От редакции

6 Российское двигателестроение набирает обороты. Новейший дизель-генератор поставлен на Курскую АЭС-2

А.Ю. Култышев, д.т.н., главный редактор – журнал «Турбины и Дизели»

 

Технологии

8 «ГЭХ Сервис газовых турбин»: на пути технологического суверенитета

А.А. Вишневский, Н.С. Полторакова – ООО «ГЭХ Сервис газовых турбин»

Р.В. Алдохин, Ю.В. Зуева, К.В. Симутин - ООО «Газпром энергохолдинг индустриальные активы»

Уход западных компаний с российского рынка энергооборудования послужил существенным толчком для развития отечественной промышленности, основной целью которого стало достижение технологического суверенитета.

 

Паротурбинные установки

10 Флаттерный анализ как один из этапов разработки рабочих лопаток предельной длины

А.А. Ивановский (к.т.н.), А.М. Тюхтяев, В.Р. Вилданов, А.Д. Градусов – АО «Силовые машины

Ю.К. Петреня, д.ф.-м.н. – Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Ключевые слова: паровая турбина, последняя ступень, рабочие лопатки, лопатка из титана, прочностной расчет, вычислительная гидродинамика, флаттерный анализ

Аннотация

Рабочая лопатка последней ступени длиной 1500 мм из титана разработана компанией «Силовые машины». В процессе разработки выполнена серия осесимметричных расчетов с целью нахождения оптимальных геометрических параметров ступени. Построены профили направляющей и рабочей лопаток.

Сечения профилей описываются полиномами высоких порядков. В направляющей лопатке применен осевой и тангенциальный навал. Рабочая лопатки имеет хвостовик елочного типа с торцевой заводкой. Выполнение условий статической и динамической прочности подтверждено прочностными расчетами рабочей лопатки. Серия трехмерных газодинамических расчетов продемонстрировала высокую экономичность новой ступени в широком диапазоне режимов. Проведен расчет новой рабочей лопатки на флаттер. Показано, что вибронагруженность находится на уровне успешно эксплуатируемой лопатки длиной 1200 мм. Проведение полного цикла испытаний ступени с новой лопаткой позволит компании «Силовые машины» проектировать и изготавливать паровые турбины большой мощности с уменьшенным количеством выхлопов.

  

16 Особенности работы многоступенчатого осевого компрессора с двухопорной конструкцией направляющих аппаратов

 А.К. Воробьев, Ф.А. Малышев, Е.И. Давлетгареева – АО «Силовые машины»

Ключевые слова: проточная часть, осевой компрессор, вторичные потоки воздуха, лабиринтное уплотнение

Аннотация

В статье приводится обзор состояния ранее выполненной работы о влиянии перетечек воздуха через лабиринтные уплотнения на характеристику осевого многоступенчатого компрессора, имеющего двухопорную конструкцию направляющих аппаратов. Описаны особенности расчетной модели проточной части, задания граничных условий, сеточных параметров, а также дано обоснование принятых допущений в модели при проведении численных исследований. Приведена исследуемая схема вторичных потоков воздуха применительно к рассматриваемой конструкции осевого компрессора. Введены определения стокам массы воздуха, которые добавляются в проточную часть компрессора и отбираются из нее, показано их качественное отражение на интегральных параметрах компрессора и определено количественное влияние на перераспределение нагрузки по ступеням, а также выявлена основная причина перераспределения работ между ступенями. Сделаны выводы об особенностях моделирования работы осевых многоступенчатых компрессоров энергетических газотурбинных установок, учитывая перетечки воздуха через лабиринтные уплотнения под направляющими аппаратами, и указаны наиболее значимые факторы, влияющие на перераспределение работ в проточной части.

 

20 Эффективные паровые турбины Shandong Qingneng Steam Turbine

А.Н. Калинин, Ш.Р. Якупов - ООО «Паровые турбины и сервис Циннен»

В.Д. Буров, к.т.н. – Национальный исследовательский университет «МЭИ»

А.А. Троицкий – журнал «Турбины и Дизели»

Производственная компания Shandong Qingneng Steam Turbine Co. (QNP) была создана в 1993 году. Основные направления ее деятельности – разработка и производство различного энергетического оборудования, строительство электростанций под ключ, модернизация, техническое обслуживание и ремонт поставленного оборудования.

 

24 Влияние компоновки трубной системы конденсатора на распределение скоростей воды в трубках

К.Э. Аронсон, (д.т.н.), Е.К. Александрова, А.Л. Демидов, А.Ю. Рябчиков (д.т.н.) – ФГАОУ ВО «Уральский федральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Б.Е. Мурманский, д.т.н. – ПАО «Т Плюс»

Ключевые слова: конденсатор паровой турбины, компоновка трубного пучка, распределение скоростей воды по трубкам, коллекторный эффект

Аннотация

Распределение скоростей воды в отдельных рядах трубных пучков конденсаторов паровых турбин зависит от компоновки трубных пучков (ленточная, островная и др.), положения входного и выходного водяных патрубков, конструкции водяных камер. Неравномерность скоростей воды в зависимости от соотношения числа трубок в отдельных рядах может достигать 3…8% в сравнении со среднерасходной скоростью в пучке. Влияние выходного патрубка более существенно, неравномерность скоростей может достигать 21%. Распределение расходов воды по трубкам пучка, в принципе, соответствует коллекторному эффекту. Скорость воды в трубках возрастает по мере ее движения в водяной камере. Для снижения неравномерности распределения скоростей рекомендуется выравнивать число трубок в рядах. Для водяной камеры, форма которой рассчитана из условия выравнивания скоростей воды по высоте водяной камеры, установлено, что такая форма камеры крайне незначительно влияет на распределение скоростей по рядам трубок пучка.

 

30 Принципы проектирования современных систем предиктивной диагностики и концепция предиктивного регулирования паровых турбин

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

Ключевые слова: ремонт по состоянию, система диагностики, вибрационное состояние, система регулирования, температурные напряжения, технико-экономические параметры.

Согласно Правилам организации технического обслуживания и ремонта объектов электроэнергетики, утвержденных Приказом №1013 Минэнерго России от 25.10.2017 г., вид организации ремонта энергетического оборудования по техническому состоянию может применяться в том случае, если у субъекта электроэнергетики имеются средства технического диагностирования и автоматизированная система контроля технического состояния основного оборудования. В статье представлены основной функционал и технические требования к системам диагностики, позволяющие, по мнению автора, получить адекватную оценку состояния энергетического оборудования и обеспечить в обозримом будущем переход на ремонт оборудования по техническому состоянию. В дальнейшем применение систем предиктивной диагностики, основанных на физически обоснованных критериях и математических моделях, разработанных специализированными научно-исследовательскими институтами, профильными кафедрами высших учебных заведений, конструкторскими службами заводов-изготовителей, позволяет использовать результаты диагностики в качестве управляющих сигналов, воздействующих на регулирующие органы турбоустановки и, как результат, на организацию оптимального режима с точки зрения надежности и экономичности.

 

Газотурбинные установки

36 Экспериментальное исследование течения газа в затурбинном диффузоре на переменных режимах работы ГТУ с дополнительным подводом воздуха

М.Г. Черкасова – АО «Силовые машины»

В.А. Черников (д.т.н), Е.Ю. Семакина (д.т.н) – ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

Аннотация

Стационарные ГТУ работают в широком диапазоне нагрузки. На режимах частичной нагрузки течение начинает носить отрывной характер вследствие углов атаки на стойках диффузора. Исследование таких режимов необходимо для контроля уровня потерь полного давления по тракту диффузора, которые напрямую влияют на мощность турбины. С этой целью был сымитирован переброс закомпрессорного воздуха в диффузор на режимах частичной нагрузки для обеспечения устойчивой работы камеры сгорания. Воздух, сбрасываемый в диффузор, оказывает влияние на течение в нем, а значит требует учета влияния на параметры системы.

Система «ступень–диффузор» была исследована экспериментальным путем в диапа-зоне нагрузки от 25 до 108%. Результаты показали, что кривая изменения КПД в зависимости от режима носит пологий характер и меняется всего на 6% в диапазоне нагрузки 50...108%.

При нагрузке менее 50% эффективность системы начинает резко снижаться вследствие отрывов потока от стоек диффузора и наличия циркуляционной зоны за втулкой. Дополнительный подвод воздуха в диффузор лишь незначительно снижает эффективность системы, а значит, может быть применен в газотурбинной установке.

 

44 Турбовинтовентиляторный двигатель для легкомоторной авиации и беcпилотников

А.Б. Агафонов Б.Н. Агафонов (к.т.н.) – ООО «Энерготех»

А.А. Савицкий – ООО «АЛС Северо-Запад»

Ключевые слова: двигатель винтовентиляторный, параметры газодинамического цикла, компрессор центробежный, редуктор, турбина центростремительная

Аннотация

Описана конструкция малоразмерного винтовентиляторного двигателя, обладающего минимальными габаритами и массой; удельным расходом топлива, соответствующим классу крупноразмерных авиационных двигателей. Указаны причины, приведшие к усложнению конструкции двигателя, а также объяснены достоинства и недостатки принятых технических решений. Переход к двухконтурной схеме потребовал существенного пересмотра конструктивной схемы: включение редуктора, имеющего четыре перебора для привода вала вентилятора, в котором установлена вращающаяся топливная форсунка. Повышение жёсткости высокооборотного ротора достигнуто увеличением его диаметра так, чтобы окружная скорость центров тяжести тел качения и сепараторов подшипников не превышала допустимых значений. Для этого наружная обойма подшипников качения установлена внутри вала вентилятора, который вращается в противоположную сторону относительно вала турбокомпрессора. Особенностью двигателя является широкое (до 40 %) использование в конструкции хорошо отработанных узлов и агрегатов авиадвигателей данного класса. Исходя из технологической и производственной целесообразности выполнено деление двигателя на конструктивные модули, часть которых прошла этап опытного изготовления. Показано, что несмотря на конструктивную сложность двигателя, современные технологии позволяют реализовать его рентабельное производство.

 

Двигатели внутреннего сгорания

48 Исследование механизмов влияния эксплуатационных препаратов «Револмод» на характеристики двигателей внутреннего сгорания

А.Ю. Шабанов (к.т.н.), А.А. Сидоров (к.т.н.) – ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

И.Ф. Пустовой, Е.О. Сушков - ООО «Револмод»

Ключевые слова: трибологические испытания, трение, износ, дизельное топливо, бензин, эффективная мощность, механические потери, дымность, токсичность отработавших газов

Аннотация

В статье рассматривается принцип организации комплексной обработки поршневого ДВС, включающей в себя безразборную обработку основных узлов трения двигателя триботехническим составом, в ходе которой производится частичное восстановление их геометрии и формируются специальные защитные слои, снижающие мощность трения в них. Одновременно с использованием специальных многофункциональных присадок в топливо обеспечивается очистка рабочих поверхностей камеры сгорания, впускной и выпускной системы. Это улучшает процесс сгорания топлива и процесс наполнения цилиндров, стабилизирует температурное состояние двигателя без вывода двигателя из штатной эксплуатации. Методика иллюстрируется результатами, полученными в ходе стендовых моторных испытаний полноразмерного двигателя. Помимо данных результатов, применение описанной триботехнической обработки позволяет снизить интенсивность изнашивания узлов трения двигателя, повысить надежность его работы, а также улучшить пусковые характеристики двигателя в холодное время года. Кроме того, позволяет снизить расход масла на угар и повысить ресурс работы моторного масла, что в совокупности существенно снижает эксплуатационные затраты на обслуживание парка транспортных средств.

 

54 Контроль подготовки топливовоздушной смеси в газопоршневом двигателе – гарантия его эффективной работы

Д.С. Колесов – ООО «НПО ТЕХ»

 

Новые разработки

58 Энергетические решения для развития отечественного двигателестроения

О.А. Шестаков - ООО «Трансмашхолдинг-Энергетические решения»

АО «Трансмашхолдинг» (ТМХ) является крупнейшим в России разработчиком и производителем подвижного состава для железнодорожного и городского рельсового транспорта, а также среднеоборотных двигателей различного назначения. Создание новых моделей подвижного состава и двигателей осуществляют инжиниринговые компании - «ТМХ Инжиниринг» и Инжиниринговый центр двигателестроения ТМХ.

 

60 Передовые технологии обработки компании «Лазеры и аппаратура»

А.Л. Цыганцова – ООО «НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ»

Развитие любой отрасли техники сегодня невозможно представить без применения новых технологий, которые значительно повышают качество и сроки изготовления продукции, ремонта и восстановления деталей. Применение оборудования и технологий научно-производственного центра «Лазеры и аппаратура» позволяет заказчику решать сложные технологические задачи и выпускать передовую продукцию.

 

64 Газопоршневые установки Jichai поставлены на Черногорскую ТЭЦ

Я.Ю. Сигидов (к.т.н.), Е.Ю. Шныров (к.т.н.) – АО «Интертехэлектро»

Сяоли Мэн - CNPC Jichai Power Company Ltd.

Электростанция мощностью 96 МВт обеспечит энергией производственные объекты горно-обогатительного комплекса на базе Черногорского месторождения медно-никелевых руд, расположенного в 15 км от г. Норильска (Красноярский край).

 

Распределенное производство энергии

68 Собственная генерация – повышение надежности электроснабжения и сокращение расходов на электроэнергию

В.С. Абрамов, И.Э. Магдиев, А.И. Семенов - ООО «Меридиан Энерго»

Неотъемлемой частью многих современных предприятий, тепличных и производственных комплексов является потребность в электроэнергии. Собственная генерация обеспечивает энергетическую независимость предприятия, позволяет существенно улучшить экономику проекта и повысить надежность электроснабжения.

 

Аналитика, обзоры

72 Сжигание низкоуглеродных и безуглеродных топлив в газопоршневых и газотурбинных установках

Б.А. Рыбаков (к.т.н.), М.А. Савитенко – АНО «Водородные технологические решения»

О.А. Сиделев – ООО «Хуасюнь Групп Ру»

А.И. Счастливцев, к.т.н. – «ФГБУН Объединённый институт высоких температур РАН»

Ключевые слова: газопоршневая установка, газотурбинная установка, метан, пропан, бутан, СПГ, водород, аммиак, этанол, метанол, дизельное топливо, выбросы СО, СО₂, выбросы NO_x

Аннотация

В статье рассматривается опыт сжигания низкоуглеродных и безуглеродных топлив на транспорте и в судовых энергоустановках с целью определения возможности применения отработанных решений в малой энергетике. Проведен обзор статей, посвященных сжиганию смеси метана и водорода, а также смеси водорода и аммиака в газопоршневых и газотурбинных установках малой мощности. При анализе публикаций был сделан акцент на определение параметров, которые приводят к снижению СО₂, СО и NO_x. Приведено сравнение удельных массовых выбросов СО₂ на тонну дизельного топлива, пропана, бутана, СПГ, этанола и метанола, а также сравнение отношения массы СО₂ перечисленных выше топлив к массе СО₂, образующегося при сжигании эквивалентной массы метана. Описаны особенности процесса сжигания водорода, аммика, смесей метана и водорода, а также смеси водорода и аммиака. Анализ приведенных результатов показывает, что в контексте программы по снижению выбросов в атмосферу парниковых газов и вредных веществ век генераторных установок на базе ДВС и ГТУ не закончен.

 

80 Аналитический обзор характеристик и особенностей конструкции современных паровых и газовых турбин

Н.А. Забелин (д.т.н.), Е.Ю. Семакина (д.т.н.), М.Ю. Боршош, Н.А. Курилец – ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

Ключевые слова: газотурбинные установки, паротурбинные установки, суперсверх-критические параметры, ССКП

Аннотация

Обеспечение эффективности электростанций путем использования новых технологий, соответствующих высоким запросам энергетической отрасли, является одним из важных приоритетов в области развития электроэнергетики. Исследование параметров проектируемых турбин важно для определения потенциала в сфере улучшения энергоустановок, разработки и внедрения инновационных решений в данной области. Отвечая высоким требованиям к характеристикам энергетических агрегатов, ведущие мировые компании активно разрабатывают новые технологии и работают над более продуктивным применением уже имеющихся. Каждый проект имеет особенности, которые зависят от условий эксплуатации, исходных ограничений по схемным, компоновочным и конструктивным решениям. В статье представлены современные инженерные решения и характеристики установок в области паро- и газотурбиностроения на примере ведущих зарубежных компаний. Проведено сравнение параметров энергетических установок большой мощности, представлен аналитический обзор самых эффективных из них. Рассмотрены причины целесообразности развития паротурбиностроения с использованием ССКП, также рассмотрена отечественная паровая турбина на суперсверхкритических параметрах пара, исследованы параметры проектируемых турбин на ультрасверхкритические параметры.

 

Атомная энергетика

90 Ядерный реактор ВВЭР-1000 как источник энергии для производства водорода на основе высокотемпературного парового электролиза

Садеги Хашаяр (к.т.н.), Газаи Сейед Хади (к.т.н.), Е.А. Соколова (к.т.н.), К.А. Найпак – ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

Ключевые слова: ядерное производство водорода, ядерная когенерация, высокотемпературный паровой электролиз, минимизация коэффициента потерь мощности, приведенная стоимость

Аннотация

Высокотемпературный паровой электролиз (ВТПЭ) – одно из немногих решений, которое может внести свой вклад в смягчение глобальных последствий изменения климата, особенно в сочетании с атомной электростанцией (АЭС). При соответствующей комбинации совместной генерации на основе легководных реакторов с оптимизированной системой рекуперации энергии можно обеспечить требования к установкам для производства водорода на основе ВТПЭ и АЭС.

Основным преимуществом интеграции системы ВТПЭ в легководный реактор является использование небольшой части генерируемого тепла в ядерном реакторе для превращения питательной воды водорода в пар.

В данной работе с помощью программы Aspen HYSYS проведено детальное моделирование ядерной когенерационной установки, включающей реактор ВВЭР-1000, промежуточный контур и модульную установку ВТПЭ. Необходимый пар для ВТПЭ отбирается сразу после парогенератора. Разработана новая программа для экономической оценки производства ядерного водорода. Установлено, что стоимость производимого водорода варьируется от 4,1 до 4,168 $/кг для крупных и малых установок. Кроме того, общий КПД АЭС увеличивается на 5% для крупномасштабной установки ВТПЭ. Рисунки в настоящей статье (1–6) и таблицы (1, 2) иллюстрируют результаты проведенных исследований.

 

Компрессорные установки

98 Проблемы вибрации центробежных компрессорных машин

В.К. Юн (д.т.н), Н.М. Иванов (к.т.н.) – АО «НЗЛ»

Ключевые слова: компрессор, вибрация, ротор, муфта, подшипники скольжения, демпфирование, циркуляционные силы, устойчивость колебаний

Аннотация

В статье приведены данные исследований по влиянию соединительных зубчатых и гибких пластинчатых муфт на вибрацию роторов ЦКМ. Показано, что пластинчатые муфты могут вызывать дополнительную вибрацию из-за погрешностей в изготовлении и сборке. Представлены новые зависимости для оценки дополнительного демпфирования в сегментных подшипниках скольжения, связанные с движением сегментов при прецессии ротора. Приведены экспериментальные и расчетные данные по амплитудам колебаний цапф натурного агрегата, полученные с учетом дополнительного демпфирования в подшипниках. Полученные результаты позволяют более точно рассчитать уровень вибрации ротора при малой отстройке от критических частот. Даны рекомендации по назначению оптимальных зазоров в сегментных подшипниках.

Рассмотрена особенность колебаний осевого компрессора с повышенной податливостью статорных элементов. Даны предложения по подходу к анализу и выявлению возможных причин повышенной вибрации. Приведены зависимости для оценки циркуляционных газодинамических сил, которые действуют в проточной части центробежного компрессора и способны вызвать автоколебания роторов. Представлены результаты экспериментального исследования автоколебаний ротора высокооборотного компрессора с высокими значениями давления и плотности перекачиваемого газа. В спектре вибрации с повышенным уровнем преобладала составляющая с близкой к первой критической скорости частотой. Даны рекомендации по повышению области устойчивой работы роторов. В частности, устранение автоколебаний ротора достигнуто снижением закрутки газового потока на входе в усиковые уплотнения и применением на думмисе сотовых уплотнений.

 

Эксплуатация, сервис

106 Определение теплофизических характеристик эфирных смазочных масел для ГТД расчетными способами

С.Ю. Поляков (к.т.н.), В.К. Фадеев, И.Р. Урмеев – ООО «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий – Газпром ВНИИГАЗ»

А.Ю. Денисов – АО «НПЦ Спецнефтьпродукт»

Ключевые слова: газотурбинные двигатели, системы смазки, смазочные масла, теплофизические характеристики, экспериментальные и расчетные методы.

Аннотация

Теплофизические характеристики применяемых смазочных масел (плотность и теплоемкость) оказывают прямое воздействие на охлаждение опор газотурбинных двигателей.

В современных газотурбинных двигателях используются масла, изготовленные на различных базовых компонентах: минеральные и гидрокрекинговые масла, полиальфаолефины, эфиры. Для анализа режима работы опор газотурбинных двигателей необходимо иметь температурные зависимости плотности и теплоемкости смазочных масел.

В статье рассмотрены различные расчетные зависимости плотности смазочных масел от температуры. Установлено, что рассматриваемые расчетные зависимости не обладают достаточной точностью при расчете плотности масел на основе эфиров во всем температурном диапазоне их применения. Рекомендован способ расчета плотности смазочных масел по двум опорным точкам, полученным экспериментально.

Подтверждена допустимость использования формулы Крего для расчета теплоемкости эфирных масел.