Генератор будущего
+7 (383) 227-81-50 Контактный центр Карьера
Турбогенераторы с воздушным охлаждением

Турбогенераторы с воздушным охлаждением. ТФ-90Г-2У3 –конкурентоспособный продукт для рынка газовых турбин

Сегодня доля стареющего и требующего замены оборудования ТЭС России стремительно растет. КПД электростанций в среднем оценивается ~36 %.

Между тем в развитых странах этот показатель в среднем не опускается ниже 45 %. Рост эффективности энергосистем Запада связан именно с внедрением новых технологий, основу которых составляют газотурбинные установки (ГТУ) в составе ПГУ.

ПГУ – и это все о них…

В последние два десятилетия па- рогазовая технология стала самой популярной в мировой энергетике – на нее приходится до двух третей всех вводимых сегодня на планете генерирующих мощностей. Это об- условлено тем, что в парогазовых установках (ПГУ) энергия сжигаемого топлива используется в бинарном цикле – сначала в газовой турбине, а потом в паровой, а потому ПГУ эффективнее любых тепловых станций (ТЭС), работающих только в паровом цикле.

ПГУ обладают рядом преиму- ществ по сравнению с традицион- ными газовыми и угольными электростанциями:

  • Более высоким КПД – до 60 %;
  • По сравнению с возведением обычной паротурбинной электро- станции более низкими капитальными затратами и сжатыми сроками строительства за счет блочной конфигурации ПГУ;
  • Низким уровнем выбросов по сравнению с традиционными уголь- ными станциями.

Старение оборудования и низкая его эффективность – два основных фактора,  которые  указывают на необходимость внедрения нового технологического оборудования на отечественных станциях. При этом нужно учитывать, что в России доля газа в топливном балансе высока, более 60 %, и по планам развития в ближайшее десятилетие она существенно не снизится. Технология ПГУ также актуальна в силу наших суровых климатических  условий, в которых комбинированное производство электроэнергии и тепла экономит ~30% топлива по сравнению с раздельным способом энергоснабжения городов.таблица 1

На сегодняшний день приоритетными решениями при реконструкции действующих электростанций и строительства новых на базе ПГУ считаются:

  • высокоэффективные газовые турбины большой мощности (110– 180 МВт), ПГУ на их основе электрической мощностью 300–500 МВт на природном газе с КПД более 57 %;
  • теплофикационные ПГУ на природном газе электрической мощностью свыше 100 МВт на базе ГТУ мощностью от 50 МВт с высоким электрическим КПД во всем диапазоне рабочих нагрузок.

Для современных маневренных энергетических установок с приводом как от газовых, так и от паровых турбин в большинстве случаев применяются турбогенераторы с воздушным охлаждением. Исполнение с воздушным охлаждением упрощает конструкцию турбогенератора по сравнению с другими системами охлаждения, что в итоге повышает надежность, снижает затраты на эксплуатацию и ремонт, сокращает сроки монтажа, уменьшает номенклатуру необходимых запчастей.

Для удовлетворения нужд энергетики для паровых и газовых турбин на НПО «ЭЛСИБ» была освоена ли- нейка турбогенераторов серии ТФ с воздушным охлаж- дением (косвенное охлаждение обмотки статора и не- посредственное охлаждение обмотки ротора), табл.  1.

234324

Воздушные машины нужны, как  воздух…

Необходимо отметить, что в советский период основную часть номенклатуры НПО «ЭЛСИБ» составляли турбогенераторы серии ТВФ с форсированной водородной системой охлаждения номинальной мощностью 60…120 МВт. В части создания, изготовления турбогенераторов с газовой системой охлаждения завод занимал лидирующие позиции в стране. Именно эта продукция принесла широкую известность НПО «ЭЛСИБ» – суммарная установленная мощность поставленных на теплоэлектростанции турбогенераторов серии ТВФ превысила 63 ГВт (установленный парк свыше 800 шт.). Применение водорода в качестве охлаждающей среды в турбогенераторах позволяло создавать компактные, высокоэффективные, надежные и долговечные машины.

Именно по этой причине при разработке турбогенераторов с воздушным охлаждением были использованы конструктивные решения, проверенные в ходе длительной эксплуатации водородных машин. Турбогенераторы серии ТФ имеют закрытое исполнение, охлаждение воздухом осуществляется по замкнутому контуру. Учитывая более высокую плотность воздуха по сравнению с водородом, для обеспечения низкого уровня вибрации элементов конструкции от воздействия аэродинамических сил была сохранена компоновка турбогенератора с
водородным охлаждением.

 

Основные технические решения, реализованные при проектировании турбогенераторов серии ТФ:

  • Корпус – жесткий, прочный, герметичный, цилиндрической  формы;
  • Расположение воздухоохладителей горизонтальное;
  • Система охлаждения сердечника статора – многоструйная, наиболее простая и эффективная, мало подверженная засорению.
  • Изоляция обмотки статора изготавливается на основе современных лент с улучшенными диэлектрическими и теплофизическими свойствами.
  • Изоляция стержней термореактивная типа «Монолит» класса нагревостойкости F,  допустимые превышения температур по классу нагревостойкости В по ГОСТ 533-2000.
  • Циркуляция воздуха в корпусе турбогенератора осуществляется вентиляторами, установленными на валу с двух сторон бочки ротора.
  • Циркуляция воды в воздухоохладителях осуществляется насосами, расположенными вне турбогенератора.
  • В камерах уплотнения вала обеспечивается избы- точное давление для предотвращения попадания загрязненного воздуха извне внутрь корпуса генератора. Восполнение утечек воздуха из турбогенератора осу- ществляется с помощью системы наддува, оснащенной специальными  фильтрами.
  • Опорные подшипники выносные стоякового типа, маслоснабжение от системы смазки турбины. При сопряжении турбогенераторов с паровыми турбинами подшипник со стороны турбины поставляется турбин- ным заводом. При сопряжении турбогенераторов с газовыми турбинами подшипник изготавливается НПО «ЭЛСИБ».
  • Щеточно-контактный аппарат для подвода тока возбуждения к контактным кольцам ротора размещается за подшипником на стороне выводов статора.
  • При сопряжении с газовыми турбинами турбогенераторы допускают работу в режиме двигателя для разворота газовой турбины от тиристорного пускового устройства.
  • Система возбуждения турбогенераторов на выбор заказчика – статическая, тиристорная, выполненная по схеме самовозбуждения или бесщеточная.

Обмотка статора турбогенераторов с воздушным охлаждением выполняется по классической технологии вакуумно-нагнетательной пропитки изоляции и запечки стержней обмотки статора с последующей укладкой в пазы статора. Применение именно этой технологии с раздельной подготовкой и монтажом стержней обмотки статора обеспечивает высокую ремонтопригодность турбогенератора и дает возможность выполнения капитального ремонта непосредственно в условиях станции в течение всего нормативного срока жизни машины (40 лет). Другие производители турбогенераторов при- меняют сухую изоляцию стержней с последующей вакуумно-нагнетательной пропиткой и запеканием статора с обмоткой по технологии Global VPI, что делает обмотку статора неремонтопригодной в условиях станции.

С 1996 г. НПО «ЭЛСИБ» изготовило и поставило на теплоэлектростанции 54 турбогенератора с воздушным охлаждением (география поставок – Россия, Казахстан, Белоруссия, Киргизия). Первые образцы турбогенера- торов ТФ прошли стендовые испытания по расширен- ным  программам.

Турбогенераторы серии ТФ могут устанавливаться не только при строительстве новых блоков, но и на существующие фундаменты турбогенераторов с водородным охлаждением, выработавших свой ресурс, при не- значительной доработке фундамента. Практика показывает, что в большинстве случаев НПО «ЭЛСИБ» может предложить к поставке и установке генератор с повышением единичной мощности. Так турбогенераторы ТФ-80-2У3, если параметры турбины позволяют нести мощность 80 МВт, могут быть использованы при замене выработавших свой ресурс генераторов ТВ-60-2, ТВФ-60-2, ТВФ-63-2. Таким образом, энергетики при та- кой модернизации могут повысить мощность и эффективность работы энергоблока без существенных затрат на капстроительство, расшить имеющиеся запертые мощности на турбинах.

Турбогенераторы для газовых турбин: как обстоят дела…

За последнее десятилетие в энергетике России по- явились новые современные парогазовые и газотурбинные мощности, по оценкам экспертов – это свыше 23 ГВт установленной электрической мощности (~16% выработки всех ТЭС России). При этом мощность парка газовых турбин иностранного производства составляет более 15 ГВт. В основном это проекты, реализованные генерирующими компаниями в рамках исполнения своих обязательств по ДПМ. Сегодня установленная и введенная в эксплуатацию генерирующая мощность в российской энергетике позволяет полностью удовлетворять спрос российских потребителей в  выработке электроэнергии.

Но не нужно забывать – общая установленная мощ- ность действующих ТЭЦ составляет около 70 ГВт с теплофикационной загрузкой в среднем 50 %. В их числе станции, работающие на природном газе, оборудование которых отработало по 40–50 лет. Эти мощности не- обходимо будет менять в ближайшем будущем, в течение ближайших 10–20 лет.

У отечественного энергомашиностроения в части удовлетворения спроса и освоения производства газовых турбин есть два варианта:

  • освоение производства газовых турбин, соответ- ствующих уровню мировых образцов;
  • локализация производства в формате СП с зару- бежными  компаниями.33333

В части развития сотрудничества с отечественными производителями газовых турбин у НПО «ЭЛСИБ» есть опыт поставок турбогенераторов 63 и 16
МВт. Для до- рабатываемой газовой турбины ГТЭ-110М НПО «Са- турн» у НПО «ЭЛСИБ» есть техническое предложение турбогенератора номинальной мощностью 115 МВт. Ра- бота НПО «Сатурн» по доводке ГТЭ-110М для большой энергетики РФ является весьма актуальной, так как в случае успеха эта газовая турбина станет типовым оте- чественным альтернативным решением для ПГУ (ГТУ). НПО «ЭЛСИБ» участвует в программе локализации производства и импортозамещения совместно с ООО «Русские газовые турбины» (ООО «РГТ») и ООО «ИН- ТЕР  РАО-Инжиниринг».

24.10.2014 г. ООО «РГТ», совместное предприятие GE, Группы «Интер РАО» и ОАО «Объединенная двигателестроительная корпорация» (ОДК, входит в Госкорпорацию Ростех),
открыло в Рыбинске Ярославской области завод по производству, продаже и обслуживанию газовых турбин 6FA (6F.03) мощностью 77 МВт (планируемый объем выпуска – до 14 турбин в год). Доля GE в СП ООО «РГТ» составляет 50 %, Группе «ИНТЕР РАО ЕЭС» и УК «ОДК» принадлежит по 25 %.

ООО «РГТ» в 2014-2015 гг. провело оценку возможностей российских поставщиков (ПАО «Силовые машины»,  ООО  «Электротяжмаш-Привод»,  НПО «ЭЛСИБ») по комплектации газовых турбин 6FA турбогенераторами отечественного производства. С этой це- лью ООО «РГТ» совместно с представителями GE про- вело несколько аудитов российских предприятий на предмет выявления оптимального поставщика для комплектации газовых турбин 6FA. В итоге в 2015 г. поставщиком турбогенератора для проектов ООО «РГТ» с лучшим технико-коммерческим предложением признано НПО «ЭЛСИБ» ПАО. В рамках XIX Петербургского Международного экономического форума ООО «РГТ» и НПО «ЭЛСИБ» подписали меморандум о взаимопонимании о проведении квалификации и организации по- ставок генераторов мощностью 90 МВт для турбин 6FA, локализованных на предприятии СП в Рыбинске. В со- став поставки одного комплекта ТФ-90Г-2У3 входят турбогенератор, статическая система возбуждения, трубная обвязка, шумозащитный кожух и оборудование для монтажа на площадке электростанции.

444444444

ООО «РГТ» участвовало и в ноябре 2015 г. признано победителем в конкурсе, проводимом ООО «ИНТЕР РАО-Инжиниринг», на поставку восьми
газотурбинных установок 6FA в комплекте с турбогенераторами ТФ-90Г-2У3 производства НПО «ЭЛСИБ» для нужд ООО

«Калининградская генерация». Это масштабный проект по строительству электростанций ПГУ 440 МВт в Калининграде (Прегольская ТЭС), двух ГТУ 160 МВт в Советске (Талаховская ТЭЦ) и двух ГТУ 160 МВт в Гусеве (Маяковская ТЭЦ). Также для ТЭС на угольном топливе в Светловском городском округе (Приморская ТЭЦ) ОАО «Уральский турбинный завод» признано победителем в конкурсе на поставку трех паровых турбоагрегатов по 65 МВт в комплекте с турбогенераторами ТФ-65-2У3 производства НПО «ЭЛСИБ». Суммарно к 2020 г. по перечисленным проектам в Калининградской области ожидается ввод 1069 МВт генерирующих мощностей, из них на долю генераторов НПО «ЭЛСИБ» ПАО приходится 909 МВт (85% новых мощностей) региона. Основные технические параметры турбогенера- тора ТФ-90Г-2У3 для газовой турбины 6FA приведены в табл. 2 и на рис. 2.

В августе 2016 г. в НПО «ЭЛСИБ» были успешно завершены комплексные испытания турбогенератора ТФ-90Г-2У3 № 1 (фото 2). Ряд испытаний (механические, электрические и тепловые), а также вибрационные и акустические исследования были проведены в присутствии представителей заказчика турбогенераторов (ООО «Русские Газовые Турбины») и экспертов из компании GE и ООО «ИНТЕР РАО-Инжиниринг».

Результаты испытаний подтвердили полное соответствие параметров техническому заданию, нормативно- техническим  и  регламентирующим документам.

3213123

Фото 2. Турбогенератор ТФ-90Г-2У3 на испытательном стенде

 

 

– Можно с уверенностью сказать, что параметры нового турбогенератора находятся на высоком уровне. Освоение про- изводства турбогенераторов для газовых турбин 6FA расши- ряет возможности предприятия и позволяет занять новую нишу, а именно поставлять эффективное оборудование на ры- нок газотурбинных установок. НПО «ЭЛСИБ» готово к освое- нию и серийному производству турбогенераторов для всего мощ- ностного ряда газовых турбин, необходимых для развития энергетики РФ», – Дмитрий Безмельницын, генеральный ди- ректор НПО «ЭЛСИБ» ПАО.

Оставить заявку