Стартер-генератор газовой турбины

Острая необходимость повышения мощности и экономичности новых ГТД в рамках технологической схемы крайне важна в условиях развития нефтегазовой отрасли [1]. Газотурбинная установка представляет собой агрегат, состоящий из ГТД, редуктора, компрессор и вспомогательные системы. Используется в качестве привода компрессора или генератора. В соответствии с международными стандартами ISO на основе их конструктивной схемы различают следующие типы газовых турбин.

Типовая схема 1 – одновальная газотурбинная установка простого цикла. Также имеется возможность разделить компрессорную группу на две или три ступени сжатия. Одновальная схема является классической. Применяется для наземных ГТУ всех классов мощности от 30 кВт до 350 МВт. Конструкция газовых турбин простого и сложного циклов, в том числе парогазовых, выполняется по одновальной схеме. Турбина одновальной наземной газовой турбины расширяет газ до атмосферного давления, значительно увеличивая мощность турбины. Больше, чем мощность компрессора. Избыточная мощность на валу газовой турбины передается потребителю. Вал отбора мощности может быть выполнен как со стороны компрессора, так и со стороны турбины, что обеспечивает большую гибкость компоновки ГТУ в составе различного прикладного оборудования [4].

Типовая схема 2 представляет собой двухвальную газотурбинную установку. Имеет свободную силовую турбину. По этой схеме турбину можно разделить на два каскада. Первый каскад представляет собой турбину высокого давления, используемую для привода компрессора. Второй каскад представляет собой свободную силовую турбину, приводящую в действие нагрузку: воздуходувку, электрогенератор, насос и т. д. Турбина высокого давления и силовая турбина механически не связаны, имеют возможность вращения на разных частотах. Компрессор, камера сгорания и турбина высокого давления, составляющие единый конструктивный модуль (газогенератор (турбокомпрессор высокого давления)) работают, подавая рабочий газ с заданными параметрами в свободную силовую турбину. Скорость вращения газогенератора определяется требуемым расходом воздуха. Он обеспечивает заданную мощность газовой турбины. Частота вращения силовой турбины измеряется нагрузкой [4].

Типовая схема 3 имеет двухвальную газотурбинную установку. Он также включает «спаренный» компрессор низкого давления. В отличие от рассмотренных выше схем со свободной турбиной, где количество турбинных каскадов всегда на единицу больше числа компрессорных каскадов, в схеме со «спаренным» компрессором низкого давления количество компрессорных и турбинных каскадов одинаково. Силовая турбина приводит в действие компрессор низкого давления, а турбины низкого давления нет. Данная схема позволяет значительно снизить стоимость многовальной ГТУ за счет отказа от одной турбинной решетки, уменьшения количества опор, подшипников и уплотнений [4].

Российские ученые [2], проведя сравнительный анализ технических характеристик стартеров, а также сравнив их по таким критериям, как: надежность и ремонтопригодность, доступность запасных частей, инструментов, приспособлений, предназначенных для выполнения технического обслуживания, регламентных работ и ремонта, установка, экологическая безопасность, анализ рентабельности финансовых результатов [2] разработаны рекомендации по выбору одного оптимального пускового устройства. Анализ использования силовых и приводных ГТУ показал, что наибольшее применение в стационарных ГТУ получили типовые схемы 2 и 3 соответственно. Так как типовая схема 1 имеет большие трудности в регулировке ГТУ, поддержании требуемых запасов устойчивости компрессора и поддержания приемлемой температуры двигателя. Недостатком одновальной схемы является то, что она также имеет большую потребляемую мощность стартера [3]. Проведенные анализы и данные рекомендации важны для стабильной работы газоперекачивающих агрегатов на магистральных газопроводах, дожимных компрессорных станциях, а также на газотурбинных электростанциях.