Модель LM2500+DLE HSPT от General Electric – аэродинамическая газовая турбина с двухступенчатой высокоскоростной силовой турбиной (HSPT) и системой сгорания DLE.
Силовая турбина HSPT разработана для использования в механических приводах, таких как трубопроводные центробежные компрессоры, электростанции небольшой мощности, мобильные установки для производства электроэнергии.
В системах по выработке электроэнергии турбина HSPT подключается через редуктор к четырех полюсным генераторам, вращающимся со скоростью 1500 или 1800 об / мин для работы на частоте 50 и 60 Гц соответственно.
Двухступенчатый HSPT оптимизирован для работы со скоростью 6100 об/мин, что соответствует скорости компрессоров класса 30 МВт.
Конструктивные особенности модели ГТУ LM2500+DLE HSPT
Основное отличие данной модели – для повышения производительности газовой турбины и повышения рабочего ресурса выполнены следующие изменения конструкции:
- двигатель помещен в секции компрессора;
- газовый генератор модифицирован – добавлена дополнительная «нулевая» ступень перед стандартной лопаткой первой ступени, что приводит к увеличению воздушного потока на 23 % и увеличению мощности изоэнтропийного газа на 25%, при рабочем давлении на входе в силовую турбину 55 кПа;
- ротор компрессора модернизирован – увеличена ширина хорды лопастного диска (блиска) в дополнительной нулевой ступени ГТУ;
- модернизированы лопасти первой ступени;
- добавлена конструкция с широкой хордой без демпферов в середине пролета;
- крылья компрессора 2 и 3 ступени выполнены на базе конструкции авиационного GE CF6-80C21.
За основу была взята конструкция авиационного двигателя, что позволило существенно улучшить эффективность работы газовой турбины.
- на статоре, кроме новой конструкции входного направляющего аппарата и статора нулевой ступени, этапы с 1 по 2-й также имеют улучшенные аэродинамические поверхности на базе CF6-80C21.
- в компрессоре соотношение давлений увеличивается до 23,1.
Вследствие добавления новой нулевой ступени LM2500+ примерно на 350 мм длиннее, чем стандартный двигатель LM2500. Увеличение длины не критично, но важно обратить внимание на перемещение фланца входной разделительной стенки.
Как и стандартные модели, LM2500+ эксплуатируется в трех альтернативных модификациях топливных систем для работы на природном газе, жидком нефтяном дистилляте или на двойном топливе с использованием как природного газа, так и жидкого топлива.
Количество вредных выбросов благодаря новой системе конструкции камеры сгорания GE LM Dry Low Nox Emission (DLE) соответствует установленным требованиям и нормативам производственной и экологической безопасности.
Преимущества и особенности конструкции высокоскоростной силовой турбины HSPT
При разработке двухступенчатой силовой турбины PGT25, для ГТУ LM2500 приоритетом было оптимальное соответствие трубопроводным центробежным компрессорам. Новый HSPT разработан с учетом увеличенного массового расхода мощности газа на выходе из газогенератора. Он сохраняет преимущества модели PGT25 и PGT16 (применяется в LM1600):
- повышенная устойчивость ротора и статора к предельным нагрузкам, сложным условиям эксплуатации;
- простота проверки и технического обслуживания подшипников;
- замена, сборка всего ротора и горячих частей турбины на месте без необходимости демонтажа несущей конструкции от опорной плиты;
- расчетная частота вращения ротора HSPT 6100 об/мин, высокая для мощностей данного класса, обеспечивает консервативную аэродинамическую нагрузку на лопасти, что оптимизирует выбор варианта трубопровода с прямым соединением, компрессора по удельным скоростям, номерам ступеней диаметру и весу корпуса;
Предшественником нового HSPT является Nuovo Pignone PGT25 с низкими аэродинамическими нагрузками. Расчетная скорость 6500 об/мин, обеспечивает оптимальное соответствие выбранной модификации компрессора.
Была выполнена существенная модернизация конструктива ГТУ LM2500+DLE HSPT:
- опорная рама ротора – жесткий чугунный пьедестал, на котором расположен цилиндрический картридж с подшипниками;
- статор, выхлопные кожухи – неразъемные, в горизонтальной плоскости, со стыками в только в вертикальной плоскости. Такая опорная конструкция надежно поддерживает узлы статора;
- такая компоновка позволила разместить соединительные стойки на конце диффузора.
Уникальной особенностью силовой турбины PGT25 является возможность снятия всего узла, состоящего из картриджа подшипника, кожуха ротора и статора на месте, для непосредственного обслуживания или замены, демонтажа на восстановленную сборку. Подшипники также можно проверить и заменить через порты, доступные с задней стороны турбины.
- форсунки и ротор лопасти можно заменить на месте после удаления переднего переходника и корпуса кожуха OUICT.
Особенности механической конструкции HSPT
В отличие от базовых силовых турбин в HSPT нет штуцера перехода между выходом газогенератора и входом в силовую турбину, так как была скорректирована частота вращения вала, изменению радиуса шага лопатки, приближенного к размерам выходного кольца газогенератора.
Отсутствие промежуточного и переходного воздуховода со стойками позволило снизать производственные затраты, повысить эффективность ГТУ.
Внешний корпус статора соединен с корпусом подшипника шестью распорками поперек выхлопного диффузора, что позволило свести к минимуму сопутствующие потери, типичные для предыдущих конструкций силовых турбин.
Соединительные стойки балки закрыты экранами в виде выпуклых аэродинамических профилей, с углом входа, установленным для ограничения потерь из-за больших углов завихрений потока на нерасчетных режимах, особенно при эксплуатации при высокой температуре окружающей среды.
Для охлаждения дискового пространства 1% воздушного потока отбирается из компрессора и подается в силовую турбину по трубам, пересекающим первые аэродинамические поверхности Sage Nonle. Фракция охлаждающего воздуха подается на вторую ступень через центральное отверстие диска на первой ступени.
Чтобы избежать нестабильности потока из-за увлечения вращения диска, внутренний поток охлаждающего воздуха проходит внутри полости между основным передним щитом и дополнительным задним щитом.
Материалы горячего проточного тракта:
- FSX-414 – для сегментов трехлопастного сопла;
- Inconel 738 – для ротора, лопатки;
- М-И52 – для дисков;
- 304 СС – для тепловых экранов и выхлопной стенки диффузора;
- ASTM A182 F22 – для внешних кожухов.
Преимущества модернизированной аэродинамической конструкции LM2500+DLE HSPT
Отсутствие промежуточного переходного элемента между газогенератором и силовой турбиной повышает аэродинамические характеристики:
- профиля сопла первой ступени – входной радиус и высота точно соответствуют выходному сечению газогенератора;
- два кованых кожуха, выступающие из сопла первой ступени, обеспечивают идеальную непрерывность потока между газогенератором и силовой турбиной;
- расчетная частота вращения 6100 об/мин;
- для достижения соответствующих скоростей на концах лопастей несущего винта средний диаметр выбран так, чтобы точно соответствовать выходу кольца газогенератора;
- скорость также скорректирована в соответствии с лопастью несущего винта.
- сведены к минимуму потери из-за разрывов стенок и рециркуляции потока;
- формирование аэродинамического профиля литья по выплавляемым моделям платформы минимизируют фактические разрывы пути потока между неподвижными и вращающимися частями;
- расположение пломбировочных зубов на хвостовиках лопаток минимизируют объемы полостей под ними до линии ступицы, что снижает потери энергии, связанные с рециркуляцией и обменом энергией между полостями и основным потоком.
Хотя общий коэффициент расширения турбины выше, расчетный расход и рабочие коэффициенты по-прежнему соответствуют максимально достижимой эффективности. Нижний коэффициент расхода второй ступени получается из-за уменьшения
Эксплуатационные и технические преимущества LM2500+DLE HSPT
К основным преимуществам ГТУ данной модели можно отнести:
- узел ротора и сопла в одном картридже, позволяет проводить оперативное техническое обслуживание;
- при подключении оборудования с механическим приводом, что важно при обслуживании трубопроводов, высокая скорость вала в этом классе мощности, позволяет оптимизировать выбор и производительность центробежных компрессоров с прямым приводом;
- умеренные аэродинамические нагрузки на лопасти повышают эффективность, срок эксплуатации ГТУ;
- модульная разборная конструкция облегчает монтаж, ремонт, замену быстро изнашиваемых деталей, комплектующих.
Компания DMEnergy обеспечит комплекс услуг по сервисному и техническому обслуживанию, ремонту, монтажу, пуску и наладке, поставке оригинальных деталей, комплектующих, расходных материалов для газовых турбин LM2500+DLE HSPT и других моделей General Electric, генерирующего оборудования, ГТУ других брендов.
