Авиационная отрасль по проектированию и производству авиадвигателей, является одним из самых технологически сложных и конкурентоспособных секторов в мире. В сердцевине этого прогресса находятся турбовентиляторные двигатели. Одним из значительных достижений в этой области стал двигатель Rolls-Royce RB211, который не только спас компанию, но и оказал огромное влияние на всю авиационную индустрию в мире. Газовые турбины RB-211 от компании Rolls-Royce выпускаются уже более полувека. Первоначальная версия проекта RB211-22B разрабатывалась в качестве авиационного газотурбинного двигателя для самолетов (а затем появились усовершенствованные варианты RB211-524 и RB211-535). Они устанавливаются на Boeing 747/757 и Lockheed L-1011, летал с такими авиадвигателями и Ту-204. Промышленный вариант Rolls-Royce RB211 (известный также как SGT-A35) был создан в начале 1970-х годов. Первый образец турбины мощностью 22 МВт установили на газопроводе в Канаде для привода компрессора по перекачке газа. Он успешно отработал более 187 тыс. часов. Чуть менее, но тоже рекордный для своих условий срок (146 тыс. часов) отработала установка по выработке электроэнергии на нефтедобывающей платформе в Северном море. До настоящего времени RB-211 изготавливаются под брендом Роллс-Ройс на заводе в г. Дерби (Великобритания), хотя владельцем завода и торговой марки этих турбин с 2014 года является немецкая Сименс. Турбина используется с генераторами на электростанциях, с компрессорами на трубопроводах, она применяется на шельфовых сооружениях при добыче полезных ископаемых со дна моря. Сегодня выпускается несколько модификаций RB-211, оптимизированных под различные требования заказчиков и условия эксплуатации. Современные модификации одинаково хорошо подходят для выработки электроэнергии как в простом, так и комбинированном цикле. Не менее успешно эксплуатируются эти турбины и в качестве привода компрессоров для транспортировки газа. Специальные версии разработаны для использования на морских судах. В 2008 году компания Rolls-Royce получила контракт от «Газкомплектимпекса», дочерней компании «Газпрома», на поставку восьми газовых турбин Rolls-Royce RB211 для газопровода «Северный поток» из России в Европу. Турбины планировали установить на компрессорной станции «Портовая» для обеспечения подачи газа в подводный участок трубопровода, который должен был проходить под Балтийским морем. Кроме того, два генераторных блока на базе когенерационных газотурбинных установок RB211 работают на шельфе острова Сахалин в Охотском море в составе комплекса «Витязь» на морской платформе «Моликпак» (Пильтун–Астохское месторождение природного газа).
Промышленная газовая турбина Rolls-Royce RB211 — это пример успешной конверсии авиационных технологий для наземного применения. Она представляет собой аэродинамическую газотурбинную установку (ГТУ), созданную на базе авиационного двигателя RB211, который использовался на широкофюзеляжных самолетах Boeing 747. Разработка промышленной версии началась в 1972 году, и уже в 1974 году первая установка была введена в эксплуатацию, с тех пор семейство RB211 стало одним из самых востребованных в своем классе, накопив миллионы часов наработки по всему миру (в эксплуатации более 890 штук RB211, и его копии Siemens SGT-A35, которые вместе наработали более 50 млн часов) RB211 является самой современной в мире среди турбин на базе авиационных двигателей, с мощностью до 44 МВт и КПД 40%. Главная особенность RB211 — ее универсальность. Эти турбины спроектированы для двух основных задач в энергетике и нефтегазовом секторе. Это механический привод: нагнетатели природного газа на компрессорных станциях и насосы для перекачки жидкостей. Это было одним из первых применений двигателя. Выработка электроэнергии: используются как на крупных электростанциях, так и для обеспечения энергией удаленных промышленных объектов. Благодаря своей конструкции, RB211 отлично подходят как для наземных установок, так и для работы в суровых условиях морских платформ и пустынь. Например, они успешно трудятся на проекте в Сахаре, где выдерживают экстремальную жару (+50°C), холод и песчаные бури, а также на газодобывающих платформах в Северном море. Конструктивно RB211 представляет собой пакетированное решение. На заводе собираются несколько модулей (воздухозаборный, газотурбинный, генераторный, выхлопной и модуль вспомогательных систем), которые затем монтируются на площадке. Турбина может работать на природном газе, жидком топливе или их комбинации с возможностью переключения под нагрузкой. Важная особенность газовых турбин RB211 в том, что они могут быть адаптированы условиях, за счет многовальности и выбора диаметра вентилятора, наличие разных вариантов силовых турбин и удаления первого уровня IP компрессора для достижения необходимой тяги или мощности.
Rolls-Royce RB211 многовальная газовая турбина версии «Core Engine» или газотурбодвигатель RB211 Mechanical Drive мощностью на валу до 44 МВт или 60000 л.с., при КПД 42%. Газовая турбина используется в качестве мощного двигателя привода оборудования, как в сухопутном стационарном и мобильном варианте на шасси полуприцепа, так и морской или судовой спецификации (судовая энергетическая установка, газовый компрессор на буровой плавучей платформе). Двухвальная приводная газовая турбина версии «Core Engine» или турбодвигатель Rolls-Royce RB211, применяется для привода нефтяных насосов и газовых компрессоров, для транспортировки нефтепродуктов и газа по магистральному газопроводу, ГТУ Rolls-Royce RB211 эффективная на приводе сжижающих установок для сжижения газа на шельфе. Rolls-Royce RB211 используется для механического привода внешней нагрузки высокопроизводительных газоперекачивающих агрегатов ГПА, для компримирования природного газа, поступающего на компрессорную станцию по магистральному газопроводу, и дальнейшей его транспортировки, для линейных компрессорных станций магистральных газопроводов. Турбоблок Rolls-Royce RB211 имеет 2-х вальную конструкцию и силовую турбину, которая связана с газовой турбиной динамической связью. ГТУ развивает тепловую мощность 8800 кДж/кВтэ·ч с температурой газов 485 градусов. Газовая турбина работает на природном газе, жидком топливе, или работает в двухтопливном варианте. Вес газовой турбины в версии «Core Engine» составляет 4200 кг, длина 3000 мм, диаметр 2100 мм. Обороты силовой турбины 3153 – 4850 – 5093 об/мин.
Конструкция газовой турбины Rolls-Royce RB211: aeroderivative-аэропроизводная (на базе авиационного двигателя) многовальная, осевой компрессор двухвальный. Газогенератор двухвальный, механически связана с системой низкого и высокого давления компрессора. Компрессор низкого давления КНД 7-и ступенчатый, механически связан с газовой турбиной низкого давления IP turbine, компрессор высокого давления КВД 6-и ступенчатый, механически связан с газовой турбиной высокого давления HP System. Степень повышения давления 22.4:1. Двухкаскадный газогенератор с аэродинамической связью, соединен со свободной силовой турбиной. Свободная силовая турбина (RT61 или RT62 Free Power Turbine) трехступенчатая, СТ нужна для обеспечения гибкости эксплуатации и эффективной работы в широком диапазоне нагрузок и скоростей вращения, позволяя регулировать обороты механического вала отбора мощности 3153 – 4850 – 5093 об/мин. Доступны два варианта газогенераторов и два варианта силовых турбин, которые идеально соответствуют требованиям заказчика в каждой конкретной области применения. Двухкаскадная конструкция обеспечивает максимальную эксплуатационную гибкость, благодаря чему газовая турбина устойчива к переходным процессам и сложным циклам работы, быстро запускается и не имеет «горячих блокировок». Все варианты могут работать на газообразном и жидком топливе, а также оснащаться дополнительной камерой сгорания с низким уровнем выбросов (Dry Low Emission, DLE). Обороты силовой турбины (свободной турбины), которая не имеет механической связи с компрессором, регулируются газодинамической связью. Таким образом, система управления оборотами силовой турбины динамически балансирует подачу топлива и параметры газогенератора для точного контроля скорости вращения (и выходной мощности) свободной силовой турбины в соответствии с требованиями нагрузки (например, для генерации электроэнергии с постоянной частотой или для привода компрессоров с переменной скоростью). Регулирование оборотов силовой турбины основано на принципе изменения количества энергии, подаваемой на турбину, что достигается главным образом путем управления подачей топлива в камеру сгорания основного (газогенераторного) двигателя. Главное преимущество Solar-60 со свободной турбиной: независимое управление скоростью. Ключевое отличие заключается в том, что турбина, приводящая компрессор (турбина газогенератора), и турбина, вырабатывающая полезную мощность (силовая турбина), механически не связаны и вращаются на разных, независимых валах. Это позволяет силовой турбине работать с переменной скоростью, в то время как газогенератор может поддерживать оптимальный режим работы. Камера сгорания стандартная кольцевая, с 24 камерами сгорания, низкоэмиссионная с сухим подавлением выбросов (DLE). Вывод вала отбора мощности со стороны горячей части.
