Электрический генератор в гту

Потребители мощности газотурбинных установок

Электрический генератор — главный потребитель мощности газотурбинной установки

Электрические генераторы представляют собой трехфазные генераторы переменного тока (рис.1), основным элементом которых является цельнокованый ротор 7, вращающийся в подшипниках скольжения 2 и 10 и расположенный внутри статора 8, установленного на фундаменте. В пазы ротора уложены обмотки, через которые проходит постоянный ток от постороннего источника, называемого возбудителем 1. При вращении ротора создается вращающееся магнитное поле. В статоре генератора располагается цилиндрический сердечник 6, изготовленный из листов электротехнической стали. На внутренней поверхности сердечника выполнены каналы, в которых расположена обмотка 4 статора. Вращающееся магнитное поле ротора, пересекая обмотку статора, наводит в ней эдс. В результате в обмотке статора возникает электрический ток, который через повышающий трансформатор поступает в электрическую сеть и направляется к потребителям.

Рис.1. Электрический генератор

Статор генератора выполняется сварным из листовой стали и не имеет горизонтального разъема. Снаружи к цилиндрическому корпусу статора приварены рым-лапы 9, необходимые для его установки на фундамент. Торцы корпуса закрываются щитами 3.

В корпусе статора расположены газоохладители 5 для охлаждения среды, циркулирующей внутри корпуса генератора и представляющие собой теплообменники из тонкостенных латунных трубок, внутри которых проходит охлаждающая вода.

В местах выхода вала генератора из щитов располагаются уплотняющие подшипники (рис.2), которые позволяют полностью изолировать пространство внутри статора от окружающей среды.

Рис.2. Двухкамерный уплотняющий подшипник генератора:
1 — вкладыш, 2 — маслоуловитель, 3 — корпус,
4 — упорный гребень, 5,6 — камеры прижимного и уплотняющего масла,
7 — труба слива масла со стороны генератора

Уплотнение необходимо при использовании в качестве охлаждающей среды водорода, так как в смеси с воздухом он при определенной концентрации взрывоопасен и поэтому его утечка недопустима. Корпус подшипника 3 крепится к наружной стороне торцового щита через пластмассовую шайбу и электрически изолирован от него.

Основным элементом уплотнения является вращающийся вкладыш 1, который прижимается к упорному гребню 4 ротора давлением масла в камере 5. Давление масла автоматически регулируется специальным устройством. Через камеру 6 в зазор между вкладышем и гребнем ротора подается масло, которое не позволяет водороду вытекать наружу. Масло из камеры между уплотняющим подшипником и маслоуловителем 2 по трубе 7 сливается в маслосистему генератора.

Рис.3. Схема системы маслоснабжения двухкамерных
уплотняющих подшипников генератора:
1,14 — дополнительная переливная и переливная трубы, 2 — демпферный бак,
3,5 — уплотняющие подшипники, 4 — электрогенератор,
6, 13 — регуляторы давления прижимного и уплотнительного масла,
7 — фильтр, 8 — маслоохладитель, 9 — насосы, 10 — инжектор,
11 — поплавковый затвор, 12 — бачок продувки

Уплотняющие подшипники имеют автономную систему маслоснабжения (рис.3) и общий с турбиной маслобак, из которого масло забирается насосами 9 или инжектором 10. Через маслоохладитель 8 и фильтр 7 масло поступает к регуляторам 13 и 6, которые управляют его подачей к вкладышам уплотняющих подшипников 3 и 5 генератора 4, а также подачей прижимного масла. Чтобы во время переключения маслонасосов подача масла не прекращалась, в схеме маслоснабжения предусмотрена специальная емкость — демпферный бак 2, в котором находится необходимый запас масла. Это масло самотеком может поступать к уплотняющим подшипникам 3 и 5. Масло из подшипников через бачок продувки 12 и поплавковый затвор 11 сливается в маслосистему турбины.

При работе генератора часть мощности (1,54-2,5%) теряется и превращается в теплоту, которая приводит к чрезмерному его разогреву. Перегрев генератора недопустим, так как под действием высокой температуры изоляция обмоток ротора и статора теряет механическую прочность и изолирующие свойства. В зависимости от типа применяемой изоляции нормальная температура генератора 130—180°С. Для поддержания нормальной температуры генератор охлаждают, газами (воздухом, водородом), жидкостями (водой, маслом) или используют смешанное водородно-жидкостное охлаждение.

Охлаждение может быть косвенным или непосредственным. При косвенном газ охлаждает проводники обмоток снаружи, а при непосредственном водород, вода или масло проходит по каналам, выполненным внутри проводников обмоток.

Воздушные системы охлаждения выполняются только косвенными и в настоящее время используются в генераторах относительно небольшой мощности (до 12 МВт), хотя существуют в ранее выпускавшихся генераторах мощностью до 100 МВт, находящихся еще в эксплуатации.

Рис.4. Замкнутая система вентиляции генератора

При воздушном охлаждении (рис.4) вентиляция генератора осуществляется вентиляторами 2, расположенными на ее роторе 3. Вентиляторы забирают воздух из воздухоохладителей и направляют его к охлаждаемым поверхностям статора и ротора. Нагретый воздух уходит из корпуса 1 генератора в воздухоохладители, в которых охлаждающей средой служит вода.

При непосредственном охлаждении используется дистиллированная вода, имеющая удельное сопротивление не менее 2-105 Ом-см. Масло в качестве охладителя применяется значительно реже, так как его теплопроводность примерно в 2,5 раза меньше теплопроводности воды и оно пожароопасно.

В генераторах применяют электромашинные и вентильные системы возбуждения. В электромашинной системе источником постоянного тока служит вспомогательный электрогенератор постоянного тока (возбудитель), который может быть соединен с ротором генератора или приводиться в действие независимым синхронным или асинхронным электродвигателем. При вентильной системе источником постоянного тока служат ртутные или полупроводниковые вентили, которые питаются током от генератора или вспомогательного синхронного электрогенератора.

Системы возбуждения изготовляют по схеме независимого возбуждения или самовозбуждения. Чаще используются схемы независимого возбуждения, в которых возбудитель не связан с электрической сетью, а приводится во вращение ротором возбуждаемого генератора. В этом случае возбудителем служит электрогенератор постоянного тока с вентильными выпрямителями. В схемах с самовозбуждением в возбудителе используется электрическая энергия, которая вырабатывается самим генератором или отбираемая из электрической сети.

Электромашинные возбудители применяют в генераторах мощностью до 100 МВт, а также в качестве резервных возбудителей генераторов с вентильными системами возбуждения. В генераторах большой мощности применяют системы возбуждения с неуправляемыми или управляемыми вентилями.

Перспективными являются бесконтактные системы возбуждения, когда возбудитель непосредственно соединен с обмотками возбуждения генератора без скользящих контактов. Для этого полупроводниковые неуправляемые вентили и предохранители размещают во вращающемся барабане между якорем возбудителя и муфтой, соединяющей его с ротором генератора. Обмотки возбудителя и выпрямителя вращаются с одинаковой частотой, поэтому их можно электрически соединить друг с другом без контактных колец и щеток.

Включать генераторы в сеть на параллельную работу с другими генераторами можно как способом точной синхронизации, таким, способом самосинхронизации. При подключении необходимо, чтобы по абсолютному значению, частоте и фазе напряжение сети совпадало с напряжением, вырабатываемым генератором. При точной синхронизации отклонение напряжения электрогенератора от напряженней сети должно по абсолютному значению быть не более чем на 20%, по фазе на 15%; а по частоте на 0,1%.

При самосинхронизации обмотка возбуждения замыкается на специальный гасительный резистор. При этом отключатся автомат гашения поля и электрогенератор включается в сеть без синхронизации. В этом случае частота может отличаться от частоты сети не более чем на 2%. После включения в сеть генератор возбуждается и плавно синхронизируется с частотой сети. Hа всех электростанциях, как правило, применяют точную синхронизацию, самосинхронизацию лишь в аварийных условиях.

При нормальной работе обслуживающий персонал контролирует основные параметры генератора: мощность; напряжение и ток статора и ротора; коэффициент мощности; частоту.

В длительном установившемся режиме работы все эти параметры должны поддерживаться постоянными. Допускается отклонение тока статора на ±3%, тока возбуждения и частоты на ±1%. Температура медных обмоток статора не должна измениться более чем на 1°С, а охлаждающей жидкости — более чем на 0.5°С. При номинальной активной мощности генератор в нормальных условиях должен работать неограниченно долго.

Нагнетатель природного газа

Нагнетатели природного газа предназначены для его перекачки (транспортировки) от месторождений к местам потребления.

Рис.5. Нагнетатель природного газа:
1,12 — уплотнения, 2,11 — опорные подшипники, 3 — торсионный вал,
4 — корпус, 5,8 — крышки, 6 — элементы статора, 7 — ротор,
9 — рабочие колеса первой и второй ступеней, 10 — упорный подшипник,
13,15 — камеры для выхода и входа газа, 14 — межступенная диафрагма

Нагнетатель породного газа представляет собой компрессор центробежного типа (рис.5). Массивный корпус нагнетателя с торцов закрыт крышками 5 и 8. Внутри корпуса слагаются детали статора 6, образующие проточную часть, ротор 7 с двумя рабочими колесами 9 центробежного типа. Ротор опирается на опорные подшипники 2 и 11. В осевом направлении фиксируется упорным подшипником 10. Ротор нагнетателя жесткий. В местах прохода ротора через крышки 5 и 8 корпуса нагнетателя расположены концевые уплотнения 1 и 12, предотвращающее утечки из него газа. Ротор нагнетателя соединен с ротором газовой турбины торсионным валом 3.

Газ из магистрали попадает в камеру 15, расположенную перед первой ступенью нагнетателя, через приваренный сбоку на цилиндрической поверхности его корпуса патрубок. Пройдя рабочее колесо 9, газ направляется в межступенную диафрагму 14, а затем в рабочее колесо второй ступени. За второй ступенью из камеры 13 через второй патрубок, также приваренный к цилиндрической поверхности корпуса нагнетателя, газ уходит в напорный участок газопровода.

Нагнетатель обеспечивает перекачку природного газа по магистральным газопроводам, рассчитанным на давление 7,6—10 МПа, Степень повышения давления газа в двух ступенях нагнетателя составляет 1,44.

Для привода таких нагнетателей используют ГТУ, выполненные на основе авиационного двигателя, который является генератором рабочего тела для силовой турбины, приводящей во вращение ротор нагнетателя.

Масло к подшипникам ГТУ и нагнетателя подается двумя насосами, один из которых приводится в действие ротором нагнетателя, а второй ротором ГТУ.

Для охлаждения масла служат воздушные теплообменники.

Пуск установки, выход на рабочий режим и его поддержание осуществляются автоматически.

Все про газотурбинные электростанции

Газотурбинные электростанции приобретают популярность благодаря топливному разнообразию и экономичности.

Они способны вырабатывать не только электрическую, но и тепловую энергию. Это мощные устройства, которые часто используют в сфере строительства, нефтегазовой добычи и разработки полезных ископаемых.

Однако современные минитурбины можно применять и для дома, чтобы обеспечить его электричеством и теплом.

Принцип работы

Газотурбинные электрогенераторы – это более сложное оборудование, в отличие от компактных стационарных либо переносных агрегатов. Но главная задача газотурбинных установок такая же, как и у простых бензиновых либо дизельных генераторов: они трансформируют исходное горючее в электричество. Дополнительно аппараты такого типа кроме преобразования одного вида энергии в другой вырабатывают еще и тепло.

Схема действия газотурбинных установок схожа с работой газовых генераторов.

Отличие в том, что газотурбинные электростанции разного типа оборудованы турбинами.

Принцип работы газотурбинной установки заключается в следующем:

Подаваемый газ воспламеняется, и в процессе горения вырабатывается энергия, представляющая собой высокотемпературный поток газов.
Этот поток стимулирует вращение турбинного вала, создающего механическую энергию.
Вал турбины передает вращательный момент на ротор электрогенератора, ответственного за выработку электроэнергии, которая, проходя через трансформатор, передается энергопотребителю.

В отличие от прочих видов электроустановок, в турбинном двигателе все процессы осуществляются в потоке беспрерывно поступающего газа. Сжатый компрессорами воздух вместе с горючим переходит в камеры сгорания. Происходит воспламенение смеси и под высоким давлением выделяется большое количество продуктов горения, давящих на лопасти турбины, благодаря чему происходит их вращение, передающееся электрогенераторам.

Следует отметить, что современные модели имеют дополнительное преимущество. Оно заключается в способности агрегатов функционировать на горючем различного типа: газообразном и жидком.

Энергостанции газотурбинного типа способны работать на керосине, дизеле, природном и биогазе, нефти.

Сферы применения и отличительные особенности

Турбины на газу используются в разнообразных областях: от снабжения электроэнергией зданий гражданского и аграрного предназначения до запитки индустриальных объектов и мест добычи нефти и газа. Также помимо возможности электроснабжения отдельных объектов оборудование такого типа способно снабдить энергией целые поселения и жилые районы.

Все подобные электростанции можно подразделить на несколько видов со своими конструктивными особенностями и предназначением:

Автономные стационарные агрегаты. Могут быть разной мощности, но обычно она начинается от 2,5 кВт. Их пакетируют в контейнеры и ставят в отдалении от жилых помещений. Однако есть и турбогенераторы экологического типа, которые можно смонтировать и в городской черте. Автономные ГТЭ в определенных вариациях устанавливают даже на крышах зданий.
Передвижные мобильныегазотурбинные электростанции. Их возможно доставить в самые отдаленные уголки страны, например, для обеспечения энергией и теплом шахтерского либо нефтедобывающего поселка.
Мини-энергостанции. Главная их функция состоит в производстве тепловой и электроэнергии. Отличительная черта станций малой мощности – сравнительно малые габариты и низкий уровень шума, что способствует расположению подобной установки поблизости от энергопотребителя.

Помимо подачи электричества, минитурбины могут использоваться в системах отопления, при этом агрегат вырабатывает горячий пар и воду, и в вентиляционных системах.

Обзор моделей

Рассмотрим самые популярные модели газотурбинных энергостанций – от мини-генераторов до крупных установок.

№

Газотурбинная электростанция

Мощность

При выборе газотурбинных электростанций учитывают их предназначение и габариты, а также вырабатываемую мощность.

В большинстве своем их приобретают для промышленного использования. Минитурбины пока являются оборудованием будущего, для домашнего использования они доступны лишь обеспеченным людям.

Газотурбинная электростанция (ГТЭС)

Довольно часто возникают ситуации, когда некоторые промышленные и хозяйственные объекты вынужденно располагаются на больших расстояниях от основных электрических сетей. В таких случаях питание подается с помощью передвижных и стационарных установок. В этом списке широко используется газотурбинная электростанция, представляющая собой высокотехнологичную современную конструкцию, обладающую высоким коэффициентом полезного действия. Установки этого типа успешно генерируют электрическую и тепловую энергию, обеспечивая нормальное функционирование закрепленных за ними объектов.

Типовая схема агрегата
Как работает газотурбинная установка
Основные виды газотурбинных агрегатов
Преимущества и недостатки ГТЭС

Типовая схема агрегата

Стандартная газотурбинная установка представляет собой тепловую машину, где используется теплоноситель, находящийся в газообразном состоянии, нагретый до высокой температуры. В результате определенных процессов, которые будут рассмотрены ниже, его энергия превращается в механическую.

Конструкция такой электростанции состоит из следующих частей: компрессора, камеры сгорания и самой газовой турбины. Взаимодействие этих компонентов и управление ими в процессе работы обеспечивается специальными вспомогательными системами, входящими в конструкцию установки. Газотурбинная установка и электрический генератор образуют в совокупности газотурбинный агрегат. Мощностью от нескольких десятков киловатт до показателей, измеряемых в мегаваттах. Электростанция, в зависимости от целевого назначения и количества потребителей, имеет одну или несколько газотурбинных установок.

Сама газотурбинная установка разделяется на две части, размещенные в общем корпусе: газогенератор и силовая турбина. Газогенератор состоит из камеры сгорания и турбокомпрессора. Именно здесь создается газовый поток с высокой температурой, оказывающий воздействие на лопатки турбины. Выхлопные газы утилизируются в теплообменнике, и одновременно производят нагрев паровых или водогрейных котлов. Газотурбинные установки могут работать на жидком или газообразном топливе. В стандартном рабочем режиме используется газ, а в критических ситуациях установка автоматически переходит на жидкое топливо.

В нормальных условиях ГТЭС осуществляет комбинированное производство электричества и тепловой энергии. Как правило, они работают в базовом режиме, но при необходимости успешно перекрывают пиковые нагрузки. Вырабатываемое тепло, в количественном отношении существенно выше, чем производимое обычными поршневыми устройствами.

Как работает газотурбинная установка

По сравнению с переносными бензиновыми или дизельными электростанциями, газотурбинные установки имеют более сложную конструкцию и принципиальную схему. Тем не менее, основная задача у тех и других агрегатов совершенно одинаковая: преобразование исходного топлива в электрическую энергию.

Преимуществом газотурбинных установок является возможность дополнительно вырабатывать тепло.

Работа агрегатов этого типа происходит в следующем алгоритме:

Газ, поступающий в качестве топлива, вначале воспламеняется, а затем переходит в стадию горения. Образуется газовый поток с высокой температурой, представляющий собой тепловую энергию.
Попадая в турбину, раскаленный газ начинает вращать вал, создавая тем самым механическую энергию.
С вала турбины вращательный момент передается на ротор генератора, который начинает вырабатывать уже электрическую энергию. Далее она уходит к трансформатору, и пройдя через него, поступает к потребителям.

Газ в турбинный двигатель поступает непрерывным потоком. Вначале воздух сжимается компрессором, смешивается с топливом и в таком виде попадает в камеру сгорания. Смесь воспламеняется, а высокое давление обеспечивает большой выход энергии в виде продуктов горения. Современные модификации агрегатов могут работать не только на газе. В качестве горючего используется дизельное топливо, керосин, нефть. Эти установки отличает высокая производительность и надежность в работе. При поломке какого-либо элемента, ремонт легко производится на месте, что существенно снижает эксплуатационные расходы.

Газотурбинные установки малой мощности отличаются низким расходом смазочных материалов, им не требуется водяное охлаждение. При соблюдении рекомендация завода-изготовителя, они могут безопасно работать в течение длительного времени, без аварий и поломок.

Основные виды газотурбинных агрегатов

Газотурбинные электростанции нашли широкое применения в самых разных сферах. Они снабжают электроэнергией крупные объекты промышленного назначения, удаленные здания и сооружения. В случае необходимости, газотурбинная электростанция в состоянии обеспечить электричеством целые населенные пункты. Агрегаты малой мощности нередко используются в частном секторе и на сельскохозяйственных объектах.

Основным критерием классификации электростанций являются их размеры, в соответствии с которыми выбирается и место их использования:

Стационарные установки и сопутствующее оборудование. Монтируются на капитальных неподвижных фундаментах. На них устанавливаются самые мощные турбины и электрические генераторы.
Передвижные или мобильные установки. Также обладают высокой мощностью, но при этом могут перемещаться с места на место. Работают не только на газе, но и на жидком топливе.
Мини-установки или микротурбины. Вырабатывают электрическую и тепловую энергию, но при этом отличаются компактными размерами и низким уровнем шума во время работы. Последнее качество дает возможность размещать такие агрегаты в непосредственной близости от частных домов. Они могут работать в режиме когенерации, вырабатывая воду и пар для систем отопления, и в режиме тригенерации, преимущественно, в вентиляционных системах.

Преимущества и недостатки ГТЭС

К несомненным плюсам можно отнести следующие:

Максимально простое устройство. В отличие от паровой установки, котел не нужен. В связи с этим отсутствуют градирни, паропроводы и другие приспособления. Существенно снижена масса и материалоемкость таких установок.
Вода расходуется в минимальном количестве, охлаждая смазку в подшипниках.
Быстрый монтаж и ввод в эксплуатацию. Мощный турбогенератор запускается в работу в течение 15-20 минут, а паровая турбина – в течение нескольких часов.
Возможность дополнительно производить тепловую энергию, что способствует более быстрой окупаемости установки.
Токсичные выбросы отсутствуют, вибрация незначительная. Можно без ограничений использовать в населенных пунктах.
Доступное газовое топливо.
Использование в труднодоступных районах, где отсутствует центральное электроснабжение.

Тем не менее, нельзя сбрасывать со счетов и определенные минусы, характерные для данного типа установок:

Для достижения полезной мощности изначально требуется высокая температура газа – свыше 550 градусов. В связи с этим, для изготовления турбины используются жаростойкие материалы. Требуется система охлаждения мест, подверженных сильному нагреву.
Фактическая полезная мощность довольно низкая, поскольку ее значительная часть расходуется на привод компрессорной установки.
Твердым видам топлива необходима предварительная обработка.
Большие турбины отличаются высоким уровнем шума.

Что такое газотурбинные электростанции

Газотурбинная электростанция (сокращённо ГТЭС) — установка, генерирующая электричество и тепловую энергию. Основу ГТЭС составляют одна или несколько газотурбинных установок — силовых агрегатов, механически связанных с электрогенератором и объединенных системой управления в единый энергетический комплекс.

Газотурбинная электростанция может использоваться в качестве основного или резервного источника питания параллельно с энергосистемой. Размещаться ГТЭС может как внутри помещения, так и на открытой площадке на заранее подготовленном фундаменте.

В мировой практике газотурбинные электростанции получили широкое распространение в 50—60-х гг. прошлого века, в настоящее время используются реже, т. к. имеют низкий КПД (33-39%) и относительно высокую стоимость за кВт мощности по сравнению, например, с газопоршневыми электростанциями.

Внешний вид газотурбинной установки

Принцип работы ГТЭС

Газотурбинная электростанция работает следующим образом: топливо (газ или дизельное горючее) подается в камеру сгорания, туда же компрессором нагнетается сжатый воздух. Газ, смешанный с воздухом, образует топливную смесь, которая под давлением нагнетается в компрессор и воспламеняется.

Из сопла вырывается под высоким давлением струя раскалённого газа, попадает на установленные в несколько рядов лопатки турбины и начинает её вращать. Вал турбины передает крутящий момент на ротор генератора, ответственного за выработку электроэнергии, которая, проходя через трансформатор, передается потребителю энергии.

Отработанные газы уходят через выхлопную трубу в атмосферу или, если предусмотрена их утилизация, поступают в теплообменник или котел утилизатор и используются для обогрева помещений.

Упрощенная принципиальная схема энергоблока газотурбинной электростанции представлена на рисунке:

Принципиальная технологическая схема электростанции с газовыми турбинами:
КС — камера сгорания; КП — компрессор; ГТ — газовая турбина; С — генератор;
Т — трансформатор; М — пусковой двигатель.

Сферы использования газотурбинных электростанций

Использование газотурбинных электростанций целесообразно для удалённых потребителей, особенно — при необходимости отопления объекта.

Виды газотурбинных электростанции

Стационарные – монтируются на капитальном фундаменте. На них устанавливаются самые мощные турбины и электрические генераторы.
Передвижные (мобильные) – представляют собой передвижную технику. Как правило используются для обеспечения теплом и электричеством удаленных объектов, например, шахтёрских и нефтедобывающих поселков. Работают не только на газе, но и на жидком топливе.
Мини-установки – отличаются компактными размерами, что позволяет располагать такую станцию в непосредственной близости от потребителя.

Стационарная газотрубинная электростанция Передвижная газотрубинная электростанция

Сравнение газотурбинных и газопоршневых электростанций

возможно бытовое давление, меньше 10 мБар

среднее давление порядка 16-20 Бар

Газотурбинное оборудование стоит выбирать, когда ограничена площадь, которую можно выделить для его размещения. ГТЭС подойдёт небольшим предприятиями и коммерческим объектам, где не требуются большие мощности потребления электроэнергии и каждый квадратный метр на счету. Если есть возможность выделить площадь под установку оборудования, то целесообразнее выбирать газопоршневую электростанцию, поскольку у неё ниже стоимость, да и ресурс ГПУ считается немного большим, чем у ГТУ.

Газотурбинная установка дороже, чем газопоршневая. Высокая стоимость оборудования и ограниченность выбора объясняется меньшим числом производителей ГТУ, отдельные детали и запчасти стоят недёшево сами по себе, за счёт чего увеличивается и стоимость установки в целом.

Внешний вид ГПУ MWM и ГТУ

Газопоршневые установки чаще требуют выполнения технического обслуживания. В них нужно менять масла и фильтры. Но такой нюанс можно компенсировать, если установить на оборудование дополнительно системы, которые будут выполнять долив и очистку масла. В таком случае возрастает период времени между выполнением сервисных работ. В среднем, он может составлять около 3000 часов, то есть обслуживание проводят один раз в квартал. В целом же ресурс ГПУ считается немного большим, чем у ГТУ.

В целом газопоршневые установки привлекательны тем, что окупаются быстрее, не зависимо от того, какая мощность электростанции.

Группа компаний «МКС» – ведущее инжиниринговое предприятие России, основным направлением деятельности которого является строительство объектов малой энергетики – газопоршневых электростанций «под ключ». За 15 лет ввела в эксплуатацию 53 мини-ТЭС в различных регионах России и за рубежом. Суммарная мощность всех введенных объектов Группы компаний «МКС» составила 244 МВт. Группа компаний «МКС» — официальный российский дилер и сервис-партнер MWM Austria GmbH.

Турбогенератор

Турбогенератор — это турбина, соединенная с генератором, который преобразует механическую энергию движущейся жидкости, такой как жидкая вода, пар, природный газ или воздух в электричество. Генератор состоит из движущейся части ротора и неподвижной части статора. Наружный слой ротора покрыт электромагнитами, а внутренняя стенка статора облицована витками медной проволоки. Компания DMEnergy занимается поставкой, ремонтом и обслуживанием газотурбинных, паротурбинных и водотурбинных турбогенераторов.

Паровой электрогенератор

Паровой электрогенератор — преобразует горячую воду в пар под высоким давлением и часто с дополнительными змеевиками для перегрева пара. Паровые электрогенераторы используют конструкцию с прямоточным принудительным потоком для преобразования поступающей воды в пар в течение одного прохода через змеевик воды. Когда вода проходит через змеевик, тепло передается от горячих газов, что заставляет воду превращаться в пар.

Конструкция генератора не использует паровой барабан, в котором пар бойлера имеет зону отсоединения от воды, поэтому для достижения качества пара 99,5% требуется использование сепаратора пара / воды. Паровые генераторы не используют большой сосуд высокого давления, как в жаровой трубе, они часто меньше по размеру и быстрее запускаются. Однако это происходит за счет выработки энергии, так как генераторы имеют низкие скорости выключения и, следовательно, менее способны обеспечивать подачу пара в периоды переменного спроса.

Турбогенераторы для ТЭЦ

Компания DMEnergy поставляет и обслуживает турбогенераторы на ТЭЦ. Более того, мы можем оказать реинжиниринговые услуги с привлечением специалистов завода-производителя турбогенератора. Обычно турбогенератор — это синхронный генератор, непосредственно соединённый с турбиной тепловой электростанции.

Так как турбины, используемые на ТЭЦ, работающих на органическом топливе, имеют наилучшие технико-экономические показатели при больших частотах вращения, то турбогенератор, находящиеся на одном валу с турбинами, должен быть быстроходными. Любое оборудование со временем может выйти из строя и тогда потребуется диагностика и ремонт. Ремонт турбогенераторов ТЭЦ следует проводить силами квалифицированного персонала, предварительно проведя предварительные приготовления и испытательные работы

Испытания турбогенераторов

Испытание турбогенератора является важным и необходимым процессом. Испытания гарантируют, что соответствующая часть оборудования исправна и способна выполнять свои функции. Тестирование проводится в симуляциях, которые, как правило, очень похожи на практический сценарий, в котором работает турбогенератор. Тестирование предоставляет экспериментальные данные, такие как эффективность, потери, характеристики, температурные пределы и т. д. Тепловые испытания турбогенераторов необходимы для определения тепловых характеристик и возможных нагрузок турбогенераторов. Компания DMEnergy осуществляет как ввод в эксплуатацию, так и проводит шеф-монтажные и пусконаладочные работы.

Такие испытания проводится в первый год эксплуатации для определения температур стали статора, обмоток ротора и статора, проверки работы газоохладителя. Результаты испытаний сравниваются с техническими условиями и ГОСТ, и по ним устанавливаются допустимые в эксплуатации режимы работы генератора. Испытания проводятся при нагрузках 60, 75, 90 и 100 % номинальной мощности. Изоляция турбогенератора главным образом определяет срок эксплуатации, надежность и безопасность всей системы. С этой целью проводятся высоковольтные испытания турбогенераторов, которые выявляют все имеющиеся дефекты и части требующие замены.

Бандажное кольцо турбогенератора

Специалисты компании DMEnergy рекомендуют регулярно проводить бороскопическое обследование обмоток под бандажными кольцами. Сегодня большая часть энергии производится в турбогенераторах, которые работают со скоростью 3000 оборотов в минуту. Вращающееся магнитное поле создается обмотками с переменной полярностью, которые вызваны постоянным током. Обмотки выступают из продольных канавок ротора на концах шара и образуют головку обмотки, которая должна быть защищена от центробежной силы. Бандажные кольца ротора турбогенератора принимают на себя эту функцию.

Они являются компонентом, несущим наибольшую нагрузку в турбогенераторе. Бандажное кольцо турбогенератора выдерживает огромную центробежную силу в генераторах — до 3600 оборотов в минуту. Бандажные кольца генератора-ротора, которые вращаются вместе с ротором и обычно изготовлены из немагнитных стальных сплавов, являются наиболее напряженными компонентами во всей системе турбины и генератора-ротора.

Ротор турбогенератора

Ротор турбогенератора – это вращающийся электрический компонент в двигателе. Он содержит группу электромагнитов, организованных вокруг цилиндра, и их полюса обращены к полюсам статора. Ротор расположен внутри статора и установлен на валу двигателя переменного тока. Статор состоит из рамы статора для поддержки многослойного сердечника, обмоток и многослойного сердечника статора, снабженного вентиляцией для того, чтобы минимизировать потери на вихревые токи, его целью является поддержка обмотки статора.

Ротор вращающейся части состоит из вала ротора с прорезями для размещения обмотки возбуждения (обмотки ротора турбогенератора), который представляет собой единый цельный элемент, способный выдерживать высокие механические нагрузки и немагнитные стопорные кольца ротора для преодоления центробежной силы. Основная задача ротора – поглощать механическую энергию вне генератора и использовать ее для создания вращательного движения. Ротор в турбогенераторе может быть прикреплен к набору лопаток ветряных турбин, комплекту лопаток реактивной или импульсной паровой турбины, лопаток гидротурбины или газового двигателя. Выбег ротора турбогенератора – это необходимый эксплуатационный этап, по которому можно сделать вывод об исправности турбоагрегата.

Система возбуждения турбогенератора

Компания DMEnergy проводит диагностику системы возбуждения, а именно — проверку релейной защиты турбогенератора, АРН (автоматического регулятора напряжения), ARV (automatical regulator voltage), диодов обратного тока и диодного кольца.

Система, которая используется для подачи необходимого тока поля на обмотку ротора генератора, называется системой возбуждения. Основным требованием к системе возбуждения является надежность при любых условиях эксплуатации, простота управления, обслуживания, стабильность и быстрый переходный процесс. Требуемая величина возбуждения зависит от тока нагрузки, коэффициента мощности нагрузки и скорости машины. Система возбуждения – это единое целое, в котором каждый генератор имеет свой возбудитель.

Возбуждение турбогенератора в основном подразделяется на три типа:

система возбуждения постоянного тока;
система возбуждения переменного тока;
система статического возбуждения.

Для того чтобы добиться изменения тока возбуждения пропорционально току нагрузки генератора, используется токовый трансформатор. Система APH обеспечивает ток возбуждения даже при коротком замыкании. Система возбуждения постоянного тока имеет два возбудителя — основной возбудитель и пилотный возбудитель. Выходной сигнал возбудителя регулируется автоматическим регулятором напряжения (система AVR) для управления напряжением выходной клеммы генератора. Вход трансформатора тока в AVR обеспечивает ограничение тока генератора во время отказа.

Синхронный генератор переменного тока, который работает в паре с газовой турбиной, называют турбогенератором. Главная задача – преобразование механической энергии вращения ротора турбины в электрическую. Главные компоненты электрогенератора – ротор и статор. Каждый из главных компонентов включает в себя различное число элементов и систем. Ротор – вращающийся элемент генератора, статор – неподвижный.

Механическая энергия преобразуется в электрическую через магнитное поле ротора в статоре. Магнитное поле создается несколькими путями: постоянными магнитами, током постоянного напряжения. Различают несколько типов генераторов: 2-х полюсные (скорость вращения 3000 об/мин.), 4-x полюсные (1500 об/мин) и многополюсные. Генераторы также различаются по типу применяемой системы охлаждения. Существуют модели с воздушным, водяным, масляным и даже водородным охлаждением. Также, не редко применение находят и комбинированные системы охлаждения.

Охлаждение турбогенератора

Воздушная пробка, протечки, поломка кулера и другие проблемы с охлаждением турбогенератора, приводят его перегреву и выходу из рабочего состояния. DMEnergy прекрасно справляется с решением этой проблемы.

Системы охлаждения турбогенераторов представлены несколькими способами: водородное, воздушное, охлаждение водой и водородно-водяное охлаждение. Турбогенераторы с водородным охлаждением — это турбогенератор с газообразным водородом в качестве теплоносителя.

Водородное охлаждение турбогенератора предназначено для создания атмосферы с низким сопротивлением и охлаждения для одноосных и комбинированных циклов в сочетании с паровыми турбинами. Из-за высокой теплопроводности и других благоприятных свойств газообразного водорода, водородный турбогенератор — это наиболее распространенный сегодня тип в своей области. Турбогенераторы с воздушным охлаждением используют циркуляцию воздуха для снижения температуры. В системах воздушного охлаждения двигатель забирает холодный воздух из атмосферы и выдувает его изнутри через разные части генераторной установки. Это удерживает генератор от перегрева.

Система воздушного охлаждения бывает либо с открытой вентиляцией, либо полностью закрытая. В системе с открытым воздухом используется атмосферный воздух, а выхлопные газы выпускаются обратно в атмосферу. В закрытой системе воздух рециркулирует внутри, чтобы охладить внутренние части генератора. Водяное охлаждение применяется непосредственно для охлаждения обмоток статора и ротора турбогенераторов при помощи подачи воды. Конструкция турбогенераторов с полностью водяным охлаждением — взрывозащищена. Турбогенераторы обладают высочайшей надежностью, улучшенной способностью к частым пускам и перегрузочной способности благодаря низким уровням нагрева и вибрации.

У турбогенераторов с водородно-водяным охлаждением процесс охлаждения распределяется следующим образом: обмотка ротора охлаждается при помощи пресной воды, а ротор с помощью водорода. Внешняя поверхность также охлаждается водородом.

Производители генераторов

Наша компания осуществляет сервис, ремонт, поставку как самого оборудования, так и сопутствующих комплектующих. Сотрудничаем с производителями напрямую. Благодаря этому поставляем гарантийное оригинальное оборудование для турбогенераторов по оптимальной цене прямо с завода производителя. Для услуг связанные с сервисом возможно договориться о выезде специалиста от самого производителя.

Один из ведущих производителей турбогенераторов на сегодняшний день – компания Brush Turbogenerators. Генераторы отличаются высоким качеством и развитой системой управления, которая позволяет осуществлять параллельную синхронную сбалансированную работу нескольких установок между собой и сетью, релейную защиту и интеграцию с системой управления ГТУ.

Так же большой популярностью пользуются генераторы такого производителя, как General Electric типа ELIN. Например турбогенератор ELIN 6FA, больше известный как GE 6F.03

Статья написана при участии господина Андрианова А., начальника электротехнического отдела компании DM Energy .

Генератор 6f.03 (GE 6FA) для турбины

О компании ELIN Motoren Генератор ElIN 6f.03 (6FA) Характеристики генератора 6f.03 (6FA) Предложение DMEnergy О …

Все достоинства и преимущества газотурбинных электростанций

Газотурбинные электростанции представляют собой на порядок более сложное оборудование, чем компактные стационарные или передвижные установки. Но основная их задача не отличается от той, что решают аналоги. Плюс ко всему подобные объекты помимо преобразования одного вида энергии в другой генерируют еще и тепло.

Сфера применения
Их виды и принцип работы
Критерии выбора
Обзор известных производителей
Советы специалиста

Область применения

Газотурбинные электростанции могут использоваться в различных сферах, начиная от обеспечения электричеством зданий гражданского и сельскохозяйственного целевого назначения, а заканчивая промышленными объектами и нефтегазовыми месторождениями. Причем кроме возможности организовать энергоснабжение отдельных объектов оборудование этого типа может обеспечить электричеством целые поселки и жилые комплексы.

Еще одним фактором, определяющим целесообразность применения таких комплексов, как газотурбинные энергостанции, является выделение ими тепла по мере функционирования, что делает использование данного рода оборудования экономически выгодным. В остальном же назначение таких станций выполняет сходную функцию с более простыми по конструкции аналогами – обеспечивает электроэнергией объекты разной величины.

Классификация и принцип работы

Электростанции встречаются в следующих вариантах:

Мини-установки. Основная их функция заключается в выработке тепловой и электроэнергии. Отличительная особенность – сравнительно компактные габариты и невысокий уровень шума, что позволяет располагать такую станцию в непосредственной близости от потребителя. Газотурбинные автономные электростанции этого вида могут функционировать в двух режимах:

Когенерация – может применяться в отопительных системах, при этом установка вырабатывает горячий пар и воду;
Тригенерация – задействуется по большей части в системах вентиляции.

Средний уровень КПД составляет приблизительно 95%. Высокая степень эффективности позволяет отнести газотурбинные разнотипные электростанции в разряд экономически-выгодного оборудования.

Мобильные установки представляют собой передвижную технику, при этом они имеют довольно большую мощность. Дополнительный их плюс – в способности использовать топливо разной структуры: газообразное и жидкое. Газотурбинные автономные электростанции допускают применение керосина, дизельного топлива, биогаза, нефтяного, природного и шахтного газа.

Принцип работы таких силовых установок во многом схож с работой газового электрогенератора, только в отличие от последнего газотурбинные разнотипные электростанции вместо двигателя оснащены газовыми турбинами. Подаваемый в компрессор воздух под высоким давлением отправляется далее в камеру сгорания, где смешивается с топливом.

Газообразная среда воспламеняется, а по мере сгорания образуется энергия, которая представляет собой поток газов под высокой температурой. Именно этот поток приводит в движение турбину, которая по мере вращения продуцирует механическую энергию.

И уже на последнем этапе вал турбины воздействует на генератор, ответственный за выработку электрической энергии, которая через трансформатор подается на выход потребителю.

Основные характеристики для выбора

Газотурбинные разнотипные электростанции подбираются по ряду параметров, которые должны удовлетворять потребности пользователя и иметь некоторый запас мощности в случае превышения нормального уровня нагрузки. Соответственно, в первую очередь определяется мощность силовой установки. Учитывая крупные габариты техники такого рода, следует соотнести габариты выбранной модели с участком, где планируется монтаж станции. Газотурбинные автономные электростанции в некоторых исполнениях могут устанавливаться даже на крышах зданий.

Ввиду того, что цена такого оборудования очень высока, следует учесть экономичность при выработке электроэнергии и тепла. Не менее важен уровень шума, в особенности, если силовая установка будет располагаться в непосредственной близости к объекту, который она обслуживает. Газотурбинные разнотипные электростанции слишком крупногабаритное оборудование, чтобы рассчитывать на возможность обслуживания в удалении от места их расположения. Соответственно, необходимо учесть и данный нюанс.

Помимо прочего принимаются во внимание и технические характеристики оборудования. Так, учитывается КПД силовой установки, значения температур на входе и выходе турбины, допустимый уровень тока, расход топлива, а также его типа. Некоторые виды силовых установок способны функционировать на газообразном и жидком топливе. Принимается во внимание и скорость вращения ротора, и тип двигателя. А помимо номинальной мощности учитывается и тепловой ее эквивалент.

Обзор популярных производителей

Наиболее известными являются американские марки FlexEnergy и Dresser Rand. Оба производителя выпускают газотурбинные автономные электростанции, функционирующие на топливе разного состава. FlexEnergy занимается производством микротурбинных силовых установок, например, в исполнении МТ-250 и МТ-333 и мощностью, соответственно, 250 и 333 кВт.

Стоимость такого оборудования зависит от множества факторов, в числе которых производительность и мощность оборудования. Чем выше значения этих величин, тем большей будет цена. Модели МТ-250 или МТ-333 обойдутся в несколько раз дешевле, чем вариант Dresser Rand KG2-3E. Если выбрать такие газотурбинные электростанции, то их цена достигает нескольких миллионов рублей. Но и уровень производительности данного исполнения весьма высок, что в большей мере определяется мощностью, которая в этом варианте составляет 1930 кВт. Расход топлива в час соответствует значению 1292 куб. м/ч.

Род тока подобных установок – трехфазный, во время работы учитывается температура газа на входе и выходе турбины. Для большинства исполнений вне зависимости от степени производительности рекомендуется выполнять обслуживание каждые 8000 часов работы оборудования.

Общие рекомендации по уходу и эксплуатации

Для техники любого типа важен фактор возможности проведения сервисного обслуживания впоследствии по мере ее эксплуатации.

Газотурбинные автономные электростанции не являются исключением. Однако в сравнении с компактными электрогенераторами такие силовые установки просто так не отнести в сервисный центр.

Именно в этом и заключается преимущество и недостаток подобных установок, ведь ввиду их крупных габаритов есть возможность пригласить обслуживающий персонал на участок для осмотра оборудования по месту его установки. Однако не всегда имеется возможность сделать это из-за отсутствия специалистов соответствующего уровня. Поэтому при выборе силовой установки следует дополнительно ко всему учитывать и возможность произведения технического осмотра.

Основные мероприятия по уходу и обслуживанию турбинных установок сводятся к проверке работоспособности и принятию соответствующих мер по поддержанию подвижных частей турбины в рабочем состоянии. Если этого не делать, то со временем может снизиться производительность оборудования. Также проверяются соединения элементов на предмет образования протечек.

Таким образом, растущая популярность применения силовых турбинных установок обусловлена экономичностью ее функционирования. Отчасти сыграла роль и относительно невысокая стоимость строительства газотурбинной автономной электростанции.

В результате помимо выработки электроэнергии силовая установка продуцирует еще и тепловую энергию, которая может быть пущена на решение других задач.

При выборе варианта исполнения важно правильно определить достаточный уровень выдерживаемой агрегатом нагрузки и соотнести его габариты с отведенной для установки площадью участка. К слову сказать, газотурбинные силовые установки отличаются на порядок более компактными размерами в сравнении, например, с поршневыми агрегатами.

Яков Кузнецов/ автор статьи

Приветствую! Я являюсь руководителем данного проекта и занимаюсь его наполнением. Здесь я стараюсь собирать и публиковать максимально полный и интересный контент на темы связанные ремонтом автомобилей и подбором для них запасных частей. Уверен вы найдете для себя немало полезной информации. С уважением, Яков Кузнецов.