Содержание
ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЙ АГРЕГАТ
ЧТО ЭТО ТАКОЕ?
Справка:
Все современные типы ГПА оснащены системами автоматики, обеспечивающими пуск и работу агрегата в автоматическом режиме, имеют защиту при возникновении аварийных режимов, сигнализацию о неисправностях, автоматическое поддержание заданной температуры и давления масла при аварийной остановке агрегата и другие конструктивные особенности, обеспечивающие надежность эксплуатации.
Газоперекачивающие агрегаты (ГПА) — это сложные энергетические установки, предназначенные для компримирования природного газа, поступающего на компрессорную станцию по магистральному газопроводу.
Азбука производства. Видеоверсия проекта.
ДЛЯ ЧЕГО ОНИ НУЖНЫ?
Задача газоперекачивающих агрегатов на компрессорных станциях — повышение давления голубого топлива до заданной величины.
Для транспортировки газа по магистральным газопроводам применяют ГПА с газотурбинными авиационными и судовыми, а также электрическими двигателями. Наиболее распространённым приводом является газотурбинный.
Рабочий процесс газотурбинных агрегатов осуществляется в несколько этапов. Перекачиваемый газ по газопроводу через всасывающий трубопровод ГПА поступает в центробежный нагнетатель. Здесь происходит компримирование газа и его подача в нагнетательный коллектор компрессорной станции. Приводом механизма сжатия газа как раз является газотурбинный двигатель, использующий в качестве топлива очищенный и приведенный к рабочему давлению перекачиваемый газ. Очищенный атмосферный воздух поступает на вход газотурбинного двигателя, снабженного традиционными техническими средствами подготовки и сжигания топливовоздушной смеси. Продукты сгорания, имеющие высокую температуру и давление и, следовательно, обладающие большой энергией, формируют газовый поток, энергия которого, в конечном итоге, преобразуется в механическую работу.
Именно она и используется для приведения в действие центробежного нагнетателя. При движении газового потока через проточную часть газотурбинного двигателя уменьшается его энергия, и снижаются температура и давление. После этого отработанный газ через выхлопную систему выходит в атмосферу.
Конструкция агрегатов и уровень их автоматизации обеспечивают работоспособность ГПА без постоянного присутствия персонала. Агрегаты могут работать в климатических зонах с температурой окружающего воздуха от — 55 до + 45 градусов по Цельсию.
Устройство газоперекачивающего агрегата с авиаприводом
КАК ОНИ УСТРОЕНЫ?
Основные элементы газоперекачивающего оборудования — это нагнетатель природного газа (компрессор) и его привод, всасывающее и выхлопное устройства, маслосистема, топливовоздушные коммуникации, автоматика и вспомогательное оборудование.
Классификацию ГПА осложняет многообразие конструкций установок.
Однако их можно сгруппировать по функциональному признаку, принципу действия и типу привода.
Функциональный признак определяет область применения агрегатов — на головных, линейных или дожимных компрессорных станциях. Принцип действия ГПА — объемный или динамический — важен при определении производительности КС. По типу привода агрегаты подразделяются на установки с использованием авиационных, электрических и судовых двигателей.
КАК У НАС?
В ООО «Газпром трансгаз Ставрополь» эксплуатируется 12 компрессорных станций с 10 типами газоперекачивающих агрегатов. ГПА оснащены различными видами двигателей: газотурбинными авиационными и судовыми, а также электрическими. Всего в работе на компрессорных станциях Общества 113 газотурбинных установок. Их общая установленная мощность более 1000 МВт. Большая часть ГПА оснащена авиационными двигателями. Мощность агрегатов варьируется от 4 до 18 МВт. Самые мощные ГПА эксплуатируются на ДКС-1.
Компрессорная станция «Сальская»
Служба по связям с общественностью и СМИ
ООО «Газпром трансгаз Ставрополь»
чем уникален российский дизель-газотурбинный агрегат М55Р для кораблей ВМФ — РТ на русском
Для строящихся сейчас фрегатов проекта 22350 «Адмирал Юмашев» и «Адмирал Спиридонов» будут поставлены четыре дизель-газотурбинных агрегата М55Р. Такой контракт был подписан между Объединённой двигателестроительной корпорацией и заводом «Северная верфь», который строит эти корабли. М55Р был создан на замену силовым установкам, которые до 2014 года поставлял Киев. Эксперты отмечают, что российский агрегат изготовлен на уровне зарубежных аналогов и превосходит украинские двигатели по КПД и эксплуатационному ресурсу. Как полагают специалисты, благодаря запуску серийного производства М55Р Россия получила возможность в полной мере реализовать программу строительства фрегатов дальней морской зоны.
Петербургский завод «Северная верфь» получит четыре дизель-газотурбинных агрегата (ДГТА) М55Р для строящихся фрегатов дальней морской зоны проекта 22350 «Адмирал Юмашев» и «Адмирал Спиридонов».
Соответствующий контракт был заключён между судостроительным предприятием и Объединённой двигателестроительной корпорацией (ОДК, входит в «Ростех») на полях Международного военно-морского салона, который проходит в эти дни в городе на Неве.
На церемонии подписания договора директор «Северной верфи» Игорь Орлов назвал ОДК надёжным изготовителем ДГТА для фрегатов проекта 22350.
«Корпорации в достаточно сжатые сроки удалось успешно организовать импортозамещение, создать турбины необходимых технических параметров, по меньшей мере не уступающие зарубежным аналогам, и наладить их серийное производство», — цитирует Орлова пресс-служба «Ростеха».
В свою очередь, заместитель генерального директора ОДК Виктор Поляков заявил, что нынешнее соглашение увеличивает общее количество законтрактованных агрегатов до 12 единиц, обеспечивая поставки вплоть до 2025 года. По его словам, имеющиеся компетенции в сфере морского газотурбостроения позволяют предприятиям госкорпорации удовлетворять потребности ВМФ.
«Ключевой элемент импортозамещения»
По данным ОДК, силовыми установками М55Р будут укомплектованы шесть фрегатов: «Адмирал Головко», «Адмирал флота Советского Союза Исаков», «Адмирал Амелько», «Адмирал Чичагов», «Адмирал Юмашев» и «Адмирал Спиридонов».
На сегодняшний день в составе ВМФ два таких сторожевых корабля: «Адмирал флота Советского Союза Горшков» и «Адмирал флота Касатонов». Оба несут службу на Северном флоте.
Также по теме
Морской компонент: как передача ВМФ 40 кораблей укрепит обороноспособность России
В этом году ВМФ России получит около 40 кораблей и судов обеспечения. Об этом рассказал член коллегии Военно-промышленной комиссии и…
Фрегаты проекта 22350 предназначены для выполнения широкого круга задач: борьбы с кораблями и подлодками противника, уничтожения наземных целей, обеспечения противолодочной и противоракетной обороны, поддержки высадки десанта, охраны государственных границ и защиты гражданских судов.
Эти корабли могут вести стрельбу ракетами 3М-14 «Калибр», 3М55 «Оникс» и гиперзвуковыми боеприпасами «Циркон». Также в арсенал фрегатов входят зенитные комплексы 3К96-2 «Полимент-Редут», противолодочные системы 91Р2 и противоторпедные изделия «Пакет-НК».
Первые серийные корабли проекта 22350 оснащены 16 ячейками для вертикального пуска крылатых и зенитных ракет. Теперь же «Адмирал Юмашев» и «Адмирал Спиридонов», заложенные в 2020 году, получат 24 шахты, что, по словам экспертов, существенно увеличит их боевую мощь по сравнению с предшественниками.
«Эти фрегаты категорически нужны флоту, особенно с учётом постепенного вывода из эксплуатации советских крейсеров, эсминцев и больших противолодочных кораблей. Фрегаты проекта 22350 в перспективе составят основу надводного флота, способного действовать в дальней морской зоне и на просторах Мирового океана», — сказал RT основатель портала Military Russia Дмитрий Корнев.
Аналогичной точки зрения придерживается и главный редактор журнала «Арсенал Отечества» Виктор Мураховский.
В беседе с RT он отметил, что эксплуатация фрегатов «Адмирал флота Советского Союза Горшков» и «Адмирал флота Касатонов» подтвердила высокие качества, заложенные в корабли проекта 22350.
«Они обладают мощным ракетным вооружением, в том числе зенитным. К тому же идёт модернизация: новые серийные корабли будут иметь несколько большее водоизмещение, улучшенный состав радиоэлектронного оборудования и ракетного вооружения. Без таких фрегатов не получится успешно выполнять задачи не только вблизи своих берегов, но и в океанской зоне», — пояснил Мураховский.
Как подчёркивают эксперты, реализация уникальной для ВМФ программы строительства фрегатов дальней морской зоны была бы невозможна без успешного завершения работ и испытаний установки М55Р.
Этот агрегат стал первым российским морским двигателем, полностью изготовленным отечественными предприятиями.
Запуск его производства был продиктован потребностями импортозамещения. До 2014—2015 годов российская промышленность закупала продукцию украинской двигателестроительной индустрии.
Разработчиком ДГТА является «ОДК-Сатурн» (Рыбинск, Ярославская область).
- Проектирование цифрового двойника морского газотурбинного двигателя нового поколения
- © АО «Объединённая двигателестроительная корпорация»
«Испытания агрегата в сборе с редуктором, дизелем и локальными системами управления проводились в сборочно-испытательном комплексе корабельных газотурбинных двигателей и газотурбинных агрегатов ПАО «ОДК-Сатурн» — уникальном для России объекте, введённом в строй в 2017 году, ставшим ключевым элементом импортозамещения», — говорится в материалах «ОДК-Сатурн».
Задача импортозамещения решена
М55Р — важнейший элемент в составе главной энергетической установки кораблей проекта 22350. На каждом фрегате монтируется два агрегата — по одному на каждый борт. Электропитание обеспечивает дизель-генератор АДГ-1000НК разработки ООО «Уральский дизель-моторный завод» (Екатеринбург).
Все материалы и комплектующие, использованные в М55Р, исключительно российского производства.
Создание ДГТА велось в кооперации с ведущими российскими предприятиями. В проектировке изделия рыбинским инженерам помогали специалисты Северного проектно-конструкторского бюро (Санкт-Петербург).
Также по теме
От торпед до беспилотников: какая техника представлена на военно-морском салоне в Петербурге
Ведущие российские оборонные предприятия представили широкий спектр перспективных и современных образцов техники на Международном…
Редуктор М55Р был изготовлен на ПАО «Звезда» (Санкт-Петербург), локальные системы управления — в АО «Концерн «НПО «Аврора» (Санкт-Петербург).
В 2023 году М55Р получит цифрового двойника. По информации ОДК, это позволит управлять жизненным циклом силовой установки, повысит надёжность и коммерческую привлекательность российских морских двигателей.
«Цифровизация сокращает сроки и стоимость проектирования силовых установок, в том числе линейки морских газотурбинных двигателей нового поколения, помогает достичь расчётных характеристик, минимизирует затраты на изготовление опытных образцов, а также испытания и доводку двигателей», — цитирует пресс-служба ОДК генерального конструктора корпорации Юрия Шмотина.
Мощность М55Р составляет 27,5 тыс. л. с. при КПД 36,8%. Как отмечают в ОДК, по своим характеристикам ДГТА не уступает зарубежным аналогам. Как сообщил в декабре 2020 года генеральный конструктор «ОДК-Сатурн» Роман Храмин, ДГТА является одним из самых передовых и надёжных агрегатов.
«Самое важное, что освоено серийное производство составных частей газотурбинного агрегата. Освоены дизель, редуктор, двигатель и все компоненты этой системы, в том числе электронная, топливная аппаратура», — цитирует Храмина пресс-служба Торгово-промышленной палаты Ярославской области.
- Испытания дизель-газотурбинного агрегата М55Р
- © АО «Объединённая двигателестроительная корпорация»
По словам Мураховского, М55Р отличается от украинского образца увеличенным эксплуатационным ресурсом, более эффективной топливной системой и повышенным коэффициентом полезного действия.
«После разрыва Киевом военно-технических отношений с Россией нам пришлось в сжатые сроки создать испытательный стенд и подготовить производственную площадку. В итоге российский двигатель получился более совершенным. Он в лучшую сторону отличается по материалам, КПД, техническим и эксплуатационным характеристикам», — пояснил Мураховский.
Также по теме
«Проект такого масштаба реализуется впервые»: чем уникальны модернизированные противолодочные корабли ВМФ
Впервые после модернизации фрегат проекта 1155 «Маршал Шапошников» провёл стрельбы из нового оружия, сообщает Минобороны РФ. На…
Как отмечал в 2017 году президент РФ Владимир Путин на встрече с представителями деловых кругов Ярославской области, на момент прекращения поставок украинских газотурбинных агрегатов Россия не имела научно-производственного фундамента для удовлетворения потребностей флота в двигателестроительных изделиях.
Тем не менее, с точки зрения главы государства, задача импортозамещения данной продукции была решена быстро, уверенно и с высоким качеством.
«Мы создали фактически новую научную школу и новую отрасль по морскому двигателестроению, чего в России раньше никогда не было, мы всё покупали на Украине. Но не было бы счастья, да несчастье помогло», — заявил Путин.
Дмитрий Корнев констатирует, что разрыв военно-технического сотрудничества, на который пошёл официальный Киев, на несколько лет затормозил кораблестроительные программы РФ. «Не будем лукавить: сроки сдачи кораблей ВМФ тогда поползли вправо, и это относилось не только к фрегатам 22350», — сказал Корнев.
Однако, как считает эксперт, «время расставило всё по своим местам» и теперь ключевое значение для промышленности и ВМФ имеет то обстоятельство, что М55Р является исключительно российской разработкой, обеспечивающей полную технологическую независимость от Украины и Запада, где выпускаются морские агрегаты такого же класса.
Армия
ВМФ России
Двигатели
Корабль
Минобороны
Море
Оборона
Предприятие
Промышленность
Северный флот
Украина
Флот
Экспорт
ПВО
Поставка
Как работают газотурбинные электростанции
Управление
Управление ископаемой энергией и выбросами углерода
Изображение
Турбины внутреннего сгорания (газовые), устанавливаемые на многих современных электростанциях, работающих на природном газе, представляют собой сложные машины, но в основном они состоят из трех основных секций:
- нагнетает его и подает в камеру сгорания со скоростью сотни миль в час.
- Система сгорания , обычно состоящая из кольца топливных форсунок, которые впрыскивают постоянный поток топлива в камеры сгорания, где оно смешивается с воздухом. Смесь сгорает при температуре более 2000 градусов по Фаренгейту. В результате сгорания образуется поток газа высокой температуры и высокого давления, который входит и расширяется через секцию турбины.
- Турбина представляет собой сложную систему чередующихся стационарных и вращающихся лопастей с аэродинамическим профилем. Когда горячий дымовой газ расширяется через турбину, он вращает вращающиеся лопасти. Вращающиеся лопасти выполняют двойную функцию: они приводят в действие компрессор, чтобы накачать больше сжатого воздуха в секцию сгорания, и вращают генератор для производства электроэнергии.
Наземные газовые турбины бывают двух типов: (1) двигатели с тяжелой рамой и (2) авиационные двигатели. Двигатели с тяжелой рамой характеризуются более низким коэффициентом давления (обычно ниже 20) и, как правило, имеют большие физические размеры.
Степень сжатия – это отношение давления нагнетания компрессора к давлению воздуха на входе. Авиационные двигатели произошли от реактивных двигателей, как следует из названия, и работают при очень высокой степени сжатия (обычно более 30). Авиационные двигатели, как правило, очень компактны и полезны там, где требуется меньшая выходная мощность. Поскольку турбины с большой рамой имеют более высокую выходную мощность, они могут производить большее количество выбросов и должны быть спроектированы для достижения низкого уровня выбросов загрязняющих веществ, таких как NOx.
Одним из ключевых факторов эффективности отношения топлива к мощности турбины является температура, при которой она работает. Более высокие температуры обычно означают более высокую эффективность, что, в свою очередь, может привести к более экономичной работе. Газ, протекающий через турбину типичной электростанции, может иметь температуру до 2300 градусов по Фаренгейту, но некоторые из критических металлов в турбине могут выдерживать температуры только до 1500–1700 градусов по Фаренгейту.
Следовательно, воздух из компрессора может использоваться для охлаждения. ключевые компоненты турбины, снижая предельную тепловую эффективность.
Одним из главных достижений программы Министерства энергетики США по созданию усовершенствованных турбин стало преодоление существовавших ранее ограничений по температуре турбины благодаря сочетанию инновационных технологий охлаждения и передовых материалов. Усовершенствованные турбины, появившиеся в результате исследовательской программы Департамента, смогли повысить температуру на входе в турбину до 2600 градусов по Фаренгейту, что почти на 300 градусов выше, чем в предыдущих турбинах, и достичь эффективности до 60 процентов.
Другим способом повышения эффективности является установка рекуператора или парогенератора-утилизатора (HRSG) для извлечения энергии из выхлопных газов турбины. Рекуператор улавливает отработанное тепло в выхлопной системе турбины для предварительного нагрева нагнетаемого компрессором воздуха перед его подачей в камеру сгорания.
Котел-утилизатор вырабатывает пар, улавливая тепло выхлопных газов турбины. Эти котлы также известны как парогенераторы-утилизаторы. Пар высокого давления из этих котлов можно использовать для выработки дополнительной электроэнергии с помощью паровых турбин, конфигурация которых называется комбинированным циклом.
Газовая турбина простого цикла может достигать эффективности преобразования энергии в диапазоне от 20 до 35 процентов. Благодаря более высоким температурам, достигнутым в программе турбин Министерства энергетики, будущие электростанции с комбинированным циклом, работающие на водороде и синтез-газе, вероятно, достигнут эффективности 60 процентов или более. Когда отработанное тепло улавливается из этих систем для отопления или промышленных целей, общая эффективность энергетического цикла может достигать 80 процентов.
газотурбинный двигатель | Британика
Заголовок
Просмотреть все медиа
- Связанные темы:
- коптильня
Цикл Брайтона
удельная мощность
двигатель с регулируемым циклом
пожарная турбина
См.
всю соответствующую информацию →
газотурбинный двигатель , любой двигатель внутреннего сгорания, использующий газ в качестве рабочего тела, используемого для вращения турбины. Этот термин также обычно используется для описания полного двигателя внутреннего сгорания, состоящего как минимум из компрессора, камеры сгорания и турбины.
Общие характеристики
Полезную работу или тягу можно получить от газотурбинного двигателя. Он может приводить в действие генератор, насос или воздушный винт или, в случае чисто реактивного авиационного двигателя, развивать тягу за счет ускорения потока выхлопных газов турбины через сопло. Большое количество энергии может быть произведено таким двигателем, который при той же мощности намного меньше и легче, чем поршневой двигатель внутреннего сгорания. Поршневые двигатели зависят от движения поршня вверх и вниз, которое затем должно быть преобразовано во вращательное движение с помощью коленчатого вала, тогда как газовая турбина напрямую передает мощность вращения вала.
Хотя концептуально газотурбинный двигатель представляет собой простое устройство, компоненты эффективной установки должны быть тщательно спроектированы и изготовлены из дорогостоящих материалов из-за высоких температур и напряжений, возникающих в процессе эксплуатации. Таким образом, установки газотурбинных двигателей обычно ограничиваются крупными установками, где они становятся рентабельными.
Циклы газотурбинного двигателя
Большинство газовых турбин работают по открытому циклу, в котором воздух забирается из атмосферы, сжимается в центробежном или осевом компрессоре и затем подается в камеру сгорания. Здесь топливо добавляется и сжигается при практически постоянном давлении с частью воздуха. Дополнительный сжатый воздух, который проходит вокруг секции горения, а затем смешивается с очень горячими дымовыми газами, требуется для поддержания достаточно низкой температуры на выходе из камеры сгорания (фактически на входе в турбину), чтобы турбина могла работать непрерывно.
Если блок должен производить мощность на валу, продукты сгорания (в основном воздух) расширяются в турбине до атмосферного давления. Большая часть мощности турбины требуется для работы компрессора; только остаток доступен для подачи работы вала к генератору, насосу или другому устройству. В реактивном двигателе турбина спроектирована так, чтобы обеспечить мощность, достаточную для привода компрессора и вспомогательных устройств. Затем поток газа выходит из турбины при промежуточном давлении (выше местного атмосферного давления) и подается через сопло для создания тяги.
Сначала рассматривается идеализированный газотурбинный двигатель, работающий без потерь по этому простому циклу Брайтона. Если, например, воздух поступает в компрессор при температуре 15 ° C и атмосферном давлении и сжимается до одного мегапаскаля, он затем поглощает тепло от топлива при постоянном давлении до тех пор, пока температура не достигнет 1100 ° C, прежде чем расширяться через турбину обратно в атмосферное.
давление. Для этого идеализированного устройства потребуется мощность турбины 1,68 киловатта на каждый киловатт полезной мощности, при этом 0,68 киловатта потребляется для привода компрессора. Тепловой КПД агрегата (чистая произведенная работа, деленная на энергию, добавленную за счет топлива) составит 48 процентов.
Викторина «Британника»
Энергия и ископаемое топливо
От ископаемого топлива и солнечной энергии до электрических чудес Томаса Эдисона и Николы Теслы — мир живет за счет энергии. Используйте свои природные ресурсы и проверьте свои знания об энергии в этой викторине.
Фактическая производительность простого открытого цикла
Если для агрегата, работающего в пределах одного и того же давления и температуры, компрессор и турбина имеют КПД только 80% (, т. е. , работа идеального компрессора равна 0,8-кратной фактической работе, а фактическая мощность турбины — 0,8-кратной фактической идеальный выход), ситуация резко меняется, даже если все остальные компоненты остаются идеальными.
На каждый произведенный киловатт полезной мощности турбина теперь должна производить 2,71 киловатта, а работа компрессора становится равной 1,71 киловатта. Тепловой КПД падает до 25,9.процент. Это иллюстрирует важность высокоэффективных компрессоров и турбин. Исторически сложилось так, что разработка эффективных компрессоров была труднее, чем эффективные турбины, что задержало разработку газотурбинного двигателя. Современные агрегаты могут иметь КПД компрессора 86–88 процентов и КПД турбины 88–90 процентов при проектных условиях.
КПД и выходная мощность могут быть увеличены за счет повышения температуры на входе в турбину. Однако все материалы теряют прочность при очень высоких температурах, а поскольку лопатки турбин движутся с высокими скоростями и подвергаются сильным центробежным нагрузкам, температура на входе в турбину выше 1100°C требует специального охлаждения лопаток. Можно показать, что для каждой максимальной температуры на входе в турбину существует оптимальная степень повышения давления.
Современные авиационные ГТУ с охлаждением лопаток работают при температуре на входе в турбину выше 1370°С и степени повышения давления около 30:1.
Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас
Промежуточное охлаждение, подогрев и регенерация
В авиационных газотурбинных двигателях необходимо обращать внимание на массу и размер диаметра. Это не позволяет добавлять дополнительное оборудование для повышения производительности. Соответственно, двигатели коммерческих самолетов работают по идеализированному выше простому циклу Брайтона. Эти ограничения не распространяются на стационарные газовые турбины, в которые могут быть добавлены компоненты для повышения эффективности. Улучшения могут включать (1) снижение работы сжатия за счет промежуточного охлаждения, (2) увеличение мощности турбины за счет повторного нагрева после частичного расширения или (3) снижение расхода топлива за счет регенерации.
Первое усовершенствование будет включать сжатие воздуха при почти постоянной температуре.
Хотя этого нельзя достичь на практике, это можно приблизить к промежуточному охлаждению (, т. е. , сжимая воздух в два или более этапа и охлаждая его водой между этапами до исходной температуры). Охлаждение уменьшает объем обрабатываемого воздуха, а вместе с ним и необходимую работу сжатия.
Второе усовершенствование включает повторный нагрев воздуха после частичного расширения через турбину высокого давления во втором наборе камер сгорания перед подачей его в турбину низкого давления для окончательного расширения. Этот процесс аналогичен повторному нагреву, используемому в паровой турбине.
Оба подхода требуют значительного дополнительного оборудования и используются реже, чем третье усовершенствование. Здесь горячие выхлопные газы турбины проходят через теплообменник или регенератор для повышения температуры воздуха, выходящего из компрессора перед сгоранием. Это уменьшает количество топлива, необходимое для достижения желаемой температуры на входе в турбину.