1. Схемы, циклы и основные технико-экономические характеристики приводных и энергетических гту
Современные энергетические, приводные и транспортные ГТУ в подавляющем большинстве случаев выполняются по простейшим схемам и по схемам с утилизацией тепла отработавших газов (рис.1). Соответствующие им циклы в T-S диаграмме представлены на рис. 2. Основные технико-экономические характеристики отечественных и зарубежных приводных ГТУ приведены в таблицах 1, 2, 3.
Предпочтение отдается многовальным ГТУ, двух-, трех-, четырехвальным, с выделенной силовой турбиной, с размещением всех компрессоров и турбин в одном общем корпусе, используя уникальную компоновку турбомашин “вал в вале”, что обеспечивает более высокую экономичность на всех режимах работы, чем одновальные. В таких установках каждый вал имеет свою, близкую к оптимальной частоту вращения, определяемую приводом (рис. 1.1., 1.2.).
Промежуточное охлаждение в схемах ГТУ находит пока ограниченное применение и по технико-экономическим соображениям может быть обосновано в ГТУ с начальной температурой газа перед ТВД выше 1000°С. В таких установках оптимальная степень повышения давления будет выше opt > 20 и для её обеспечения необходимо несколько последовательно включенных цикловых компрессоров. Поиски путей оптимизации таких ГТУ привели к созданию трех- и четырехвальных ГТУ с компоновкой агрегатов в одну линию. Два или три последовательно
Рис.1.1. Принципиальные схемы простейших ГТУ:
а) - одновальная; б) - двухвальная; в) -ГТУ с регенерацией; г) - трехвальная; д) - четырехвальная;
К - компрессор; КС - камера сгорания; ГТ - газовая турбина; П - привод; Р - регенератор; ТВД - турбина высокого давления; ТСД - турбина среднего давления; ТНД - турбина низкого давления; СТ - силовая турбина;
Рис.1.2. Принципиальные схемы ГТУ с утилизацией тепла: е) - ГТУ с теплофикацией и горячим водоснабжением; ж) - монарная ГПУ (форсированная, контактная); з) - бинарная ГПУ; КУ - котел-утилизатор; КНД - компрессор низкого давления; КСД -компрессор среднего давления КВД - компрессор высокого давления; ПТ - паровая турбина; К - конденсатор; ПН -питательный насос; ХВО - химическая водоочистка; РПВ - резервуар питательной воды; ТП -тепловой потребитель; КН - конденсаторный насос; ВИО - водоиспарительное охлаждение.
Рис. 2 Циклы ГТУ, выполненных по схемам рис.1
а - простейший цикл двухвальной ГТУ; б - регенеративный цикл;
в - простейший цикл четырехвальной ГТУ;
г - цикл с теплофикацией; д - цикл бинарной ПГУ;
е - цикл монарной ПГУ; q1 - тепло, подведенное в КС;
q2 - тепло, теряемое с отработавшими газами;
qут - тепло утилизации; Р* - давление перед силовой турбиной
Таблица 1
Основные технико-экономические характеристики отечественных ГТУ
Установка и изготовитель |
Марка и тип двигателя |
Номинальная мощность, МВт |
Начальная температура газов,К |
Расход воздуха, кг/с |
Степень повышения давления |
Формула исполнения турбины (число валов) |
Частота вращения валов, мин-1 |
Эффективный КПД установки, % |
Удельный расход условного топлива, кг/кВт∙ч |
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
||
Приводные установки старого поколения |
|||||||||||
ГТ-750-6 ПО НЗЛ |
промышл. |
6,0 |
1023,0 |
53,5 |
4,6 |
2+1 |
5200 3870 |
27,0 |
0,452 |
||
ГТ-6-750 АО ТМЗ |
промышл. |
6,0 |
1023,0 |
45,5 |
6,0 |
3+2 |
6200 6150 |
24,0 |
0,509 |
||
ГПА-Ц-6,3 НПО г. Суммы |
НК-12 СТ АВИА |
6,3 |
983,0 |
56,0 |
7,8 |
3+1 |
9300 8200 |
22,5 |
0,542 |
||
ГТК-10 ПО НЗЛ |
промышл. |
10,0 |
1053,0 |
86,0 |
4,4 |
1+1 |
5200 4800 |
29,0 |
0,424 |
||
ГПУ-10 г. Николаев |
«Волна» судовой |
10,0 |
1058,0 |
85,0 |
10,3 |
2+2+3 |
5650 7650 4800 |
26,5 |
0,461 |
||
ГТН-16 АО ТМЗ |
промышл. |
16,0 |
1173,0 |
85,0 |
11,5 |
2+1 |
6850 6500 |
29,0 |
0,424 |
||
ГТН-69 АО ТМЗ |
промышл. |
6,5 |
1193,0 |
32,3 |
12,0 |
2+2 |
10800 8200 |
31,0 |
0,397 |
||
ГПА-Ц-16 НПО «Труд» г. Самара |
Н-16 СТ АВИА |
16,0 |
1123,0 |
100,0 |
11,0 |
1+1+1 |
5100 6750 5300 |
28,8 |
0,426 |
||
ГТН-25 ПО НЗЛ |
промышл. |
25,0 |
1163,0 |
175,0 |
12,5 |
1+1+1 |
4400 5050 |
29,4 |
0,418 |
||
ГТН-25 АО ТМЗ |
промышл. |
25,0 |
1293,0 |
103,0 |
13,2 |
2+2 |
6000 5500 |
31,0 |
0,397 |
||
Приводные установки нового поколения |
|||||||||||
ГТН-2,5 г. Николаев |
ГТГ-2,5 судовой |
2,5 |
1212,0 |
14,1 |
13,0 |
- |
|
27,0 |
0,452 |
||
ГПУ-6 г. Николаев |
ДТ-7 судовой |
6,3 |
1295,0 |
29,7 |
13,4 |
- |
|
30,5 |
0,400 |
||
продолжение табл.
1
ГПА-Ц-6,3А НПО г. Суммы |
Д-336 АВИА |
6,3 |
1280,0 |
32,6 |
15,9 |
3+1 |
|
30,0 |
0,407 |
||
ГПА-Ц-6,3Б НПО «Труд» г. Самара |
НК-14 СТ АВИА |
8,0 |
1320,0 |
37,0 |
10,5 |
3+1 |
|
30,0 |
0,407 |
||
ГПУ-10А г. Николаев |
ДТ-70 судовой |
10,0 |
1393,0 |
36,6 |
17,0 |
2+2+3 |
5650 7050 4800 |
35,0 |
0,348 |
||
ГПА-12 «Урал» г. Пермь |
ПС-90 АВИА |
12,0 |
1353,0 |
46,8 |
15,8 |
- |
|
34,0 |
0,359 |
||
ГПА-Ц-16С г. Николаев |
ДГ-90 судовой |
16,0 |
1338,0 |
70,3 |
18,8 |
- |
|
34,0 |
0,359 |
||
ГПА-Ц-16АЛ г. Самара |
АЛ-31 СТ АВИА |
16,0 |
1440,0 |
57,7 |
18,1 |
1+1+1 |
|
33,7 |
0,363 |
||
ГПА-Ц-16А г. Самара |
НК-38 СТ АВИА |
16,0 |
1456,0 |
54,6 |
25,9 |
1+1+1 |
|
36,8 |
0,332 |
||
ГТНР-16 ПО НЗЛ |
промышл. |
16,0 |
1213,0 |
95,0 |
7,0 |
1+1 |
|
33,0 |
0,370 |
||
ГТУ-16П ОАО «Авиадвигатель» |
АВИА |
16,0 |
1416,0 |
- |
19,6 |
2+2+3 |
|
36,3 |
0,335 |
||
ГТН-16 М-1 АО ТМЗ |
промышл. |
16,0 |
1193,0 |
83,0 |
11,5 |
2+2 |
6900 5100 |
31,0 |
0,397 |
||
ГТН-25-1 АО ТМЗ |
промышл. |
25,0 |
1343,0 |
101,5 |
12,8 |
2+2 |
7200 5650 |
32,0 |
0,381 |
||
ГПА-Ц-25 г. Самара |
НК-36 СТ АВИА |
25,0 |
1420,0 |
105,0 |
23,1 |
1+1+1 |
|
34,5 |
0,354 |
||
ГПУ-25 г. Николаев |
МН-80 судовой |
25,0 |
1423,0 |
85,9 |
21,8 |
- |
|
36,3 |
0,335 |
||
ГТУ-25П ОАО «Авиадвигатель» |
АВИА |
25,0 |
1498,0 |
- |
30,0 |
2+2+2 |
|
38,7 |
0,317 |
||
Энергетические установки |
|||||||||||
ГТ-25-2 ПО ЛМЗ |
промышл. |
23,0 |
973,0 |
188,0 |
9,15 |
7 |
3000 |
22,0 |
0,555 |
||
ГТЭ-45 ПО ХТЗ |
промышл. |
52,5 |
1173,0 |
267,0 |
7,8 |
4 |
3000 |
27,0 |
0,452 |
||
ГТ-100 3М ПО ЛМЗ |
промышл. |
105,0 |
1023,0 |
460,0 |
26,0 |
3+5 |
4500 3000 |
28,5 |
0,429 |
||
продолжение табл.
1
ГТЭ-45 ПО ХТЗ |
промышл. |
54,0 |
1173,0 |
271,0 |
7,8 |
4 |
3000 |
28,0 |
0,436 |
||
ГТЭ-150 ПО ЛМЗ |
промышл. |
131,0 |
1223,0 |
636,0 |
13,0 |
- |
3000 |
31,0 |
0,397 |
||
ГТЭ-150 ПО ЛМЗ |
промышл. |
161,0 |
1373,0 |
630,0 |
13,0 |
- |
3000 |
31,5 |
0,388 |
||
ГТГ-25 г. Самара |
НК-371 АВИА |
30,0 |
1493,0 |
109,8 |
23,4 |
1+1+1+4 |
|
37,1 |
0,329 |
||
ГТГ-110 г.Рыбинск |
Машпроект «Рыбинские моторы» |
110,0 |
1483,0 |
357,0 |
14,7 |
- |
|
36,0 |
0,339 |
Таблица 2
Основные технико-экономические характеристики зарубежных ГТУ
Установка и изготовитель |
Марка и тип двигателя |
Номинальная мощность, МВт |
Начальная температура газов,К |
Расход воздуха, кг/с |
Степень повышения давления |
Формула исполнения турбины (число валов) |
Частота вращения валов, мин-1 |
Эффективный КПД установки, % |
Удельный расход условного топлива, кг/кВт∙ч |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Приводные установки |
|||||||||
ГТК-10И, ДЖИИ США |
MS 3002 промышл. |
10,0 |
1198,0 |
52,0 |
8,2 |
1+1 |
7100 6500 |
25,1 |
0,490 |
ГТНР-10И, ДЖИИ США |
MS 3002R промышл. |
10,0 |
1198,0 |
52,0 |
8,2 |
1+1 |
7100 6500 |
34,4 |
0,356 |
ГТН-25И, ДЖИИ США |
MS 5002 промышл. |
25,0 |
1223,0 |
117,0 |
8,2 |
1+1 |
5100 4670 |
27,2 |
0,452 |
ГТНР-25И, ДЖИИ США |
MS 5002R промышл. |
25,0 |
1223,0 |
117,0 |
8,2 |
1+1 |
5100 4670 |
36,3 |
0,341 |
ГТН-50И, ДЖИИ США |
MS 7002R промышл. |
45,0 |
1223,0 |
239,0 |
8,2 |
1+1 |
3600 3020 |
27,5 |
0,447 |
ГТК-10И, Ин- терсолренд, Ве- ликобритания |
промышл. |
10,3 |
- |
- |
- |
- |
- |
25,7 |
0,476 |
Аврора, г.Брно, Чехия |
промышл. |
6,0 |
- |
- |
- |
1+1 |
- |
28,0 |
0,436 |
ДОН-2, г.Брно, Чехия |
промышл. |
6,5 |
- |
- |
- |
1+1 |
- |
30,5 |
0,400 |
продолжение табл.
2
Коберра-182, США |
АВИА |
12,5 |
1173,0 |
78,0 |
10,0 |
1+1 |
7500 5000 |
28,0 |
0,436 |
||
Коберра-2000, США, Купер- Ролла |
АВИА |
14,5 |
1149,0 |
- |
9,2 |
2+1 |
7600 5500 |
28,0 |
0,436 |
||
Коберра-6000, RB-211 |
АВИА |
27,0 |
1437,0 |
- |
20,0 |
1+1+1 |
6550 9255 4800 |
35,6 |
0,345 |
||
GT-10 АББ Швеция |
промышл. |
23,0 |
1413,0 |
- |
13,6 |
2+2 |
9770 7700 |
38 |
0,351 |
||
PGT-10 Италия |
промышл. |
10,5 |
1343,0 |
- |
14,0 |
2+2 |
10600 7900 |
32,6 |
0,377 |
||
Торнадо, Растон Великобритания |
АВИА |
6,34 |
1273,0 |
27,2 |
12,1 |
- |
|
31,0 |
0,397 |
||
Центавр, Солар, США |
АВИА |
3,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
28,0 |
0,436 |
||
ГТА-12, Кларк, США |
ДИ-270 G |
12,83 |
1200,0 |
57,2 |
15,0 |
- |
|
33,5 |
0,368 |
||
ГПА-20, Зульцер Швейцария |
SR-10 |
20,7 |
- |
74,3 |
13,5 |
- |
|
33,1 |
0,372 |
||
Коберра-6462, США |
АВИА |
25,3 |
1422,0 |
90,0 |
19,2 |
- |
|
36,3 |
0,339 |
||
LM-2500 ДЖИИ США |
АВИА |
22,0 27,6 |
1498,0 |
66,0 |
18,7 |
2+6 |
5100 3430 |
35,5 38 |
0,346 0,324 |
||
LM-5000 ДЖИИ США |
АВИА |
33,3 |
1497,0 |
125,4 |
30,0 |
- |
|
37,8 |
0,326 |
||
Энергетические установки |
|||||||||||
MS-60 CJB, ДЖИИ, США |
промышл. |
37,5 |
1377,0 |
138,0 |
11,5 |
- |
|
31,0 |
0,397 |
||
LGT-11/8 АВВ, Швейцария |
промышл. |
220,0 |
- |
313,3 |
55,0 |
- |
|
84,0 (с утил.) |
0,146 (с утил.) |
||
TG-50, ФИАТ, Италия |
промышл. |
100,0 |
- |
386,4 |
12,0 |
- |
3000 |
31,0 |
0,397 |
||
V-84 KWU, Германия3600 |
промышл. |
95,2 |
1403,0 |
359,0 |
14,2 |
- |
3600 |
31,5 |
0,391 |
||
продолжение табл.
2
W 50/D, Великобритания |
промышл. |
95,2 |
1403,0 |
359,0 |
14,2 |
- |
|
31,5 |
0,391 |
||
GTBE, АВВ, Швейцария |
промышл. |
148,0 |
- |
- |
- |
- |
|
34,0 |
0,362 |
||
ALSTOM, ДЖИИ, США |
9 FM, Frame промышл. |
212,2 |
1533,0 |
- |
- |
- |
|
33,8 |
0,363 |
||
TG-50 ФИАТ, Италия |
промышл. |
128,3 |
- |
- |
14,0 |
- |
|
33,0 |
0,372 |
||
MW 701, Мицу- биси, Япония |
промышл. |
130,55 |
- |
- |
- |
- |
|
34,4 |
0,357 |
||
MW 701 DA, Мицубиси, Япо- ния |
промышл. |
136,9 |
- |
- |
14,0 |
- |
|
34,4 |
0,357 |
||
701 F Мицубиси, Япония |
промышл. |
221,1 |
1533,0 |
- |
- |
- |
|
35,9 |
0,343 |
||
Сименс/KWU, Германия |
V 94,3 промышл. |
200,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
35,0 |
0,351 |
||
Сименс /KWU, Германия |
V 94,2 промышл. |
150,2 |
- |
- |
- |
- |
- |
32,5 |
0,379 |
||
ALSTOM ДЖИИ, США |
9 F(PG-9161), Frame промышл. |
123,4 |
1373,0 |
404,0 |
12,2 |
- |
|
33,1 |
0,371 |
Таблица 3