Узбекистан академия наук республики узбекистан

 
Введение.
В последние годы были усовершенствованы методы расчета тепловых 
схем и элементов газотурбинные установки (ГТУ) и парогазовыми (ПГУ) с применением 
математического моделирования и компьютерной техники. В настоящее время 
значительное внимание уделяется прогрессивным технологиям сжигания топлива в 
камерах сгорания ГТУ и улучшению экологических показателей установок. При создании 
газовых турбин используются новые материалы, улучшаются системы охлаждения их 
элементов, применяются конструктивные схемы с повышенными значениями давления 
воздуха после компрессоров, с его промежуточным охлаждением, промежуточным 

---

105 
перегревом газов в газовых турбинах, используются регенеративные циклы и схемы с 
впрыском пара и воды в ГТУ [1]. 
Цель исследования
. Постоянно совершенствуется паровой цикл (ПГУ), 
осуществляется переход к двухконтурным и трехконтурным котлам-утилизаторам с 
промежуточным перегревом пара. Для стабилизации параметров и повышения мощности 
установки используется дожигание топлива. Схемы применяемых ПГУ различаются как по 
составу, так и по технологическому процессу. Многочисленные публикации посвящены 
ГГУ различного назначения, используемые в авиации, наземном и морском транспорте, на 
газоперекачивающих станциях. В последние годы значительно возрос интерес к 
энергетическим ГТУ и ПГУ, их особенностям и работе на электростанциях. Парогазовые 
установки на природном газе единственные энергетические установки, которые в 
конденсационном режиме работы отпускают электроэнергию с КПД нетто более 58 % [2, 
3]. 
Научная исследования энергосбережения и энергоэффективности ГТУ и ПГУ
. 
В последние годы ведущими зарубежными фирмами были разработаны новые 
энергетические ГТУ, за которыми закрепилось название “технология F”. Около ста таких 
ГТУ эксплуатируются в энергосистемах. Те же самые фирмы активно работают над ГТУ 
следующего поколения: технология G и H с существенно лучшими показателями. Новые 
разработки фирмы Сименс. Фирма. Сименс, используя технологию американской 
авиамоторостроительной фирмы “Пратт-Уитни”, разработала серию ГТУ 3А с 
показателями, приведенной в таблице 1. ГТУ выполнены одновальными с сохранением 
традиционной для фирмы конструкции элементов. Основные параметры цикла ГТУ мало 
отличаются от предыдущей модификации серии 3. Повышение экономичности достигнуто 
путем совершенствования проточной части и системы охлаждения турбины.Степень 
сжатия в компрессоре равна 16,6, начальная температура газов принята по стандарту ИСО 
1190 
0
С (вместо 1160 
0
С в ГТУ серии 3). Число ступеней компрессора уменьшено с 17 до 
15. Это явилось следствием меридионального проектирования проточной части с большим 
искривлением внутренней образующей и увеличением диаметра от первой к пятой ступени, 
обеспечившими большую сумму окружных скоростей. Корпус компрессора выполнен 
полностью симметричным. Направляющие лопатки первых восьми ступеней установлены 
в корпусе компрессора, последних семи, работающих при более высокой температуре, в 
обойме, закрепленной и отцентрованной в корпусе в четырех точках по окружности так, 
что окончательные зазоры в проточной части можно настраивать снаружи корпуса. 
Входной направляющий аппарат компрессора выполнен поворотным. Любая лопатка 
компрессора может быть удалена без выемки ротора. Основным отличием ГТУ новой серии 
является замена двух выносных камер сгорания кольцевой, расположенной внутри корпуса 
турбо группы. Это решение было подготовлено при переходе фирмы [2, 3, 4]. 
Сименс с 1986 года на использование гибридных горелок предварительного 
смешения. Температура пламени этих горелок значительно ниже, а длина факела меньше. 
К октябрю 1994 года 89 ГТУ, оснащенных такими горелками, наработали на природном 
газе в сумме более 1 млн. ч. С 1990 года эксплуатируются горелки предварительного 
смешения на жидком топливе №2. Таким образом были созданы условия для применения 
компактной кольцевой камеры сгорания без зоны смешения. В камере сгорания ГТУ 
V84.3A используются 24 горелки меньших размеров, чем 12 применявшихся ранее. Длина 
пламени составляет при этом около 1 м, на входе в турбину создается равномерное поле 
температур. Применение компактной кольцевой камеры сгорания уменьшило поверхности, 
требующие охлаждения, и потребность в необходимом для этого воздуха. В результате 
количество воздуха, который можно использовать для горения, увеличилось [2, 3]. 
С 
помощью 
установленных 
в 
новых 
ГТУ 
горелок 
осуществляется 
низкотемпературное сжигание предварительно подготовленной смеси природного газа или 
жидкого топлива с воздухом, избыток которого близок к двум. Выбросы NO
x
составляет не 
более 25 млн
-1
на природном газе и около 70 млн
-1
на жидком топливе без впрыска в камеру 

---

106 
сгорания воды или пара. Камера сгорания сформирована из трех частей: неразъемной 
внутренней обечайки и двух наружных, между которыми имеется горизонтальный разъем. 
Эти детали не испытывают действия газов с высокими температурами, так как они 
защищены изнутри металлическими заменяемыми плитками, которые охлаждаются 
воздухом после компрессора (комбинируется дешифрование и создание в некоторых 
местах защитных пленок) и создают теплоизолирующий слой. Через два люка и кольцевую 
камеру сгорания, как и ранее через выносную, обеспечивается нормальный доступ в 
проточную часть для осмотра и ремонта деталей самой камеры и первой ступени турбины. 
Наружный корпус, нагруженный в зоне камеры сгорания давлением 1,72 МПа, омывается 
воздухом, имеющим после компрессора температуру 400 
0
С. Он выполнен из 
слаболегированной стали. В четырехступенчатой турбине сопловые лопатки всех и рабочие 
лопатки первых трех ступеней охлаждаются изнутри воздухом. Рабочие лопатки всех 
ступеней установлены свободно, без бандажей и проволочных связей. Рабочие лопатки 
первой и второй ступеней турбины выполнены монокристаллическими, третьей и 
четвертой – с равноосным литьем [5, 6]. 
Новые разработки фирмы Вестингауз (США).Фирма Вестингауз со своими 
партнерами Мицубиси и Фиат разработала ГТУ новой серии G с начальной температурой 
газов на входе в ротор турбины 1427
0
С. В разработке участвует также фирма Роллс-Ройс. 
Показатели этой ГТУ приведены в таблице 1.Первая ГТУ этой серии W501G на 60 Гц 
номинальной мощностью 230 МВт вошла в действие в 1998 года. ЕЕ КПД при автономной 
работе 38,5 %, КПД бинарной ПГУ с нею 58 %. Мощность такой ПГУ 345 МВт, паровой 
турбины в ее составе 120 МВт. [4, 5, 6 ]. 
Мощность ГТУ W701G для энергосистем с частотой 50 Гц больше 300 МВт. 
Семнадцать ступенчатый компрессор ГТУ W501G разработан на базе компрессора ГТУ 
MF221 мощностью 30 МВт фирмы Мицубиси, в котором используется 
усовершенствованные профили. При частоте вращения 7200 об/мин расход воздуха в этом 
компрессоре 99 кг/сек, степень сжатия 16. Его первая ступень выполнена трансзвуковой. 
1500 
0
С, температура торможения на входе в рабочие лопатки первой ступени в абсолютном 
движении 1420 
0
С.Новые разработки фирмы Дженерал Электрик (США) Фирма 
Дженерал Электрик разрабатывает мощные ГТУ следующего поколения (технология H) и 
промежуточную ступень ГТУ с технологией G. Основной особенностью технологии H 
является использование парового охлаждения лопаток газовой турбины. При температуре 
газов на выходе из камеры сгорания (на входе в сопла турбины) 1430 
0
С снижение ее из-за 
охлаждения сопловых лопаток первой ступени воздухом составляет 155 
0
С. При замене 
охлаждающего воздуха паром, циркулирующем в замкнутом контуре, снижение 
температуры газов уменьшится до 44 
0
С. Это позволяет при тех же условиях горения 
топлива повысить температуру перед ротором турбины на 110
0
С. 
В ГТУ технологии H паром охлаждаются сопловые и рабочие лопатки первой 
ступеней и обод первой ступени турбины. Пар отбирается после ЦВД паровой турбины из 
линии холодного промперегрева, прокачивается через системы охлаждения газовой 
турбины и возвращается в линию горячего промперегрева. Для системы охлаждения ротора 
разработаны уплотнения, сводящие до минимума утечки пара. Паровое охлаждение 
существенно уменьшает количество воздуха, отбираемого из компрессора для охлаждения. 
Он требуется только для уплотнения пазух дисков и внутренних каналов ротора и 
охлаждения деталей третьей ступени турбины. Большее количество воздуха поступает 
вследствие этого в камеру сгорания и расширяется затем в турбине, соответственно 
увеличивая мощность ГТУ [4, 5, 6]. 
Как и все остальные мощные энергетические ГТУ фирмы Дженерал Электрик, 
установки серии G и H выполнены по простому циклу одновальными с приводом 
электрического генератора со стороны компрессора и блочно- кольцевыми камерами 
сгорания, рассчитанными на сжигание двух видов топлива. Дисковый сболченный ротор 
турбогруппы выполнен двухопорным. 18- ступенчатый компрессор смоделирован в 

---

107 
масштабе 3:1 с 14-ступенчатого компрессора ВД ГТД CF60 80 C2 с изменением профилей 
первой и добавлением на выходе еще четырех ступеней.Входной направляющий аппарат и 
направляющие аппараты первых четырех ступеней выполнены поворотными. Степень 
сжатия в компрессоре составляет 23, расход воздуха 685 кг/сек. Турбина в отличие от 
предыдущих моделей фирмы выполнена четырехступенчатой. Это позволило сохранить 
высокий КПД при возросшей степени расширения. Лопатки первых трех ступеней турбины 
выполнены охлаждаемыми, четвертой ступени – без охлаждения.В камере сгорания ГТУ 
9H используются 14 пламенных труб. В них осуществляется сжигание обедненной 
предварительно подготовленной топливовоздушной смеси при температуре 1480-1600 
0
С. 
По расчетам при сохранении высокой полноты сгорания выбросы NO
x
будут менее 10 млн
-
1
. 
ГТУ W501G рассчитана для работы на природном газе и легком жидком топливе и 
должна сжигать также низкокалорийный газ, получаемый при газификации углей. Топливо 
сжигается в малотоксичной блочное-кольцевой камере сгорания с 16 противоточными 
пламенными трубами. Горение осуществляется в три фазы параллельно-ступенчато с пере 
обогащённой топливовоздушной смесью в первой и пере обеднённой в заключительной 
ступени. Воспламенение топлива производится двумя запальниками, установленными в 
выделенных трубах; пламя распространяется через пламя перекидные патрубки [6, 7 ]. 
Особенностью ГТУ W501G является применение парового охлаждения 
газоподводящих патрубков, соединяющих пламенные трубы камер сгорания с соплами 
турбины. Это позволяет уменьшить на 10-20 % количества воздуха, направляемого после 
компрессора на охлаждение камер сгорания и газоподводящих патрубков. Больше воздуха 
можно направить в головную часть камер сгорания и снизить таким образом температуру 
пламени до 1500-1600 
0
С, т.е. до того же уровня, что и в модификации F. Не происходит 
также снижения температуры продуктов сгорания разбавляющим воздухом. В ГТУ 
модификации F температура газов перед соплами турбины уменьшается из-за этого до 1350 
0
С, а в ГТУ модификации G остается равной 1500 
0
С.Поскольку температура пламени и 
время пребывания в зоне горения по сравнению с модификацией F не изменяются, уровень 
выбросов NO
x
не увеличивается, несмотря на рост температуры газов перед турбиной. Для 
охлаждения используется 18,2 т/ч (5,05 кг/сек) пара низкого давления. Это всего около 1 % 
расхода воздуха через компрессор. В ПГУ он отбирается из котла-утилизатора, а для 
автономно работающей ГТУ требуется небольшой котел в тракте отработавших газов или 
отдельный блочно-транспортабельный котел.На природном газе приведенные в таблице 1 
значения выбросов NO
x
обеспечиваются без ввода пара или воды. На легком жидком 
топливе для снижения выбросов впрыскивается вода. 
Таблица 1