Газовая турбина: устройство и процесс работы

Газовая турбина состоит из лопаток и ротора, соединенных дисками. Вместе с камерой сгорания и компрессором они образуют газотурбинную установку.

Она получила свое название по виду рабочего тела – газа. Он не меняет своего агрегатного состояния на протяжении всего цикла функционирования, что позволяет увеличивать КПД устройства.


Процесс превращения мощности входящего газа в работу по созданию энергии:

  • Установка запускается с помощью двигателя
  • Компрессор набирает воздух и сжимает его
  • По трубам воздух перемещается в камеру сгорания, в которую одновременно подается топливо (чаще всего природный газ)
  • Продукты сгорания охлаждаются и перемещаются на пластины статора (неподвижного корпуса). Там поток ускоряется и подается на рабочие пластины под определенным углом
  • Под воздействием газа на лопатки приводится в движение вал
  • Через редуктор кинетическая энергия вращения ротора передается генератору
  • Отработанный газ выводится из системы по патрубку

Русские газовые турбины: развитие отечественного турбиностроения

Русские газовые турбины начали создавать в конце 19 века. В частности, одним из первых изобретателей стал инженер морского флота П.Д. Кузьминский. В 1895 году он разработал простую газотурбинную установку, в камеру сгорания которой попадали воздух, топливо и водяной пар. Продукты сгорания подавались на многоступенчатую турбину.

Эта конструкция была собрана в 1897 на патронном заводе, но результаты испытаний показали, что она очень быстро выходит из строя из-за прогорания камеры. Меры по продлению срока службы не увенчались успехом.

В начале 20 века В.В. Капроводин создал установку прерывистого горения, позволяющую сократить потери энергии на сжатие воздуха. Однако ее КПД не смог превысить двух процентов.

Во времена СССР открылась первая кафедра газотурбиностроения. Ее основатель В.М. Маковский в 1936 году спроектировал агрегат непрерывного горения.

С 1954 года начало функционировать конструкторское бюро на базе предприятия «Машпроект», в рамках которого строились газовые турбины. Они имели стандартные наименования, например, ГТ-30-700-2. Первое число обозначает мощность в МВт, второе – температуру входящего газа, последнее – номер модели. Однако производиельность таких установок не могла достичь необходимых значений.

На базе одной из этих турбин в конце 20 века началось строительство новой газотурбинной станции высокой мощности. Прогресс в разработке был достигнут только в 2013 году, когда к работе присоединились «Роснано», «Интер РАО» и «ОДК-Сатурн».

К ее обслуживанию, согласно политике импортозамещения, допускаются только материалы российского производства, которые прошли определенные испытания.


Лопатки турбин до и после нанесения защитного покрытия


Для этого подходят антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY 1001, MODENGY 1002, MODENGY 1005 и MODENGY 1014, которые снижают трение и увеличивают ресурс крепежных изделий, ходовых винтов, конденсатоотводчиков, подшипников скольжения, прессовых посадок и хвостовиков лопаток турбин.

В 2019 году газовая турбина ГТД-110М была внедрена в парогазовые установки. По результатам испытаний турбины были получены следующие показатели: КПД – 37 %, скорость движения лопастей – 3 000 об / мин, мощность – 115 МВт. Масса агрегата составила 60 тонн, что почти в 2 раза меньше иностранных аналогов.

Российские газовые турбины: перспективные направления развития

Планируется начать выпускать российские газовые турбины серийно. Это первый шаг к реализации новой программы модернизации отечественных ТЭЦ, по которой к 2031 году 25 процентов иностранных тепловых двигателей должны быть заменены.


Преимущества новой газовой турбины:

  • Высокое качество создаваемой энергии
  • Эффективный расход топлива
  • Широкие возможности применения
  • Компактность
  • Снижение затрат на доставку и обслуживание агрегатов

Российская газовая турбина


Разработан план по созданию двух агрегатов в год. При необходимости объем выпуска можно корректировать в большую сторону. Первая турбина будет доставлена заказчику в 2022 году.

После удовлетворения внутреннего спроса русские газовые турбины большой мощности будут производиться для поставки международный рынок.