Универсальность использования наземных газовых турбин

Режим работы газовой турбины придает ей уникальную способность к адаптации. Крупнейшие газовые турбины сегодня вырабатывают более 200 МВт (мегаватт), что переводит газовые турбины в ту категорию, к которой до недавнего времени относились только паровые турбины.

Самыми маленькими газовыми турбинами являются микротурбины. Самые маленькие коммерчески доступные микротурбины часто используются для генерации энергии малой мощности (распределенная энергетика) и могут производить 50 кВт (киловатт). Продолжается работа по разработке микротурбин размером с ноготь. Мир "персональных турбин", в котором человек мог бы подключить эту турбину к разъему в своем автомобиле, придти с работы домой и подключить ее к разъему для бытовой электросети, является существенной, но пока непредсказуемой целью.

Понимание исторических истоков газовой турбины способствует оптимизации ее конструкции, эксплуатации и технического обслуживания. Газовые турбины начали применять во времена второй мировой войны. В мирное время, NASA провело исследования, которые позволили улучшить сплавы, компоненты и методы проектирования. Затем эта технология была передана военной авиации, а потом и коммерческой авиации.

Как правило, одни и те же производители изготавливают газовые турбины для использования в наземных и морских условиях. Таким образом, "аэро - производные" газовые турбины были естественным ответвлением своих летающих предшественников.

Аэро - производные газовые турбины, по существу, представляют собой авиационные газовые турбины в легком корпусе, установленные на плоской поверхности (наземные, морские суда, или платформа в открытом море). Аэро – производные турбины обычно используются для производства энергии, особенно там, где требуется относительно легкий корпус, например, на морских платформах.

Двигатели Rolls Royce Spey и Olympus, к примеру, являются авиационными двигателями, но также получили широкое применение как аэро – производные двигатели при наземном использовании и на морских платформах.

Двигатели Pratt и Whitney (PW) JT-8D когда-то были крупнейшим семейством авиационных двигателей. Двигатель появился в 1950-х годах и даже тогда демонстрировал около 10000 фунтов тяги. Несколько модификаций основной модели ​​позволили около двадцати лет спустя создать модель с тягой примерно в 20000 фунтов. Это поэтапное наращивание мощности одной и той же базовой конструкции экономит затраты на разработку, запчасти и техническое обслуживание. PW FT-8D является их аэро - производным эквивалентом, используемым как для производства электроэнергии, так и в случае применения в качестве механического привода.

Точно так же семейство General Electric, (GE), LM2500 и LM6000 (аэро - производные) по существу представляют собой авиационные двигатели CF6-80C2, которые были адаптированы для наземного использования. То, что раньше называлось ABB GT35 (наземные), затем Alstom GT35 (смена собственника), а затем SGT500 Siemens Westinghouse (еще одна покупка корпорации) является еще одним примером аэро – производных турбин. Большинство аэро – производных турбин также может быть использовано в морских условиях (паромы, судна). Некоторые из них также используются в мобильных наземных устройствах, например, в танках.

Аэро- и аэро - производные газотурбинные двигатели обычно имеют модульную структуру. Это означает, что один модуль газотурбинного двигателя может быть удален, в то время как другие модули остаются на месте. Удаленный модуль можно заменить другим, после чего газовая турбина может возобновить работу. Промышленные двигатели обычно не имеют модульной структуры. Если возникнут серьезные проблемы с какой-то деталью промышленного двигателя, то вполне вероятно, что весь двигатель будет "закрыт на техническое обслуживание".

Термин "промышленная" газовая турбина подразумевает тяжелый корпус, эта модель газовой турбины не была предназначена для использования в таких условиях, где соотношение массы (веса) и мощности (другими словами минимизация веса для электростанции) является вопросом первостепенной важности. Тем не менее, выбор металла для современных промышленных моделей осуществляется с учетом лучших разработок в металлургической отрасли. Производство газовых турбин является высоко конкурентным, производители стремятся добиться самых высоких температур на входе в турбину (TIT), которые только может выдержать металл и топливо, так как это оптимизирует пиковую мощность газовой турбины. Иными словами, 7-я и 9-я промышленные модели GE, (будь то "-F", "- G" или "- H” технологии) могут изготавливаться из металла, который эта компания использовала для производства авиационных двигателей. Буквы F, G и H относятся к предельному уровню температуры и, следовательно, предполагают более высокие мощности (с "более дальними" буквами алфавита).

Некоторые обозначения моделей турбин могут оказаться запутанным с точки зрения их корпоративной принадлежности. Отчасти это связано с тем, что OEM (оригинальный производитель оборудования) газовой турбины постоянно меняется в связи с корпоративными слияниями, частичными слияниями, выкупами подразделений, и созданием совместных предприятий. Поэтому в этом разделе и в разделе, посвященном комбинированным циклам, приводится несколько замечаний об истории и предыдущих собственниках конкретных моделей двигателей. Это имеет существенное значение, когда речь идет о тонкостях конструкции газовой турбины. Это очень важно для операторов, поскольку они могут принимать более обоснованные решения в отношении капитального ремонта, оптимизации производительности, обновления компонентов и модифицированных систем в турбинных установках.

Любое применение газовой турбины может многое предложить конечным пользователям других отраслей промышленности. Энергетика часто является наименее требовательной к характеристикам газовой турбины, если она не используется с переменной или пиковой нагрузкой. Механические приводы в большей степени подвержены колебаниям нагрузки. Примером могут служить турбины для привода насосов, которые вливают (в почву) различные объемы морской воды, сопровождающие «смешанные поля» (нефти, газа и морской воды) при добыче нефти и газа.

Турбины авиационных двигателей могут испытывать различные нагрузки в зависимости от области их применения. Если, например, кто-то делает расчет для пилотажной эскадрильи, нужно иметь в виду, что двигатели на самолетах, которые должны оставаться на фиксированном расстоянии от крыла ведущего, могут накапливать потери жизненного цикла в двадцать раз превышающие потери жизненного цикла двигателей ведущего.

Иными словами, изменение всех параметров, относящихся к общей долговечности газовой турбины, долговечности компонентов, или времени между капитальными ремонтами (TBOS) требуют проницательности от операторов газовой турбины, независимо от того, работает ли турбина в "своей" отрасли или нет. Уроки, извлеченные в одной отрасли промышленности относительно металлов, использующихся для газовых турбин и систем управления, таких как контроль или мониторинг состояния, могут быть каким-то образом применены к другим вариантам использования газовой турбины.

Как мы увидим в главе 2, историки газовой турбины могут утверждать, что газотурбинный двигатель самолета был разработан задолго до его наземного аналога, или наоборот. Будут представлены мнения различных школ, так что читатель может сделать свои собственные выводы. Однако бесспорным остается то, что газовая турбина является универсальным двигателем с точки зрения авиационной промышленности.