CC BY
224
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 01-2/2017 ISSN 2410-700Х_
УДК 622.691
А.Р.Сайделов
бакалавр, 2 курс, факультет Автоматизации производственных процессов
М.А.Асылов
бакалавр, 2 курс, факультет Автоматизации производственных процессов
Научный руководитель: А.Ю.Трофимов доцент кафедры «Промышленная теплоэнергетика» ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»
г. Уфа, Российская Федерация
ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Аннотация
Рассматриваются особенности и приоритеты использования газотурбинных установок для выработки электрической и тепловой энергии, роль в экономике России.
Ключевые слова Газотурбинная установка, коэффициент полезного действия
Одним из способов получения электрической энергии является преобразование тепловой энергии в механическую работу [1, с.241]. Для этого можно использовать газотурбинные установки [2, с.381].
Газотурбинная установка - это двигатель, который преобразует тепловую энергию, полученную при горении топлива в условно замкнутом цикле, в механическую работу посредством вращения рабочего колеса турбины потоком газов с высокой температурой (рисунок 1) [3, с.71].
Рисунок 1 - Тепловая схема ГТУ
ГТУ состоит из центробежного воздушного компрессора, осуществляющего забор воздуха из атмосферы, и камеры сгорания, где происходит горение топлива с участием воздуха, поступившего от компрессора. Поступающий газ создаёт крутящий момент, вращая ротор, соединенный с электрогенератором. По завершении цикла газы отводятся в атмосферу или в котел-утилизатор.
Главными преимуществами газотурбинных установок являются: компактность, высокий КПД, относительная надежность, отсутствие необходимости использования воды в технических процессах, возможность использования установок без ограничения электрической мощности при отрицательных температурах внешней среды.
Со временем разные модификации ГТУ для увеличения КПД были дополнены рекуператором и воздушным компрессором с испарительным охладителем воздуха [4, с.346].
Особенностью ГТУ является модульная конструкция, позволяющая наращивать мощность и реализовать возможность адиабатного расширения рабочего тела до атмосферного давления.
Для увеличения энергоэффективности используют комбинированную выработку тепла и электроэнергии (когенерация), тем самым повышая коэффициент использования топлива установки до 92%
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 01-2/2017 ISSN 2410-700Х_
[5, c.7]. Это стало особенно востребовано после увеличения доли потребности в электрической энергии по отношению к тепловой (отношение тепловой к электрической 1:1 против 2:1 ранее). В качестве примера можно привести г. Москву, где на период 1999 г. на ТЭЦ вырабатывалось около 80% тепла, необходимого для отопления города. Количество вырабатываемой при этом электроэнергии было избыточным. С этой точки зрения парогазовые установки, работающие на природном газе, являются наиболее энергоэффективными при эксплуатации в конденсационном режиме. При этом верхний цикл парогазовой установки выполняют газотурбинные установки.
Парогазовая установка (111У) обладает двумя различными блоками - паросиловой и газотурбинной [6, с.518]. Газовая турбина вращается из-за продуктов горения топлива - природного газа, мазута и прочих типов горючего [7, с.154]. Первый генератор, вырабатывающий электрический ток посредством вращения ротора, расположен на одном валу с турбиной. После газовой турбины отработавшие газы переходят в паросиловую установку [8, c.5], в котел-утилизатор [9, c.4], где осуществляется нагрев воды и вырабатывается водяной пар. Получающийся насыщенный пар при давлении 10 МПа применяется в паровой турбине, которая приводит в действие другой электрогенератор (рисунок 2).
Паровая и газовая турбины у некоторых парогазовых установок размещены на одном валу. В этом случае применяется только один генератор.
Рисунок 2 - Схема газотурбинной электростанции
Основными достоинствами парогазовых установок являются:
- достижение электрического КПД в пределах 58 - 64 %;
- невысокая стоимость единицы установленной мощности;
- меньший расход воды на единицу производимой электроэнергии по отношению к паросиловым установкам;
- более высокая технологичность в сооружении (монтаж за 9-12 мес.). Недостатки:
- более низкая единичная мощность оборудования;
-потребность в фильтровании воздуха, необходимого для сжигания топлива, что увеличивает затраты на технологию, но повышает экологичность.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 01-2/2017 ISSN 2410-700Х_
Парогазовые установки - очень современное и перспективное направление энергетики, широко распространённое в европейских странах. На сегодняшний день и в Российской Федерации активно внедряются ПГУ.
Мощным толчком совершенствования газотурбинных установок послужила их косвенная связь с авиационной промышленностью. Благодаря развитию военной авиации, ГТУ получили улучшенные по жаропрочности камеры сгорания, что позволило развить температуру газов до1000°С (против 750°С в довоенных двигателях). Кроме того было достигнуто совершенствование процессов теплообмена и газовой динамики проточной части двигателей, обеспечивающих прирост температуры газа перед турбиной еще на 450°С [10, с.3].
На данный момент в России получают широкое распространение электростанции малой и средней мощности (единицы и десятки мегаватт) газотурбинные (ГТЭС), в том числе мобильные (МГТЭС), дизельные (ДЭС) и газопоршневые (Г11ЭС), особенно в крупных городах [11, с.379]. Высокая заинтересованность малой генерации обусловлена относительно низким уровнем первоначальных вложений; возможностью быстрого ввода в эксплуатацию; полным контролем со стороны потребителя [12, с.26]. Около 40% прироста малых мощностей (до 25МВт), за последние 11 лет - в компаниях с портфелем мощностей до 75 МВт. Сейчас свыше 400 энергоустановок отечественного производства используются в составе маломощных ГТЭС, а более 2000 - на газоперекачивающих агрегатах. За последние пять лет рынок ГТУ демонстрирует в мире и в России достаточно высокие темпы роста. До 70% территории России не охвачены централизованным электроснабжением. На этой большой площади потребности в энергии обеспечивают средства малой энергетики (таблица 2).
В России 46% топлива потребляют котельные установки. Их большим недостатком является неиспользование высокотемпературного потенциала продуктов сгорания, теплота которых может быть использована газовой турбиной. За период с 2008 по 2012 год суммарная мощность введенного в эксплуатацию газотурбинного оборудования для генерации электрической и тепловой энергии (мощность 2,5-50 МВт) увеличилась более чем в два раза. В РФ известны 12 заводов по производству стационарных турбин: Силовые машины, Уральский турбинный завод, Невский завод, Кузнецов, КМПО, Салют, Газовые турбины Калужский двигатель, Климов, Авиадвигатель, УМПО, Пролетарский завод. Зарубежные производители представлены производителями: General Electric, Siemens, Westing-house, EGT, Allison Engine Company, Solar Turbines, Nuovo Pignone, Kawasaki, Orend-Mashproekt, Mitsubishi, Rolls-Royce, ABB Power, Pr&W. Как правило, отечественные установки дешевле зарубежных аналогов на 20-40% с некоторой уступкой в части надежности и долговечности. В 2015г. введено в эксплуатацию 28% отечественных в количественном показателе и лишь 11% по показателю общей мощности (таблица 1, 2, 3).
Таблица 1
Доля рынка энергетических ГТУ по производителям
Наименование завода-производителя ГТУ Количество ГТУ, шт Общая мощность ГТУ, МВт
2014 г. 2015 г. 2014 г. 2015 г.
Alstom(GE) 2(1,4%) 4(4%) 405,4(8,4%) 719,6(26,4%)
Ansaldo 1(0,7%) - 75(1,6%) -
Capstone 67(46,9%) 50(50%) 11,2(0,2%) 9,39(0,3%)
GeneralElectric 19(13,3%) 1(1%) 1543(31,9%) 32,6(1,2%)
PW PowerSystems 13(9,1%) 2(2%) 325(6,7%) 61,7(2,3%)
Siemens/ CTTT 11(7,7%) 12(12%) 1374(28,5%) 1526,7(56,1%)
Силовые машины 6(4,2%) - 978(20,3%) -
Rolls-Royce 2(1,4%) 2(2%) 10,6(0,2%) 64(2,4%)
Авиадвигатель/ОДК- Пермские моторы 3(2,1%) 14(14%) 18(0,4%) 236(8,7%)
Заря-Машпроект 3(2,1%) - 45(0,9%) -
Сатурн, ОДК- Газовые турбины 4(2,8%) 14(14%) 24(0,5%) 71,4(2,6%)
Остальные 12(8,4%) - 22,2(0,5%) -
Всего 143 99 4829,4 2721,3
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 01-2/2017 2410-700Х
Таблица 2
Оценка потребности маломощных ГТУ в период 2011-2020 гг.
Единичная мощность, МВт 2 6 9 12 16-17 Всего
Количество "законтрактованных" ГТУ, шт. 6 5 24 17 1 53
Мощность "законтрактованных" ГТУ всего, МВт 12 30 216 204 16 478
Всего ГТУ, шт. 6 5 30 17 11 69
Мощность ГТУ всего, МВт 12 30 270 204 180 696
Таблица 3
Характеристики ГТУ мощностью 2-20 МВт (совместная выработка электрической и тепловой энергии)
Марка ГТУ Мощность установки, МВт КПД по электроэнергии, % Коэф. использования топлива, % Изготовитель
электрическая тепловая
ГТЭС 2,5 2,5 4,5 26,5 74,0 Сатурн
ЭГ-2500 2,5 5,57 26,5 82,0 Турбогаз
ШТ2500С 2,5 5,73 27,5 91,2 Заря-Машпроект
ГТЭС-4000 4,13 8,3 24 80,2 Пермский МЗ
ГТЭС-6000 6,14 11,59 26,1 83,4 Пермский МЗ
ГТА-6РМ 6 16,4 22,7 85,0 Сатурн
ШТ6000С 6 11,4 30,1 84,5 Заря-Машпроект
ГТА-8РМ 8 22 23,2 87,0 Сатурн
ГТЭ-10БМ 8 20,7 24,0 80,0 НПП Мотор
ШТ10000С 10 15 34,2 88,4 Заря-Машпроект
ГТЭС-12П 12,3 16,6 32,6 83,7 Пермский МЗ
ГТУ 12С 12 16,1 31,5 78,5 Салют
ГТЭС-16П 16,4 20,2 34,8 84,6 Пермский МЗ
ГТУ 20С 20 29 33,0 85,0 Салют
Как показывают характеристики ГТУ, с увеличением мощности увеличивается производительность ГТУ и уменьшаются удельные капитальные вложения (по электрической энергии). Примерами являются ГТЭС 2,5 с характеристиками электрическая мощность 2,2 МВт, КПД 26,5% удельные капитальные вложения 506 $/кВт; PGT16 с характеристиками электрическая мощность 13,45 МВт, КПД 35,1%, удельные капитальные вложения 180 $/кВт; LM1600PBSTIGс характеристиками электрическая мощность 16,9 МВт, КПД 39,6%, удельные капитальные вложения 450 $/кВт.
Список использованной литературы:
1. Китаев С.В., Смородова О.В., Усеев Н.Ф. Об энергетике России//Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2016. №4 (106). С.241-249.
2. Сулейманов А.М. Что влияет на окупаемость внедрения мини-ТЭЦ?// в сб.: Трубопроводный транспорт 2016 Материалы XI Международной учебно-научно-практической конференции. 2016. С.381-382.
3. Китаев С.В. Обеспечение эффективности эксплуатации газотурбинных электростанций// в сб.: Трубопроводный транспорт 2009 Материалы V Международной учебно-научно-практической конференции. 2009. С.71-73.
4. Сулейманов А.М., Бурдыгина Е.В., Трофимов А.Ю. Эффективные методы очистки воздушных компрессоров ГТУ// в сб.: Трубопроводный транспорт 2013 Материалы IX Международной учебно-научно-практической конференции. 2013. С.346.
5. Филипов С. П., Дильман М. Д. Перспективы использования когенерационных установок при реконструкции котельных// Промышленная энергетика. 2014.№4. С.7-11.
6. Усмонов Н. О., Умарджанова Ф. Ш. Особенности использования парогазовых установок на ТЭС // Молодой ученый. 2016. №11.С. 518-522.
7. Смородова О.В. Энергоэффективное использование попутного нефтяного газа//Инновационная наука. 2016 №4-3. С.154-157.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 01-2/2017 ISSN 2410-700Х_
8. Смородова О.В., Сулейманов А.М. Автоматизация учета жидких и газообразных энергоносителей. - Уфа, УГНТУ: 2004. - 95 с.
9. Трофимов А.Ю., Бурдыгина Е.В., Смородова О.В., Сулейманов А.М. Тепловой расчет котельного агрегата. - Уфа, 2007.- С.106.
10.Сулейманов А.М., Хафизов Ф.М. Оценка погрешности измерений. - Уфа, УГНТУ: 2007. - 32 с.
11.Сулейманов А.М. Внедрение газопоршневой электрической станции на котельную в г.Уфа// в сб.: Трубопроводный транспорт 2016 Материалы XI Международной учебно-научно-практической конференции. 2016. С.379-380.
12.Сулейманов А.М. Что влияет на окупаемость внедрения мини-ТЭЦ?// в сб.: Трубопроводный транспорт 2016 Материалы XI Международной учебно-научно-практической конференции. 2016. С.381-382.
13.Смирнов А. Газотурбинная отрасль - события и итоги 2015 года // Каталог Газотурбинное оборудование. 2016. 148 с.
© Сайделов А.Р., Асылов М.А., 2017
УДК 621.9.06
И.Д. Соколова
к.т.н., доцент С.Н. Бриченков
аспирант
КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Калуга, Российская Федерация
ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ МОДЕРНИЗАЦИИ ГОРИЗОНТАЛЬНО-РАСТОЧНОГО СТАНКА С ЧПУ
Аннотация
В статье обоснована необходимость постановки производственной задачи повышения производительности и расширения технологических возможностей горизонтально-расточного станка WHN(Q) 13CNC для сокращения времени обработки рычагов без потери точности и качества обработанных поверхностей. Проблема вызвана потребностью обработки большой партии деталей с отверстиями 7 квалитета точности и требованиями по обеспечению отклонений от соосности и перпендикулярности отверстий, а также параллельности и перпендикулярности плоскостей 0,02 мм. Для этого были исследованы возможные направления модернизации оборудования. Рассмотрены технические характеристики станка. В результате принято решение о дополнительном оснащении станка накладным столом с сохранением точности обработки и увеличением производительности.
Ключевые слова
Горизонтально-расточной станок, модернизация, производительность, точность обработки, мобильность.
Современное производство в области механической обработки характеризуется следующими основными особенностями:
• универсальность - возможность ускоренной переналадки на обработку с одной номенклатуры деталей на другую;
• мобильность - способность к перестройке технологического процесса;
• гибкость - способность обработки более или менее часто меняющейся номенклатуры различных деталей;
• адаптивность - способность приспосабливаться к временным технологическим отклонениям;
• автономность управления - способность функционирования в условиях малолюдной или безлюдной технологии.
