материал невозможно закрепить с использованием стандартных методов фиксации (сварка, пайка).

К недостаткам керамических конструкций также можно отнести низкую устойчивость к перепадам температуры.

Анализ различных конструкций измерительных устройств позволил сделать выбор в пользу охлаждаемой конструкции из металла, так как такая конструкция в большей степени соответствует всем предъявляемым требованиям.

 

18 Энергетика импортозамещения: российские компании завершают освоение производства рабочей лопатки SGT-800

А.А. Кушманов — ООО «ТурбоСервис Рус»

 

22 Подогрев топлива перед камерой сгорания ГТУ как способ повышения тепловой экономичности парогазовых энергоблоков

А.С. Красичков, В.Д. Буров (к.т.н.) — Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Ключевые слова: предварительный подогрев топлива, ПГУ, КПД, тепловая экономичность, газотурбинная установка, число Воббе, теплотворная способность, система топливоснабжения

Аннотация

В статье рассматривается влияние предварительного подогрева топлива на тепловую экономичность парогазовых установок конденсационного типа ПГУ-КЭС. Анализи-руются основные способы подогрева топлива: рекуперативный, использование промежуточных теплоносителей, электрический и комбинированный подогрев. Дан обзор проектов ПГУ с предварительным подогревом топлива, реализованных на российских ТЭС. Рассмотрены технологические параметры, схемы топливоснабжения и интеграция узлов подогрева в основной технологический процесс ПГУ.

Для оценки влияния подогрева топлива на характеристики ГТУ разработаны математические модели, реализованные в программном комплексе Thermoflow. Результаты показывают, что предварительный подогрев топлива снижает удельный расход природного газа и повышает КПД ПГУ. Определены допустимые пределы изменения температуры подогрева для разных составов природного газа на основании ограничений диапазона числа Воббе для различных типов камер сгорания ГТУ.

Исследовано влияние подогрева топлива на показатели тепловой экономичности ПГУ 460 МВт и ПГУ 500 МВт на базе ГТЭ-170.1 и ГТЭ-170.2. Полученные данные могут использоваться при проектировании и модернизации энергоблоков ПГУ.

 

30 Анализ изменения основных параметров газовой турбины ГТЭ-170.1

В.В. Барсков (д.т.н.), М.А. Лаптев, М.А. Голубцов — ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

Н.С. Павлов, Р.Ф. Султанов, А.В. Михайлов, М.С. Бахмицкий (к.т.н.) — АО «Силовые машины»

Ключевые слова: турбомашины, тепловое состояние лопатки, система охлаждения лопатки, КПД

Аннотация
Сегодня развитие энергетического комплекса с использованием отечественного оборудования имеет очень важное значение для нашей страны. На данный момент можно выделить всего две российские компании, которые реализуют проекты по созданию серийных газовых турбин большой мощности, – это АО «Силовые машины» с новейшей турбиной ГТЭ-170, создаваемой на основе опыта производства турбины SGT5-2000E (ГТЭ-160) по лицензии Siemens, и ПАО «ОДК-Сатурн» с установкой ГТЭ-110М.

Наряду с разработкой и серийным производством газовых турбины большой мощности, возрастает актуальность исследования возможных вариантов модернизации таких турбин.

В статье рассматривается модернизация системы охлаждения турбины ГТЭ-170.1, которая заключается в применении комбинированной паровоздушной системы охлаждения вместо используемой на данный момент воздушной. Проводится термогазодинамический расчет ГТУ в программе ThermoGTE, по результатам которого анализируется изменение основных важных параметров, таких как мощность на клеммах генератора, электрический КПД, температура газа перед турбиной.

 

36 Газотурбинные электростанции для проектов малой энергетики на территории России

Н.С. Афонин, В.В. Кувшинов — ПАО «Калужский двигатель»

 

38 Возможность форсирования параметров компрессора ГТУ большой мощности за счет увеличения нагрузки на входной блок ступеней

Е.И. Давлетгареева, А.К. Воробьев — АО «Силовые машины»

Ключевые слова: газотурбинная установка большой мощности, осевой компрессор, модернизация профиля, угол установки лопаток, периферийный обвод

Аннотация
В статье приводится обзор расчетных работ, проводимых в рамках реализации проекта высокоэффективной ГТУ большой мощности. Компрессором-прототипом для данной разработки выбран осевой компрессор ГТЭ-170.2

Модернизация компрессора осуществлялась за счет перепроектирования входного блока ступеней и выполнялась в несколько этапов:

• изменялись только углы установки лопаток;
• совместно с изменением углов установки лопаток изменялся периферийный обвод проточной части.

Для аэродинамического перепроектирования входной группы ступеней в качестве расчетного инструмента использовались NX10, NUMECA Autogrid5 и Ansys CFX.

В ходе работ созданы расчетные модели модернизированного осевого компрессора ГТЭ-170.2, обеспечивающие параметры, полученные по результатам увязки компонентов ГТУ. Построены напорные характеристики, распределения нагрузки по ступеням и характеристики КПД.

Для определения запаса газодинамической устойчивости проверялась работа компрессора на номинальном режиме и на режиме повышенной нагрузки на входной блок ступеней.

В результате модернизации входного блока ступеней ГТЭ-170.2 получены два варианта геометрии проточной части компрессора для ГТУ большой мощности, удовлетворяющие заявленным газодинамическим требованиям. Данные модели после прочностных расчетов могут в дальнейшем использоваться в качестве базовых вариантов при проектировании компрессора для ГТУ большой мощности.

 

Интервью

42 Поставка энергетического оборудования – это ответственно и совсем не просто

Р.Р. Хуснутдинов — ООО «РЕНН-К»

 

Паротурбинные установки

48 Опыт проектирования и изготовления промышленных паровых турбин

Н.А. Шуленин, А.В. Романенко, Р.С. Киселев — ПАО «Калужский турбинный завод»

Ключевые слова: паровая турбина, блочная турбогенераторная установка, проточная часть, турбопривод, промышленная генерация, модернизация

Аннотация
В статье представлено всестороннее исследование конструктивных особенностей современного модельного ряда паровых турбин, разработанных и произведенных на мощностях ПАО «Калужский турбинный завод» в период с 2017 по 2023 гг. Дан подробный анализ следующих моделей турбин: – К-12-1,2; ПР-16-9,4/2,6/0,4; К-2,4-4,9П; К-22-8,8П; ТГ5,0/10,5 ПР2,3/1,3/0,5.

В ходе исследования были детально описаны конструктивные особенности каждой модели, включая особенности проточной части, системы регулирования и вспомогательного оборудования. Особое внимание уделено техническим характеристикам агрегатов, их мощности, параметрам пара и эксплуатационным показателям. При разработке новых моделей использовались наработки и технологические решения, проверенные на предшествующих поколениях турбин, выпускаемых предприятием.

Это позволило создать надежное оборудование с улучшенными эксплуатационными характеристиками, отвечающее современным требованиям промышленности.

В статье подробно рассмотрены технологические процессы и производственные циклы тех промышленных объектов, где были внедрены данные установки. При этом учитывалась специфика работы предприятий-заказчиков, их технологические особенности и требования к энергетическому оборудованию. Детально проанализированы основные технические требования заказчиков, которые были учтены при проектировании и производстве турбин. Среди них: обеспечение высокой надежности и долговечности, требования к энергоэффективности, особенности интеграции в существующие технологические схемы, необходимость автоматизации управления, экологические показатели работы оборудования.

 

54 Управление пусковыми режимами паровых турбин по термонапряженному состоянию ротора

В.Н. Голошумова, к.т.н. — ФГАОУ ВО «У ФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Ключевые слова: автоматизация, паровая турбина, эквивалентные температурные напряжения, регулирующая ступень, модель, ротор, регрессионный анализ, разности температур, неравномерное температурное поле, реальное время

Аннотация
Автоматизация пусковых режимов паровых турбин – одна из важнейших частей автоматизации управления технологическими процессами энергоблоков. В статье предлагается использовать величину эквивалентных температурных напряжений в регулирующей ступени в качестве одного из ключевых параметров, характеризующих надежность пуска паровой турбины. Автор представляет принципы разработки модели прогрева ротора паровой турбины для автоматизации управления пуском и при непрерывном мониторинге его термонапряженного состояния с использованием персонального компьютера в режиме реального времени. Предварительное исследование термонапряженного состояния ротора с использованием универсальной CAE-программы методом конечных элементов (МКЭ) позволило выдвинуть гипотезу о том, что максимальные температурные напряжения могут быть рассчитаны с достаточной точностью по информации о «характерных» перепадах температур внутри ротора по формуле регрессионного анализа. Типичное применение программ МКЭ подразумевает «офлайновые» вычисления, но быстрые темпы развития вычислительной техники стали основным стимулом, чтобы рассмотреть возможность моделирования в реальном времени на основе моделей МКЭ.

Предлагается оценивать термонапряженное состояние, используя регрессионную зависимость от «характерных» разностей температур, на которые следует обратить особое внимание, поскольку они являются узловыми точными решениями МКЭ при решении задачи Ansys Thermal, результатом которой и является температурное поле в реальном времени. Приведен пример всего комплекса необходимых вычислительных исследований для создания модулей устройства управления паровой турбиной Т-110/120-130. Модули протестированы в среде Matlab Simulink.

 

60 Современное теплообменное и вспомогательное оборудование разработки и производства ПАО «Калужский турбинный завод»

А. В. Малинин, А. Н. Филинов, Н. В. Гридчин, Р. С. Киселев, А. С. Порученко — ПАО «Калужский турбинный завод»

Ключевые слова: теплообменное оборудование, конденсатор, блок эжекторов, маслоохладитель, подогреватель низкого давления, подогреватель высокого давления

Аннотация
В статье представлен обзор теплообменного и вспомогательного оборудования разработки и производства ПАО «Калужский турбинный завод» (ПАО «КТЗ»). Постоянно совершенствуя серийное оборудование, ПАО «КТЗ» осуществляет новые разработки теплообменного оборудования. Представлен обзор серийных конденсаторов, а также последние разработки с учетом многолетнего опыта проектирования и эксплуатации оборудования. Приведены их технические характеристики и описание конструкции, в том числе конденсатора КП-650, главной особенностью которого является боковой подвод пара для компоновки турбоустановки с осевым выхлопным патрубком.

Указаны особенности конструкции конденсаторов, предназначенных для работы на морской воде. Представлено описание блочной воздушно-конденсационной установки «Туман 4К». Приведена номенклатура подогревателей низкого и высокого давления, маслоохладителей. Представлен обзор серийных пароструйных основных эжекторов, эжекторов отсоса пара из уплотнений, а также блок эжекторов. Даны их технические характеристики и описание.

 

68 Разработка программного комплекса для проектирования и анализа эффективности проточных частей паровых турбин

В. Г. Грибин (д.т.н.), О. М. Митрохова (к.т.н.), Д. М. Андрианов, А. Ю. Макаров (к.т.н.), В. В. Попов (к.т.н.), Л. Л. Цецхладзе — Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Ключевые слова: программный комплекс, проточная часть паровой турбины, ступень турбины, профилирование решеток турбомашин, алгоритмы проектирования, меридиональный обвод

Аннотация
С развитием цифровых технологий расширяются возможности автоматизации процессов проектирования в энергетическом машиностроении. Современные ЭВМ открывают новые подходы к проведению расчетов с обработкой больших объемов данных, позволяя сократить время и увеличить число рассматриваемых вариантов в процессе проектирования.

Для этого необходима разработка расчетных алгоритмов и программного обеспечения, которое позволит осуществить быструю обработку данных и контроль ключевых результатов на всех этапах проекта. Для проектирования проточной части цилиндра паровой турбины необходимо решение целого ряда взаимосвязанных задач, проведение итерации расчетов и уточнение результатов.

В статье рассмотрен программный комплекс, разработанный в НИУ «МЭИ» на кафедре паровых и газовых турбин им. А.В. Щегляева и позволяющий выполнить газодинамический расчет проточной части и визуализировать полученные результаты. Существует возможность выполнить расчеты с большим количеством вариантов проточной части паровой турбины, анализировать результаты и изменять параметры для получения максимального КПД каждого цилиндра. Программный комплекс состоит из инструментов и интерфейсов, которые позволяют выбирать количество сечений для профилирования ступеней по высоте в зависимости от законов закрутки.

 

74 Компоновочные решения для монтажа и эксплуатации паровых турбогенераторных установок в условиях Арктики

А. В. Романенко, Н. Э. Емельянов, И. А. Остриков, Т. А. Заломова, О. В. Романенко — ПАО «Калужский турбинный завод»

Ключевые слова: промышленные паровые турбины, паротурбинные установки, компоновочные решения

Аннотация
Развитие энергетической инфраструктуры Арктики требует применения специализированных решений, учитывающих экстремальные климатические условия, сложную логистику и особенности эксплуатации оборудования в удаленных регионах. Неблагоприятные природно-климатические условия зоны вечной мерзлоты негативно воздействуют на инфраструктуру регионов Арктики. Это значительно увеличивает затраты на строительство и эксплуатацию зданий и сооружений, а также заставляет постоянно искать новые подходы и технологии для возведения объектов инфраструктуры, чтобы обеспечить их устойчивость. В статье дан анализ компоновочных решений для монтажа и эксплуатации паротурбогенераторных установок (ПТУ) мощностью до 5 МВт, предназначенных для атомных станций малой мощности в Арктике. Основное внимание уделяется бесподвальной компоновке, минимизации строительно-монтажных работ, повышению транспортной доступности оборудования и его адаптации к сложным условиям эксплуатации. Также рассматривается блочная конструкция ПТУ, обеспечивающая компактность, удобство монтажа и высокую надежность эксплуатации. Представленные решения направлены на повышение эффективности использования местных энергоресурсов, снижение затрат на транспортировку и монтаж ПТУ, а также улучшение их эксплуатационных характеристик в условиях Крайнего Севера.

 

Представление компании

84 Предприятием «Турбинаспецсервис» проведен восстановительный ремонт элементов горячей части турбины SGT5-4000F

Р. Р. Бекишев — ООО «ПП ТСС»

 

Научные исследования

86 Определение предельных возможностей различных структур электропневматических приводов с дискретными пневмораспределителями и скользящим управлением

М.О. Шейкин, С.Н. Черкасских (к.т.н.), В.В. Феденков (к.т.н.) — Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Ключевые слова: электропневмати-ческий привод, дискретные распределители, управление в скользящих режимах, многорежимное управление, многокритериальная оптимизация, фронт Парето

Аннотация
В данной работе представлен сравнительный анализ эффективности 3-, 5- и 7-режимного скользящего управления электропневматическим приводом с дискретными распределителями. Исследование основано на построении и анализе фронтов Парето, что позволяет объективно оценить компромисс между точностью позиционирования и частотой переключений распределителей.

Разработана математическая модель пневмопривода, учитывающая нелинейную динамику пневматической системы и дискретный характер управляющих воздействий. Предложена методика многокритериальной оптимизации параметров алгоритмов управления с использованием суррогатных моделей для снижения вычислительной сложности.

Результаты численного моделирования показали, что увеличение числа режимов управления с 3 до 5 позволяет снизить частоту переключений распределителей в среднем на 34% при сохранении аналогичной точности позиционирования. Выявлены области эффективности различных режимов управления в зависимости от требуемой точности позиционирования.

Полученные результаты могут быть использованы при проектировании и оптимизации электропневматических приводов с дискретными распределителями для различных промышленных применений. Предложенный подход к сравнительному анализу на основе фронтов Парето может быть применен для исследования других типов систем управления с конфликтными критериями качества.

 

Выставки, конференции

92 Российские ГТУ малой мощности для распределенного производства энергии

Д. А. Капралов — журнал «Турбины и Дизели»

 

Аналитика, обзоры

94 Сравнительный анализ современных энергетических установок для производства электроэнергии

С. С. Каликин, Н. К. Марков, Н. C. Пиюренко, К. Д. Фролов — ФГАОУ ВО «Cанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

И. Ю. Кляйнрок, к.т.н. — ООО «Газпром энергохолдинг индустриальные активы»

Ключевые слова: паротурбинная установка, газотурбинная установка, парогазовая установка, дизельная установка,  гидротурбинная установка, ветроэнергетическая установка, фотоэлектрическая установка

Аннотация
В статье представлен сравнительный анализ различных типов энергетических установок, применяемых в составе электростанций мирового электроэнергетического комплекса. Рассмотрена структура установленной мощности по типам электростанций. Значительный сектор энергетической структуры занимает, несмотря на ряд недостатков, тепловая энергетика, включающая паровые, газовые, парогазовые, дизельные и газопоршневые энергоустановки, на долю которых приходится более 57% мирового производства энергии. На долю «зеленой энергетики» приходится 37,1% объема установленной мощности. Доля атомной энергетики составляет порядка 5% объема установленной мощности.

Рассмотрены различные типы современных энергетических установок, используемых в мировой электроэнергетике, представлены достижимые на данный момент технико-экономические характеристики энергоустановок, их основные достоинства и недостатки, а также заводы-изготовители.

Проведенный анализ структуры установленной мощности, технических характеристик и эффективности различных типов энергетических установок позволяет получить комплексное представление о текущем состоянии и перспективах развития энергетического сектора.

 

Передовые проекты

100 Эксплуатация ГПУ-ТЭС в г. Коломна производства «ТМХ Энергетические решения»

О. А. Шестаков — ООО «ТМХ Энергетические решения»

 

История

102 Нашим учителям. Г. С. Жирицкий – энергия служения

В. Г. Грибин (д.т.н.), Д. М. Андрианов — Национальный исследовательский университет «МЭИ»