Перспективы развития приводных ГТУ и конвертирован­ных ГТД для транспорта газа

Единичная мощность приводных ГТУ ограничивается сегодня не техническими возможностями машиностроения, а технико-экономическими потребностями газовой промышленности, и достигла пределов 25 МВт.

Масса собственно ГТУ (тем более авиа ГТД) составляет незначи­тельную долю в металлоемкости оборудования КС (стационарной - 15 - 20%, ГТД - около 3,5%). Масса газового нагнетателя соизмерима с массой одного из многочисленных шаровых кранов техноло­гической обвязки. Значения имеют массы блоков и модулей из условий возможности монтажа или транспортировки при ремонтах. Сохраняются задачи снижения расходов топлива на перекачку, потерь смазочного масла. Обостряется проблема вредных выбросов оксидов азота (NO_х) и угарного газа (СО). В странах и районах с плотным размещением промышленности возникает проблема ограничения в атмосфере концентрации углекислого газа (СО₂), усиливающего парниковый эффект. Решение последней при сохранении масштабов выработки энергии требует сокращения расходов угольного и углеводородного топлив, т.е. опять же повышения КПД.

Таким образом, повышение КПД ГТУ и улучшение их экологиче­ских характеристик являются генеральным направлением развития ГТУ в обозримом будущем.

К концу первого десятилетия XXI века следует ожидать достижения следующего уровня КПД приводных ГТУ и ГТД:

Будут построены единичные ПГУ с КПД 44 - 50%.

В странах, располагающих большими финансовыми ресурсами и удаленных от газовых промыслов, задача повышения КПД решается и ка­питалоемким способом - применением регенеративного цикла. В районах с большим потреблением энергии вблизи газопроводов строятся ПТУ, когда паросиловая часть ГПА замещает топливопотребляющие мощности в энергосистемах. России также предстоит вступить на такой путь. Однако в ближайшем десятилетии предстоящий рост народного хозяйства совпадает с дефицитом свободных капиталов. Поэтому приоритетным является нау­коемкий путь. Наибольшим спросом будут пользоваться ГТУ и ГТД про­стого цикла с высокими параметрами. Разработки моделей с усложнением цикла широкое промышленное применение, очевидно, получат во втором десятилетии XXI века.

Для отечественных конвертированных ГТД важнейшими задачами явится повышение ремонтопригодности и ресурса (20 -25 тыс. часов до за­мены двигателя).

Предстоит коренное совершенствование оборудования КС как в час­ти сокращения его материалоемкости, так и повышения эффективности.

Большое разнообразие конструкций, характерное для 50 - 60-х го­дов - периода поиска оптимальных решений, сменяется сближением об­лика стационарных ГТУ разных фирм. Единый корпус компрессора и турбины стал общим принципом. В ГТУ европейских фирм число ступе­ней в турбине уменьшилось с пяти до четырех - трех. У машин Дженерал Электрик (США) - увеличилось с двух до трех, а в совместном проекте ПЖТ-10 (Нуово Пиньоне) - до четырех. Трансзвуковой осевой компрессор с несколькими рядами регулируемых направляющих аппаратов получил широкое распространение. Наблюдается переход к встроенным камерам сгорания у фирм, традиционно применявших лишь выносные конструкции (АББ, Сименс). Общие черты приобретают системы охлаждения. Конст­руктивно исключается контакт дисков турбин с продуктами сгорания про­точной части, а ротор выполняется под избыточным давлением охлаж­дающего воздуха. Для очистки охлаждающего воздуха все чаще исполь­зуется вращение ротора. В новых ГТУ фирмы отказываются от считавше­гося ранее прогрессивным решения - цельнолитых сегментов из несколь­ких сопел в пользу отдельно отлитых и уплотненных на стыках лопаток. Этим обеспечивается существенно большая термоусталостная прочность. Кольцевые камеры сгорания выполняются из отдельных элементов с большой свободой тепловых расширений.

Следует заметить, что большинство названных технических решений было разработано и применено в 60 - 70-х годах в стационарных отечест­венных ГТУ (ЛМЗ - Ленинград, ХТГЗ - Харьков, ТМЗ - Свердловск).

Авиационная технология и материалы все больше используются для изготовления элементов горячего тракта и турбомашин в стационарном газотурбостроении. Появляются примеры внедрения в ГТД при их конвер­тировании технических решений стационарных машин , в том числе и не­приемлемых в условиях летательного аппарата (например, радиальная компоновка кольцевой камеры сгорания у промышленного варианта ГТД RB-211 Роллс Ройс, силовые турбины на подшипниках скольжения).

Из энергетического газотурбостроения в приводные ГТУ переносят­ся электронно-электрические системы автоматического регулирования (САР). На первых этапах, как и в зарубежных авиадвигателях, осуществ­ляются комбинированные САР - электронно-гидравлические, как более автономные. Опыт эксплуатации позволит сделать вывод о надежности новых систем.