Турбогенераторы с трубчатым корпусом
Специалисты Лысьвенского завода тяжелого электрического машиностроения «Привод» осваивают новые технологии в производстве электрических машин и стремятся постоянно улучшать их качественные и технические характеристики. Знаковым достижением стали разработка и освоение производства нового поколения турбогенераторов серии ТТК – турбогенераторы с трубчатым корпусом. Они отвечают требованиям современных отечественных и международных стандартов и норм, обладают высокой надежностью и качеством, сниженными массо-габаритными характеристиками и уровнем шума. Линейка мощностей этих генераторов состоит из машин на 25 МВт, 40 МВт, 50 МВт, 80 МВт, 110 МВт, 160 МВт, 220 МВт и 350 МВт. В машинах серии ТТК применен тонкостенный цилиндрический корпус предельно простой конструкции, который является элементом, выполняющим несколько функций:
1) удержание в заданном положении активных частей статора, а также воздухораспределительных коробов (воздухоохладителей) и шумозащитных экранов;
2) разделение внутреннего пространства машины от наружного;
3) распределение, согласно заданной схеме, потоков охлаждающего воздуха;
4) демпфирование колебаний сердечника статора (100-герцовой частоты).
Генераторы серии ТТК отличаются меньшими весом (в среднем на 15–20%) и габаритами (по высоте, длине и ширине на 10–15%), по сравнению с известными аналогами. Небольшой вес и компактность обеспечиваются компоновочными решениями, позволяющими получить конструкцию с минимальным количеством деталей и узлов. Значения КПД генераторов превосходят величины, устанавливаемые ГОСТ. Высокий КПД обусловливается снижением механических потерь за счет использования высокоэффективных центробежных вентиляторов, имеющих коэффициент полезного действия порядка 60 – 70%, уменьшением электрических потерь в обмотках статора и ротора за счет приведения рабочих температур к уровню ниже норм, установленных для изоляции класса В. Короба воздухораспределительные легко монтируются и демонтируются. Чтобы их снять, надо отвернуть на каждом коробе всего 8 болтов. В генераторах серии ТТК применяются подшипники ведущих мировых производителей (например, фирмы «RENK»), как стояковой, так и щитовой конструкции. Применение подшипников щитовой конструкции позволяет:
- уменьшить габаритные размеры и массу генератора;
- улучшить герметизацию генератора.
Для защиты от попадания внутрь генератора масла (в случае его внезапной избыточной подачи в подшипник) предусмотрена специальная предкамера, соединенная с картером подшипника. За счет оригинальной конструкции корпуса генератора решена проблема вибрации на подшипниках при частоте вращения 100 Гц. При подаче тока в ротор вибрация практически не меняется. Изоляция имеет нагревостойкость класса F (155єС); при этом уровень температурного поля турбогенераторов не превышает значений, нормируемых для изоляции класса В. Уровни звукового давления имеют величину порядка 80 – 85 дБА. Это достигается благодаря следующим конструктивным особенностям:
- приданию корпусу цилиндрической формы и уменьшению его толщины до оптимального минимума, что придает корпусу хорошие демпфирующие свойства;
- креплению корпуса к фундаменту по торцевым плоскостям, где вибрации минимальны;
- конструкции ротора, имеющего одинаковую жесткость по продольной и поперечной оси, что достигается фрезеровкой пазов в большом зубе с последующей установкой в них магнитных вставок, в результате чего, как показывает практика, значительно снижается уровень вибрации генератора на частоте 100 Гц;
- соблюдению рекомендаций по аэродинамике при проектировании вентиляторов и воздуховодов в системе вентиляции.
Статор для машин этого типа собирается по уникальной, запатентованной технологии, не имеющей мировых аналогов. При разработке машин серии ТТК мощностью 80 МВт и выше применена запатентованная система охлаждения по замкнутому циклу с двумя воздухоохладителями по бокам генератора, позволившая предотвратить перегрев машины при пиковых нагрузках. Подача охлаждающего воздуха в статор и в ротор раздельная. Система охлаждения статора также запатентована. КПД вентилятора воздухоохладителя составляет 60–70%. При желании Заказчика, на входе вентиляторов могут быть установлены направляющие аппараты, позволяющие регулировать расход воздуха в зависимости от нагрузки и таким образом поддерживать КПД генератора на максимальном уровне. Комплектно с турбогенераторами поставляются системы возбуждения как статические, так и бесщеточные, обеспечивающие автоматическое регулирование тока возбуждения генераторов. При проектировании машин серии ТТК большое внимание уделено их товарному виду. В этой связи отказались от сварки наружных тонкостенных элементов. Вместо сварки применили заклепочные соединения. Системы теплоконтроля монтируются с использованием современных технологий, которые позволяют надежно закрепить соединения без пайки при помощи виброустойчивых клеммных колодок. В первом квартале 2008 года на предприятии выпущен первый образец ТТК-25, который будет установлен на Ноябрьской парогазовой электростанции. Сейчас в производстве находятся генератор мощностью 40 МВт для ТЭЦ «ЕвразЭК» (г. Новокузнецк), генератор мощностью 110 МВт для Новорязанской ГРЭС-24 и генератор мощностью 110 МВт для Ивановской ГРЭС-2.
Турбогенераторы специального исполнения
В настоящее время все больше внимания уделяется экологически чистым возобновляемым источникам энергии. В 1965 году ЛЗТЭМ «Привод» (в то время Лысьвенский турбогенераторный завод) поставил на Камчатку в поселок Паужетка 2 генератора Т2–6–2 мощностью 6 МВт каждый, которые до настоящего времени успешно работают на Мутновской геотермальной электростанции. Опыт их эксплуатации подтвердил большую перспективу подобных установок большей мощности. После длительного перерыва в 2001 году по заказу РАО «ЕЭС России» специалистами завода «Привод» были спроектированы, изготовлены и поставлены на Мутновскую ГеоЭС два специальных генератора Т-25–2У3 мощностью 25 МВт для работы в комплекте с паровыми турбинами. При изготовлении генераторов Т-25–2У3 выполнен ряд требований, обеспечивающих их работоспособность в особых условиях:
- повышенной сейсмичности,
- в среде, содержащей сероводород (применены покрытия эпоксидосодержащими эмалями с увеличенной толщиной пленки, цинкование крепежа и стальных деталей, оловянирование всех поверхностей медных деталей, контактирующих с окружающей средой, все поставляемые в комплекте с генераторами приборы изготовлены в исполнении не ниже IP44.
Выполнены требование по ограничению уровня шума. Достигнутый уровень составляет менее 80 дБА. Кроме стандартных приборов контроля данные генераторы укомплектованы системой мониторинга состояния обмотки статора по характеристикам частичных разрядов. Оба генератора находятся в эксплуатации.
Генераторы для турбодетандерных установок
Важное направление деятельности завода «Привод» — производство турбогенераторов для детандерных установок.
В транспортных газопроводах давление достигает 80 и более атмосфер, что значительно превышает необходимый показатель на выходе. Поэтому при отборе газа потребителю требуется его значительное дросселирование. Высвобождаемая при этом энергия никак не используется. Для использования этой энергии могут быть применены турбодетандерные установки, встраиваемые в газопровод отбора газа. Дросселируя газ, турбодетандер одновременно приводит во вращение генератор соответствующей мощности.
Потенциал применения турбодетандерных технологий для российской энергетики значительный. Как заявил глава Росэнерго Дмитрий Аханов, «в России около 300 электростанций, примерно половина из них работает на газе, и на них может быть применена детандер-генераторная технология».
По различным оценкам, ресурс внедрения детандер-генераторной технологии России и СНГ оценивается в 5–8 тысяч МВт, причем строительство электростанций с использованием этой технологии возможно в рамках замещения выбывающих мощностей устаревших небольших ТЭЦ, в том числе при переводе последних в режим котельных. Экономическая эффективность подтверждается цифрами – при строительстве электростанции 1 кВт мощности в среднем обходится инвестору в сумму около 1 тысячи долларов, а 1 кВт на энергообъекте с применением детандер- генераторной установки составляет 450 долларов США.
Изначально подобные технологии применялись в газовой отрасли. Позднее новые разработки стали внедрять и на объектах электроэнергетики.
На нашем заводе были разработаны и изготовлены генераторы специального исполнения СГ-600–2 и СГВ-600–2, которые предназначены для выработки электроэнергии в составе пневмоэлектрогенераторных агрегатов (ПЭГА), которые устанавливаются в капсуле непосредственно в трубопровод и приводятся в движение за счет энергии технологических перепадов давления газа в местах его добычи, транспортировки и распределения. ПЕГА, в составе которых работают генераторы производства Лысьвенского завода тяжелого электрического машиностроения «Привод», установлены на ГРС «Южная» ГУП «Мосгаз».
Лысьвенский завод тяжелого электрического машиностроения «Привод» — единственное в России предприятие, которое разработало и выпускает генераторы серии ТК и генератор Т-6–2ЗУ3.1 для турбодетандерных агрегатов серии ДГА. Отличительной особенностью агрегатов этой серии является то, что они не встраиваются непосредственно в трубу, а имеют более сложную конструкцию.
Первая такая установка с оборудованием лысьвенского предприятия была введена в строй на ТЭЦ-21 «Мосэнерго» в 1994 году. Турбогенераторы под маркой «Привод» работают также на московской ТЭЦ-23 в составе детандер-генераторных установок, на Среднеуральской ГРЭС ОГК-5, на объектах для ОАО «Башкирэнерго» (ТК-1,5–2ЗУХЛ3)., Республика Беларусь, турбогенераторы различной мощности для «Узбекнефтегаз» Узбекистан, «Укрнефтегаз» Украина.
Специальные генераторы производства ООО ЛЗТЭМ «Привод» уже успешно поставляются на объекты «Белтрансгаз» (Белоруссия), для ОАО «Витебские Тепловые Сети». Предприятие принимает участие в государственной программе правительства Украины по развитию энергосберегающих технологий.
В настоящий момент заключены договоры на поставку еще 63 турбогенераторов мощностью 4 МВт для Республики Беларусь и Украины.
Генераторы для газотурбинных электростанций, в том числе
электростанций собственных нужд
По самым минимальным оценкам экспертов при разработке нефтяных месторождений в России сжигается более 20 млрд. куб. м попутного газа. Эту цифру еще год назад озвучил Президент страны и назвал такое расточительство недопустимым. Конечно, наиболее эффективным способом использования попутного нефтяного газа (ПНГ) является его переработка. Но и использование попутного газа в качестве топлива для получения электрической энергии сегодня является вполне приемлемой альтернативой горящим по стране факелам.
Спрос на электричество со стороны нефтяников постоянно растет, и к настоящему времени большинство компаний, ведущих добычу в Западной Сибири, имеют программы по размещению на промыслах газотурбинных электростанций. По данным «Сургутнефтегаза», электроэнергия, произведенная на ГТЭС собственных 5 нужд с использованием ПНГ, обходится нефтяникам как минимум в 1,5 раза дешевле, чем при покупке ее у энергетических компаний. А проекты строительства ГТЭС окупаются за 2–3 года.
Показательно, что по проектам независимого энергообеспечения крупнейшие компании активно работают сегодня с отечественными производителями. Лысьвенский завод тяжелого электрического машиностроения «Привод» — один из лидеров в производстве генераторов для газотурбинных электростанций.
На предприятии разработан и изготавливается ряд турбогенераторов мощностью от 1,5 до 32 МВт серий ТС, ГТГ, ТК в исполнении по требованию Заказчика с замкнутым или разомкнутым циклом вентиляции.
В основу конструкции турбогенераторов для ГТЭС был положен принцип малогабаритности, причем не столько за счет уменьшения размеров самого генератора, сколько за счет его перекомпоновки для рационального размещения в пэкидже электростанции и сокращения единиц вспомогательного оборудования. Машины для ГТЭС изготавливаются с максимальной степенью готовности.
Для обеспечения последнего условия в турбогенераторах этого ряда применяются:
- встроенные устройства рециркуляции для поддержания заданного температурного режима на входе воздуха в турбогенератор при колебаниях атмосферной температуры от –55єС до +45єС;
- для предохранения активных частей генераторов от загрязнения, пылевых частиц поступающих вместе с атмосферным воздухом на входе воздуха в генератор устанавливаются устройства воздухоочистки.
Как правило, эти генераторы монтируются на общей фундаментной плите и поставляются в полностью собранном виде.
О правильности выбранной предприятием стратегии в области проектирования турбогенераторов для газотурбинных электростанций свидетельствует положительная динамика их поставок. Несколько примеров:
Для месторождений ОАО «Сургутнефтегаз» в 2003–2007 годах поставлено более 30 турбогенераторов типа ТС-12–2РУХЛ3 с системой охлаждения по разомкнутому циклу. Турбогенераторы ТК-2,5–2РУХЛ3 работают в составе ГТЭС Песцового месторождения ОАО «Газпром», ТК-6–2РУХЛ3 на ГТЭС Игольско-Талового месторождения, ТК-4–2РУХЛ3 на ГТЭС Приразломного и Северогубкинского месторождений ЮКОС и т.д.
В 2007 году разработаны турбогенераторы типа Т-16–2УХЛ3.1 мощностью 16 МВт с воздушным охлаждением по разомкнутому циклу вентиляции с встроенными устройствами рециркуляции и очистки охлаждающего воздуха. Изготовлено уже 7 генераторов этого типа, и в настоящее время заканчивается монтаж трех из них в составе ГТЭС Талаканского месторождения ОАО «Сургутнефтегаз» и одного на ТЭЦ-5 «Пермэнерго».
Разработаны и находятся в изготовлении генераторы этого типа в модификации с воздушным охлаждением по замкнутому циклу вентиляции для работы при сопряжении с газовыми и паровыми турбинами. Турбогенераторы с охлаждением по замкнутому циклу вентиляции ТС-20–2У3 в составе ГТЭС эксплуатируются в ПО «Нафтан», г. Новополоцк, Беларусь; ГТЭС-3 г. Салехард, на Жанажольской ГТЭС в Казахстане, в составе ГТЭС-72, г. Ямбург. 8 турбогенераторов 6 Т-25–2У3 эксплуатируются в составе ГТЭС на Березовской ГРЭС, Беларусь, на ТЭЦ «Концерна „Стирол“, Украина, на Казанской ТЭЦ.
Генератор Т-32–2В3 в составе газотурбинной установки работает на Безымянской ТЭЦ (Самара). Еще один генератор прошел испытания в составе с газовой турбиной ОАО „Уральский Турбинный Завод“ („УТЗ“), отгружен на ГРЭС-3 Мосэнерго.
Всего с 1996 года для газотурбинных электростанций было поставлено более 130 турбогенераторов мощностью от 1,5 до 32 МВт, а в общем объеме продукции завода доля турбогенераторов для малой и средней энергетики составляет около 40 процентов.
Категории реферата: Технологии российского рынка электроэнергии; газотурбинная технология.
Ранее реферат представлен не был.
Докладчик: Гусельников Николай Леонидович. Тел.: (34249) 9–15–47 e-mail:
Автор: Гусельников Николай Леонидович
