Газотурбинные и парогазовые установки в России. Парогазовая установка с вводом пара в газовую турбину - перспективное направление развития энергетических установок, страница 14

Оценка экологических показателей различных установок по концентрации вредных выбросов в уходящих газах в относительных долях млн^-1 или мг/м³ удобна, если сравниваемые установки близки друг другу по к.п.д. При существенном различии в к.п.д. эти показатели недостаточно информативны. Этот тезис справедлив и для характеристики вредных выбросов с помощью индекса эмиссии - в г/кг топлива, употребляемого для оценки качества сжигания в газотурбинных двигателях. Целесообразно при сопоставлении разных установок рассчитывать концентрацию вредных выбросов на выработанный 1 кВт-ч энергии, так как именно это значение наиболее полно определяет экологическую "эффективность" выработки электроэнергии В приведенной ниже табл. 2 дается сопоставление экологических характеристик трех типов установок, сжигающих природный газ. И если индексы эмиссии показывают преимущества ГТУ и ПГУ над ТЭС, то значения выбросов NО_Х, отнесенные к 1 кВт-ч, наглядно демонстрируют экологическое преимущество ПГУ над ГТУ.

Таблица 2. Сравнение экологических показателей различных установок

Основные научно-технические проблемы

Создание ПГУ нового поколения сопряжено с решением принципиальных научных и технических проблем. При этом реальность поставленной цели во многом определяется техническим и технологическим уровнем отечественного машиностроения. Нужно сказать, что в этом плане авиационное и исторически производное от него судовое газотурбостроение существенно опережает энергетическое. Поэтому качественный скачок в энергетическом газотурбостроении возможен только на основе восприятия и активного использования опыта авиационного и судового турбостроения. Об этом свидетельствует и зарубежная практика, когда американская фирма General Electric (GE), работающая во всех указанных направлениях - авиации, судовой энергетике и стационарной энергетике, с успехом применяла модифицированные авиационные двигатели, на базе которых создавались высокоэкономичные энергетические установки нового поколения LM2500, LM5000, LM6000, & том числе с впрыском пара STIG и ISTIG.

Используемые в отечественном авиационном двигателестроении сплавы, такие как ЖС-6КП и ЖС-26, позволяют работать на уровне температур 820-850°С сопловым аппаратам и 800 °С рабочим лопаткам при ресурсе не менее 50 000 ч. Однако переход к проницаемым лопаткам потребует не только экспериментального определения термомеханических свойств пористых оболочек из жаропрочных сплавов, но и разработки соответствующих методов теплового и прочностного расчета лопаток из таких материалов.

Основная проблема, безусловно, состоит в создании лопаток с проницаемой стенкой. Имеется несколько путей создания такой лопатки. Первый -методом испарения составляющих материалов: матричного сплава и керамики электронным лучом и конденсации (осаждения) в вакууме пористой оболочки на каркас лопатки. Основа этого метода разработана в ИЭС им. Е.О.Патона. Второй вариант состоит в использовании многослойных оболочек из перфорированных пластин. Такие работы развивались в МГТУ. Третий - в применении сплошных оболочек со значительным числом отверстий микроперфорации. И, наконец, четвертый - создание оболочек из сварно-катаных сеточных материалов (МГТУ). Проблема создания проницаемых лопаток включает в себя как чисто технологические аспекты, так и вопросы конструирования при обеспечении требуемых прочностных характеристик лопаток с проницаемой (ослабленной в механическом отношении) оболочкой. Дополнительные осложнения вносит возможность ухудшения газодинамических характеристик лопатки из-за шероховатости поверхности и наличия вдува. Поэтому проведение соответствующих экспериментальных и расчетных исследований для снижения газодинамических потерь и оптимизации параметров вдува и характеристик пористой оболочки является неразрывной составной частью комплекса работ по созданию пористой лопатки.