Разработка отечественной энергетической газотурбинной установки среднего класса мощности с применением комплекса современных расчетно-экспериментальных методов

• Автор: Лебедев, Александр Серафимович
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 321 с. : ил.

Основные условные обозначения и сокращения
1. Обзор технического уровня ГТУ в России и за рубежом
1.1. Развитие энергетического газотурбостроения в России
1.2. Технический уровень энергетического газотурбостроения в
России и за рубежом, классификация ГТУ
1.2.1. Технический уровень ГТУ, производимых в России и СНГ
1.2.2. Классификация ГТУ по уровню мощности, областям
применения и технико-экономическим показателям
1.3. Тенденции совершенствования ГТУ по технико-экономическим
показателям и технический облик разрабатываемой ГТУ среднего класса мощности
1.4. Потребности рынка энергетического газотурбостроения в мире
1.5. Роль газотурбостроения в Концепции технической политики
РАО «ЕЭС России»
1.6. Перспективы внедрения ГТУ среднего класса мощности
2. Выбор и обоснование основных показателей ГТУ среднего
класса мощности
2.1. Методологические основы анализа тепловых схем и основных
характеристик ГТУ
2.1.1. Тепловая схема одновальной ГТУ простого цикла
2.1.2. Определение параметров рабочего процесса в характерных
сечениях проточной части ГТУ
2.1.3. Возможности повышения показателей современных
энергетических ГТУ, оптимизация и выбор их параметров
2.2. Методология создания компрессора ГТУ средней мощности
методами численного моделирования

Выбор и обоснование параметров компрессора
30 расчеты течения на номинальном режиме
СП) расчеты входного устройства и закомпрессорного
диффузора
Принципы построения низкоэмиссионных кольцевых камер сгорания ГТУ
Концепция создания низкоэмиссионной камеры сгорания Основные принципы формирования конструктивных решений по камере сгорания
Теоретическая модель физических процессов в камере сгорания Алгоритм работы низкоэмисионной камеры сгорания Теоретические основы создания высокоэффективной охлаждаемой турбины ГТУ среднего класса мощности Общие принципы формирования проточной части турбины Численные исследования оптимальных параметров проточной части турбины
Выбор и обоснование необходимой системы воздушного охлаждения для турбин высокотемпературных ГТУ Разработка схем охлаждения лопаточного аппарата турбинных ступеней ГТУ
Теоретическое обоснование необходимых характеристик прочности основных узлов ГТУ
Материально-техническая база для исследования узлов ГТУ среднего класса мощности
Стенд для испытаний модельных компрессоров Описание стенда Экспериментальная модель Методика и средства и измерений

Стенды для определения потерь в закомпрессорном диффузоре и усталостных испытаний лопаток компрессора Стенды для испытаний камер сгорания Описание стендов
Испытуемый модуль камеры сгорания Методика и средства измерений Погрешности измерений
Стенд для испытаний охлаждаемых лопаточных аппаратов
турбины
Описание стенда
Объекты исследований
Методика исследований пропускной способности систем охлаждения и теплового состояния лопаток турбины с конвективной и конвективно-пленочной системами охлаждения Схемы измерений
Результаты исследований экспериментальных узлов ГТУ, сравнение опытных и расчетных данных
Характеристики модельного компрессора по результатам испытаний, результаты тензометрирования рабочих лопаток Характеристики экспериментального отсека камеры сгорания, технические решения по доработке штатного варианта Экспериментальные теплогидравлические характеристики лопаток турбины с конвективным и конвективно-пленочным охлаждением, сравнение опытных результатов и теоретических расчетов
Результаты исследований сопловых лопаток турбины с конвективной системой охлаждения (2-ой ступени)
Результаты исследований рабочих лопаток турбины с конвективной системой охлаждения (2-ой ступени)

Г азотурбинные установки мощностью 20-125 МВт составляют примерно 20 % от суммарного производства газовых турбин за период 2006-2015 годов, как по установленной мощности, так и по стоимости поставок (рис. 1.9).
20-50 MW 10-20 MW
3-Ю MW
38.53%
Распределение (по количеству) ГТУ по классам мощности в 2006-2015 гг.

Rolls-Uoyce Iml/M urine 20.“4%
Solar Turbine.« Inc. 37,66%
125-180 MYV 21.80% 10-20 MYV 1 10 MW

20-5« м\ i2.i2% У' вЯ;г 50-125 MW
9.25%
Гр to з MW л 1.42% •' ^ - J 180 MW & Larger 43.56%
Распределение (по стоимости) ГТУ по классам мощности в 2006-2015 гг.
Mitsubishi Heavy Ind.
9.57% Siemens AG

39.95%
Доли производства ГТУ (по количеству) Доли стоимости производства ГТУ
различными фирмами в 2006-2015 гг. различными фирмами в 2006-2015 гг.
Рис. 1.9. Доли производства и объем продаж ГТУ [119]
В ближайшее время на рынке производства электроэнергии будут доминировать установки среднего и высокого класса мощности для ПГУ, особенно в Европе, Японии и Азии. В таблице 1.5 представлен прогноз выпуска энергетических ГТУ в 2006-2015 годах по основным фирмам-изготовителям и по классам мощности и стоимости ГТУ.