От редактора

4        Журнал «Турбины и Дизели»: вчера, сегодня, завтра

А. Ю. Култышев, к.т.н. – журнал «Турбины и Дизели»

                Представление компании

6        Центральный ремонтно-механический завод – основа энергобезопасности столичного региона

В. В. Гикал – ООО «Центральный ремонтно-механический завод»

                Энергоэффективность

10      Повышение технико-экономических показателей ПТУ: совершенствование монтажа, пусконаладки и эксплуатации

                А. Ю. Култышев, к.т.н. – ООО «Газпром энергохолдинг индустриальные активы»

Ключевые слова: паровая турбина, паротурбиннаяустановка, парогазовая установка, теплофикация, жизненный цикл, совершенствование пусконаладки и эксплуатации, модульная конструкция, алгоритмы работы, повышение эффективности

Аннотация

В статье показана важность анализа возможностей и повышения получаемого технико-экономического эффекта от внедрения и совершенствования конструкции и схем ПТУ на этапах жизненного цикла оборудования после конструкторско-технологической подготовки производства.

Автором разобраны вопросы совершенствования жизненного цикла основного и вспомогательного оборудования паротурбинных установок на его разных этапах путем внедрения технических решений режимной оптимизации. Приведен пример решения задачи по повышению экономичности системы снижения температуры выхлопных газов котла-утилизатора при повышении мощности и экономичности теплофикационной установки за счет снижения затрачиваемой мощности на прокачку циркуляционной воды через охладитель конденсата.

Вопросы совершенствования конструкции основного и вспомогательного оборудования, повышения технико-экономических показателей на всех стадиях жизненного цикла важны. Значительный потенциал совершенствования и получение большого абсолютного экономического эффекта имеется в том числе на стадиях монтажа, пусконаладки и эксплуатации.

Необходимо расчетное и экспериментальное определение максимальных технико-экономических показателей ПТУ при возможной совместной и автономной работе на переменных режимах, с разработкой алгоритмов работы и автоматическим или полуавтоматическим поддержанием показателей на оптимальном уровне.

 

16         Анализ эффективности и оптимизация работы газовой турбины MGT-30 при различных условиях с применением систем предварительного охлаждения воздуха на входе

                Х. Айкут, М. Басати Панах (к.т.н.), А. С. Алешина (к.т.н.), Ю. В. Матвеев (к.т.н.) – Институт энергетики, ФГАОУ ВО СПбПУ

Ключевые слова: эффективность, эксплуатационные характеристики, газовая турбина MGT-30, предварительное охлаждение воздуха, оптимизация

Аннотация

В работе представлен анализ влияния различных систем охлаждения воздуха, поступающего в компрессор газотурбинной установки MGT-30 на её эффективность и мощность. ГТУ производится иранской компанией Mapna Group Company. Данные машины применяются в качестве приводов нагнетателей газоперекачивающих агрегатов, насосов, эжекторов, стационарных или мобильных электростанций Ирана.

В октябре 2022 г. состоялось подписание экспортного соглашения между Ираном и РФ о поставке 40 единиц ГТУ. Оно стало крупнейшим в истории технологического экспорта для страны.

Целью исследования работы является определение оптимальных параметров поступающего в компрессор воздуха и систем его охлаждения. Расчет и оптимизация рабочих параметров MGT-30 производились в программном пакете MATLAB, программе GT PRO и специализированной программе для расчета технических характеристик A2GTP.

Полученные результаты показали, насколько внедрение системы предварительного охлаждения воздуха оказывает положительное влияние на термический КПД ГТУ и выявили возможный потенциал его повышения.

 

24         Онлайн-мониторинг турбинных масел: как это работает

                Л. Е. Капралова – журнал «Турбины и Дизели»

 

                Научные исследования

26         Прочностное исследование рабочей лопатки с диском ступени «В» осевого компрессора ГТН-16 методом конечных элементов в CAE-системе Fidesys

                В. Л. Блинов (к.т.н.), О. В. Комаров (к.т.н.), Д. О. Заклепкин, С. В. Богданец – Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

Ключевые слова: диск, Ansys, статический расчет, модальный анализ, диаграмма Кэмпбелла, частота собственных колебаний

Аннотация

В работе описаны нагрузки, действующие на рабочие лопатки двигателя, а также приведены методы, используемые для оценки прочности рабочего колеса. Представлен анализ результатов статического и модального расчетов рабочей лопатки с диском осевого компрессора газотурбинной установки ГТН-16 в отечественной CAE-системе Fidesys методом конечных элементов.

Также выполнена проверка данных расчетов с помощью программного комплекса Ansys, как наиболее распространенной в мире системы для численного моделирования физических процессов.

Получены картины напряженно-деформированного состояния лопатки с диском. Выявлены зоны концентрации напряжений в модели и определены коэффициенты запаса прочности лопатки и диска. Найдены шесть первых частот собственных колебаний конструкции и построена диаграмма Кэмпбелла.

Изложены варианты повышения вибронадежности конструкции рассматриваемого осевого компрессора. Проведен сравнительный анализ результатов конечно-элементного моделирования в программных комплексах Fidesys и Ansys.

 

32         Верификация программной методики расчета на прочность дисков осевых компрессоров

                А. В. Махонин (к.т.н.), Е. Ю. Романчук – Высшая школа энергетического машиностроения, Институт энергетики, ФГАОУ ВО СПбПУ

Ключевые слова: осевой компрессор, диск, расчет на прочность, программная методика

Аннотация

Цель данной работы – создание программы, основанной на методах классической теории прочности, и сравнение полученных результатов с результатами численного расчета в программном пакете Ansys. В ходе исследования выполнены цифровые испытания на прочность диска осевого компрессора на разных оборотах и получены графики распределения напряжений по радиусу расчетной области.

Основные методики расчета основаны на эмпирических методах. Они включают в себя долгий анализ исследуемой системы, подготовку расчетных схем, ведение последовательного расчета по формулам и последующую обработку полученных результатов. Для автоматизации данного процесса, упрощения получения входных и выходных параметров активно применялись языки программирования. С их помощью можно полностью автоматизировать процесс проведения расчета, от исследователя требуется только задание необходимых начальных условий.

В ходе работы был выполнен расчет напряжений в специальном программном обеспечении, написанном на языке программирования Python. Путем наложения значений точек в контрольных сечениях, рассчитанных по программе, на график распределения напряжений по радиусу была произведена верификация модели.

 

38         Цифровой подход к обнаружению дефектов лопаточного аппарата и оценке их влияния на характеристики турбомашин

                В. Л. Блинов (к.т.н.), О. В. Беляев, В. И. Брезгин (д.т.н.), О. В. Комаров (к.т.н.) – Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

Ключевые слова: дефект, лопаточный аппарат, осевые турбомашины, машинное обучение, нейронная сеть, YOLOv8s, численный эксперимент

Аннотация

Настоящее исследование направлено на разработку подходов к обнаружению и классификации дефектов лопаточного аппарата турбомашин и оценку проявления дефектов на характеристики установки. Актуальность работы связана с использованием цифровых технологий при дефектоскопии лопаточного аппарата.

В ходе исследования подготовлена и обучена модель сверточной нейронной сети YOLOv8s на двух наборах данных: с искусственно визуализированными изображениями дефектов и фотографиями лопаток после эксплуатации. На основе анализа результатов обучения и тестирования моделиYOLOv8s на базе данных с искусственными изображениями дефектов лопаточного аппарата достигнута точность 97,8%. На подготовленном наборе реальных данных YOLOv8s имеет среднюю точность mAP0,5 = 0,84.

Описан подход к оценке влияния дефектов лопаточного аппарата на характеристики турбомашин по результатам численных экспериментов и применение методов машинного обучения для прогнозирования развития дефектов или оценки изменения характеристик турбомашин с дефектами. Исследование показывает перспективность применения цифрового подхода к обнаружению и оценке влияния дефектов лопаточного аппарата на эксплуатационные характеристики турбомашин.      

 

                Эксплуатация, сервис

44         Импортозамещение энергетического оборудования в рамках пожизненного сервиса

                Т. Н. Хайрулин, А. Б. Рогов – АО «ОДК–Авиадвигатель»

 

48         Новые инжиниринговые компетенции Центрального ремонтно-механического завода

                В. В. Гикал, В. Б. Смышляев, С. В. Шикунов – ООО «ЦРМЗ»

                И. Ю. Кляйнрок, к.т.н. – ООО «Газпром энергохолдинг индустриальные активы»

 

52         Конференция по проблемам сохранения ресурса и повышению надежности работы ГТУ

                Д. А. Капралов – журнал «Турбины и Дизели»

 

                Газопоршневые установки

56         Газпоршневые установки Jichai для российского рынка

                Я. Ю. Сигидов, к.т.н. – АО «Интертехэлектро»

60         Модернизация газопоршневых установок производства АТР

                А. И. Архипова – ООО «Мотортех»

 

                Компрессоры

62         Стационарные осевые компрессоры производства Невского завода (АО «НЗЛ»)

                В. К. Юн (д.т.н.), Е. И. Давлетгареева, А. А. Лысякова (к.т.н.) – АО «НЗЛ»

Ключевые слова: стационарный осевой компрессор, лопаточный аппарат, изолированный профиль, продувка плоских решеток, модельная ступень, CFD-расчет

Аннотация

Осевой компрессор обычно состоит из ряда последовательно расположенных ступеней. Соединение осевых ступеней в компрессоре обеспечивает достаточную прямолинейность проточной части, что способствует получению высокого КПД по сравнению с центробежными компрессорами. Условия работы ступени в группе отличаются от условий работы изолированной ступени. Предыдущие ступени создают определенную нестационарность потока, что изменяет обтекание последующих ступеней, влияет на их напорность и КПД. При проектировании проточной части воздушных осевых компрессоров общепромышленного назначения преимущественно используется метод расчета лопаточного аппарата, разработанный в Центральном научно-исследовательском и проектно-конструкторском котлотурбинном институте им. И.И. Ползунова. Однако при ограниченном выборе испытанных колес не всегда имеется возможность спроектировать новый компрессор на заданные параметры. Учитывая недостаточный объем теоретических и экспериментальных материалов, следует руководствоваться методами проектирования, которые позволяют либо полностью использовать имеющийся прототип по методам теории подобия, либо использовать накопленный ранее опыт испытания проточных частей с введением в них возможно меньших изменений.

Таким образом, совершенствование существующей методики расчета проточных частей с целью создания новых высокоэффективных осевых компрессоров является актуальным вопросом.

В данной работе представлены результаты CFD-расчета течения газа в лопаточном аппарате двухступенчатого осевого нагнетателя. Рассчитанные параметры потока сопоставлены с данными, полученными при испытаниях.

 

70         Развитие подходов и опыт оптимального проектирования центробежных компрессоров газоперекачивающих и турбодетандерных агрегатов

            Ю. Б. Галеркин (д.т.н.), А. А. Дроздов (д.т.н.), А. Ф. Рекстин (д.т.н.), В. Б. Семеновский, О. А. Соловьёва (к.т.н.), Л. Н. Маренина (к.т.н.), А. В. Махонин (к.т.н.) – Высшая школа энергетического машиностроения, Институт энергетики, ФГАОУ ВО СПбПУ

 

Ключевые слова: газоперекачивающий агрегат, центробежный компрессор, сменная проточная часть, CFD-оптимизация, модернизация

Аннотация

В 1990–2000 гг. ученые-политехники были привлечены для газодинамического проектирования компрессоров и сменных проточных частей нового поколения в рамках программы «Урал–Газпром». Располагая собственным инженерным методом оптимального проектирования и расчета, политехники решили задачу, создав вместе с индустриальными партнерами компрессоры и сменные проточные части (СПЧ) с КПД на 3–4% больше, чем у аналогов. Сейчас актуален новый этап модернизации. Ученые-политехники к этому времени передали индустриальным партнерам более 50 проектов новых компрессоров и СПЧ и накопили большой опыт.

В СПбПУ построена экспериментальная установка – стенд ЭЦК-55 – для проверки наиболее ответственных и инновационных проектов. Приемы CFD-оптимизации подтвердили эффективность применительно к неподвижным элементам проточной части. Приведен пример выполнения газодинамических проектов центробежных компрессоров для газовой промышленности различного назначения.

 

                Системы управления

78         Система управления «Сириус» – новая разработкароссийской компании «ИНГК–Промтех»

                А. В. Лебедев, И. В. Травкина, В. Е. Щавлев (к.т.н.) – ООО «ИНГК – Промтех»

 

82         Проектирование ПТУ малой мощности для утилизации тепла ГТУ в органическом цикле Ренкина

                П.Н. Коок – АО «НЗЛ»

Ключевые слова: паровая турбина, проточная часть, органический цикл Ренкина (ОЦР), изопентан, утилизация тепла, газоперекачивающие агрегаты (ГПА), парогазовая установка (ПГУ)

Аннотация

В статье даны оценки энергетических характеристик паровой турбины, которая может применяться для работы в составе УТЭК, и рассмотрены различные варианты ее конструктивного исполнения. Показана возможность утилизации тепла уходящих газов за газотурбинной установкой, входящей в состав газоперекачивающего агрегата или ГТЭС в утилизационном контуре, включающем паротурбинную установку с органическим рабочим телом – изопентаном.

На основе данных с эксплуатируемых ГПА был сделан анализ наиболее рационального диапазона электрических мощностей паротурбинной установки для обеспечения собственных нужд ГПА. Также рассмотрен вариант полной утилизации тепла уходящих газов газотурбинной установки на примере ГТУ типа Т32 мощностью 32 МВт, серийно выпускаемой АО «НЗЛ», и дана оценка максимальной электрической мощности утилизационного контура. Проанализированы оптимальные параметры рабочего тела перед турбиной – как с точки зрения термодинамической эффективности, так и технической целесообразности.

Показаны принципиальные особенности изопентана, используемого в качестве рабочего тела для паротурбинной установки, и соответствующие варианты конструктивных решений для паровой турбины. В результате проведенных расчетов были получены предварительные параметры проточных частей для различных конструктивных вариантов исполнения паровой турбины с изопентаном в качестве рабочего тела.

 

                Технологии

88         Перспективные диффузионные алюминидные покрытия для турбин III-IV поколения

                А. Н. Аксенов (к.ф.-м.н), К. П. Бурдина – ПАО «Тюменские моторостроители»

Ключевые слова: химическое осаждение из паровой фазы, жаростойкие покрытия, алитирование, электролит Уатта, диффузионный барьер

Аннотация

Рассматриваются покрытия типа β (NiAl) для защиты рабочих лопаток турбины высокого давления III–IV поколений от высокотемпературного окисления. Для существенного увеличения жаростойкости выполняется легирование интерметаллида цирконием, путем предварительного гальванического осаждения композита Ni-Zr в электролите Уатта с последующим гомогенизационным отжигом.

Снижение нежелательного диффузионного взаимодействия покрытия с основой достигнуто с помощью барьера на основе рения. Альтернативно, изучался барьер на основе вольфрама.

Приводятся состав насыщающей смеси для контактного порошкового алитирования и режимы термообработки. Приводятся данные по сравнительным изотермическим испытаниям рабочих лопаток из сплава ЧС88У-ВИ с покрытиями ВСДП-11(г. Уфа), МЗП-1+МКТП-1 (г. Николаев), β (NiAl) Zr и СВС+КДП-1 (г. Лыткарино).

Установлено, что жаростойкие свойства β (NiAl) Zr существенно превышают ВСДП-11. Шликерное покрытие СВС показало удовлетворительные результаты при работе в качестве соединительного подслоя под электронно-лучевое конденсационное покрытие КДП-1.

 

                Выставки, конференции

92         Устойчивое развитие энергетики на основе достижений и современных разработок российского энергомашиностроения

                Д. А. Капралов – журнал «Турбины и Дизели»