От редакции

6 Развитие российского машиностроения в руках молодых инженеров и ученых

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

 

Интервью

8 Национальный исследовательский университет «МЭИ» – лидер в подготовке кадров для передовых отраслей экономики

Квалифицированные специалисты – одна из важнейших составляющих успешного функционирования и развития таких сложных высокотехнологичных наукоемких отраслей, как энергетика и машиностроение. Национальный исследовательский университет «МЭИ» многие годы является ведущим вузом по подготовке инженерных и научных кадров для энергетики и машиностроения: конструкторов энергетического оборудования, проектировщиков тепловых и атомных электростанций, автономных энергообъектов, систем тепло- и электроснабжения, а также эксплуатирующего персонала объектов энергетики.

 

Газотурбинные установки

12 Методика исследования лопатки вентилятора авиационного газотурбинного двигателя на ударную прочность при попадании постороннего предмета

В.В. Барсков (д.т.н), М.К. Канакин, Ю.В. Матвеев (к.т.н.), Е.И. Окунев — Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Ключевые слова: двухконтурный двигатель, турбореактивный двигатель, защита от попадания посторонних предметов, попадание птиц

Аннотация

Авиационный газотурбинный двигатель является наиболее подверженным попаданию посторонних предметов элементом летательного аппарата. В процессе эксплуатации ГТД их попадание может привести к частичному или полному разрушению двигателя.

В работе представлена классификация по причинам повреждения, по источникам повреждений, путям попадания посторонних предметов (ПП) в двигатель и мерам безопасности. Проанализировано явление попадания различных ПП в авиадвигатель гражданского лайнера, его причины и последствия.

Рассмотрены разные способы защиты двигателей. В исследовании сравниваются два профиля лопатки вентилятора ГТД одинаковой высоты, с одинаковой хордой в корне (нового и старого поколения), применяемых в гражданской авиации, с тем чтобы разработать методику анализа влияния попадания ПП в проточную часть.

Были выбраны материал и форма предмета, который по своим свойствам с большой степенью достоверности моделирует возможные влияния на двигатель при столкновении с ПП.

В представленной работе смоделировано столкновение ПП с профилями обоих типов. Получены напряженно-деформированные состояния лопаток при попадании предмета на разной высоте лопатки. Исходя из результатов моделирования сделан вывод о преимуществе использования лопатки сложного профиля.

 

18 Предприятие «СТГТ»: современный облик и цели обновленной компании

В.А. Конашков, В.В. Филиппов, П.Н. Сиротинкин — ООО «Современные технологии газовых турбин»

Российское высокотехнологичное предприятие «Современные технологии газовых турбин» постоянно расширяет ассортимент выпускаемой продукции - элементов газотурбинных установок большой мощности, а также наращивает объемы ремонта и обслуживания энергетического оборудования - газовых и паровых турбин, электрогенераторов. Компания обеспечивает надежную эксплуатацию все большего количества парогазовых электростанций, являющихся базовыми в энергосистеме Российской Федерации.

 

22 Исследование взаимозаменяемости деталей, изготовленных методом 3D-печати из полимерных материалов, при осуществлении оперативного ремонта

В.В. Барсков (д.т.н), К.С. Котов (к.т.н), М.А. Лаптев, Г.А. Рощенко, А.Г. Пулин — Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Ключевые слова: оперативный ремонт, аддитивные технологии, 3D-печать, мобильные ремонтные комплексы, обратный инжиниринг, газотурбинные двигатели, прочность, гармонические колебания, тепловое состояние

Аннотация

Сегодня одним из приоритетов технологического прогресса является развитие передовых технологий. К таким технологиям относится аддитивное производство, которое может быть реализовано в автономных мобильных комплексах для выполнения оперативного ремонта. Такие комплексы предназначены для экстренного восстановления работоспособного состояния объекта в случае удаленности от ремонтных цехов. Ремонтные комплексы активно применяются во многих странах, что позволяет повысить срок службы и ресурс эксплуатируемых объектов.

В статье исследуется целесообразность применения деталей, изготовленных из полимерных материалов с помощью аддитивных технологий, для осуществления оперативного ремонта на примере детали, установленной на газотурбинном двигателе (ГТД).

Исследование производится путем численного моделирования реальных рабочих условий для двух геометрически идентичных деталей, выполненных из разных материалов (силумин и полиамид-12), с последующей оценкой теплового состояния, статической и динамической прочности.

Авторами были смоделированы приближенные к реальности условия работы корпуса, проведена оценка полученных результатов и сделан вывод о возможности и целесообразности применения деталей, выполненных из полимерного материала, для проведения оперативного ремонта.

 

30 Развитие систем фильтрации и применение высокоэффективных HEPA фильтров

Е.В. Арахланов — Затонская ТЭЦ ООО «БГК»

А.Р. Богдан — ООО «ЕМВ фильтртехник рус»

В.Д. Буров, к.т.н. — НИУ «Московский энергетический институт» (МЭИ)

В.И. Быличкин, Ю.А. Макаркин — ООО «Пауэр Инжиниринг Технолоджиз»

Ключевые слова: газотурбинная установка, комплексное воздухоочистительное устройство, фильтрация рабочего тела ГТУ, загрязнение воздуха, деградация мощности ГТУ

Аннотация

В работе рассмотрена одна из основных проблем газовых турбин – качество подготовки рабочего тела ГТУ и защита двигателя от попадания инородных частиц. Как известно, в атмосферном воздухе содержится огромное количество примесей, поэтому системы фильтрации входящего воздуха необходимы для любой ГТ. Из простых систем удаления грубых твердых частиц они эволюционировали в сложные системы фильтрации, удаляющие как твердые, так и жидкие частицы. Это обусловлено тем, что газовые турбины становятся все более чувствительными к попадающим в нее инородным частицам, что в свою очередь связано с повышением рабочих температур и увеличением расхода воздуха при работе современных ГТУ. Низкое качество входящего воздуха может существенно повлиять на работу, производительность и срок службы ГТУ.

Последствиями некачественной подготовки воздуха являются загрязнение, эрозия и коррозия – эти процессы приводят к деградации мощности газовой турбины. Для минимизации данного эффекта в КВОУ ГТУ устанавливаются высокоэффективные фильтры HEPA в качестве финишной ступени очистки. Но из-за широкого диапазона размеров частиц, содержащихся в атмосферном воздухе, одного высокоэффективного фильтра недостаточно – необходимы фильтры предварительной очистки.

 

36 Первый опыт применения ГТУ-25П для производства СПГ

М.А. Снитко, П.М. Морозов — АО «ОДК-Авиадвигатель»

С 2021 года в проекте «Ямал-СПГ» (ПАО «НОВАТЭК») эксплуатируется газоперекачивающий агрегат для производства сжиженного природного газа (СПГ). Приводом компрессорной установки по производству СПГ является газотурбинная установка ГТУ-­25П с двигателем ПС­-90ГП­-25 разработки и производства предприятий «ОДК-Авиадвигатель» и «ОДК-Пермские моторы» (входят в объединенную двигателестроительную корпорацию Ростеха).

 

Эксплуатация, сервис

40 Увеличение межсервисного интервала для газовых турбин SGT5-2000E и SGT5-4000F

А.Ю. Павлов, Н.А. Ефимов, В.Ю. Сазонов — ООО «Современные технологии газовых турбин»

Реализация опций гибких интервалов межсервисного обслуживания газовых турбин является в настоящее время одной из наиболее востребованных разработок ООО «СТГТ» для энергообъектов России. Данное решение реализуется квалифицированными специалистами за счет корректировки программного обеспечения в системе автоматического управления ГТУ с изменением температуры в камере сгорания. Благодаря наличию собственного программно-аппаратного стенда-симулятора, специалистам ООО «СТГТ» в результате работы удается достичь поставленной цели без какого-либо риска повреждения основного оборудования и обеспечить непрерывность работы энергообъектов.

 

42 НПП «Уральская лаборатория вибрации»: системный подход к построению системы управления жизненным циклом энергетического оборудования

М.А. Биялт (к.т.н.), Е.В. Бочкарев — ООО НПП «Уральская лаборатория вибрации»

Д.С. Кшесинский — АО «Аппекслаб»

А.Ю. Култышев, д.т.н. — АО «Конструкторское бюро «Рысь»

Наукоемкость и сложность задач, которые требуется решить в рамках построения системы управления жизненным циклом турбинного оборудования на текущем этапе развития энергетической инфраструктуры, диктует необходимость проведения комплексных исследований отраслевого масштаба. Они должны быть направлены на совершенствование существующих и разработку принципиально новых подходов и методов мониторинга, диагностики, наладки, а также организации ремонтно-технического обслуживания. Современная концепция управления жизненным циклом должна отвечать текущим реалиям и базироваться на принципах персонифицированного подхода к оценке технического состояния турбоустановок, позволяющего максимально учитывать индивидуальные конструктивные особенности и условия эксплуатации оборудования.

 

48 Локализация удаленных цифровых сервисов энергетических установок

А.Ю. Павлов, И.А. Фасхутдинов, А.Ю. Лошаков — ООО «Современные технологии газовых турбин»

Удаленный мониторинговый центр ООО «СТГТ» позволяет не только совершенствовать подготовку технического обслуживания энергетических установок, но и обнаруживать неполадки в их работе до возникновения критических ситуаций, заблаговременно давать заказчикам рекомендации по возникающим дефектам, а также экономить значительные ресурсы, связанные с ремонтом и заменой оборудования. Благодаря компетенциям департамента сервиса ООО «СТГТ» и собранной базе данных о работе энергоустановок, специалистам УМЦ удается предотвращать потенциальные аварийные ситуации, эффективно идентифицировать и устранять неисправности в работе энергоустановок, что в свою очередь обеспечивает непрерывность работы энергообъектов, с минимальными задержками.

 

Компрессорные установки

52 Исследование влияния эрозионного износа рабочих лопаток осевой компрессорной ступени на их прочностные характеристики

В.Л. Блинов (к.т.н), Е.С. Бабкин, И.С. Зубков, Т.А. Недошивина (к.т.н), И.Е. Алексеев — ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Ключевые слова: газотурбинная установка, осевой компрессор, эрозионный износ, численное моделирование, статическая прочность, модальный анализ

Аннотация

В работе представлены результаты исследования влияния эрозионного износа на прочностные характеристики рабочих лопаток осевого компрессора. Рассмотрена проблема появления эрозии и ее влияние на различные характеристики работы как осевого компрессора, так и всей газотурбинной установки. Цель работы сформулирована как оценка влияния эрозионного износа на прочность и вибронадежность.

В качестве объекта исследования в работе выбрана рабочая лопатка модельной трансзвуковой ступени осевого компрессора NASA Stage 37. Основным методом проведения исследования выступало численное моделирование напряженно-деформированного состояния рабочей лопатки осевого компрессора методом конечных элементов для оценки и определения влияния геометрических отклонений на ее прочностные и вибрационные характеристики.

В статье представлен анализ результатов расчетов статической и динамической прочности: определено положение концентраторов напряжений на пере лопатки и проведена верификация модели по значениям максимальных напряжений, возникающих в данной области, сформирована зависимость изменения напряжений от изменения массы лопатки, вызванной эрозионным износом, построена диаграмма Кэмпбелла и определены первые шесть частот собственных колебаний, их виды и характер их изменения при наличии эрозионного износа.

 

58 Поршневые и винтовые компрессорные установки разработки и изготовления ООО «ИНГК»

О.В. Бычков, С.В. Кудрявцев, М.И. Ладейщиков, И.А. Странкалс, И.И. Турусов — ООО «ИНГК»

 

64 Программный комплекс для расчета рабочего колеса центробежного компрессора

В.В. Барсков (д.т.н), А.И. Мариняк — Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Аннотация

Ключевые слова: проектирование, предварительный расчет, параметры входа, геометрия, критическое сечение, потери, центробежный компрессор, рабочее колесо, методика, программный комплекс, приложение

Методика проектирования рабочего колеса центробежной ступени компрессора включает семь основных этапов: предварительный расчет, расчет параметров входного сечения, расчет геометрических характеристик, расчет параметров критического сечения, расчет выходного сечения без учета потерь, пересчет выходных характеристик с учетом влияния потерь и профилирование рабочего колеса (РК) центробежного компрессора.

На первом этапе, предварительном расчете, определяются основные параметры компрессора, необходимые для дальнейшего проектирования. Расчет параметров входа позволяет установить начальные условия потока на входе в колесо. В ходе расчета геометрии проектируются размеры и форма лопаток колеса, что важно для его аэродинамической эффективности. Расчет параметров критического сечения учитывает условия в наиболее нагруженной зоне колеса, обеспечивая равномерное распределение давления и температуры. Оценка параметров выходного сечения без учета потерь определяет базовые характеристики производительности компрессора.

Следующий этап включает расчет потерь, что позволяет более точно моделировать реальные условия эксплуатации компрессора и корректировать выходные характеристики с учетом влияния потерь. Завершающим этапом является профилирование рабочего колеса, оптимизирующее форму и расположение лопаток для обеспечения максимально эффективной работы компрессора.

Методика также предусматривает создание программного комплекса под ОС Windows, что облегчает процесс проектирования и позволяет пользователю моделировать и оценивать несколько потенциальных конфигураций компрессора [1].

 

От молодых специалистов

72 Обратный инжиниринг в авиационном двигателестроении: решение обратной задачи в проектировании компрессора

А.И. Мариняк, Г.А. Рощенко — Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Ключевые слова: обратный инжиниринг, осевой компрессор, компрессоростроение, авиационное двигателестроение, РД-33, компрессор высокого давления, многоступенчатый компрессор, приведенные параметры, математическое моделирование, проточная часть

Аннотация

Современные авиационные двигатели требуют все более высоких показателей тяги и эффективности для обеспечения их оптимальной работы. К ключевым компонентам, влияющим на эти показатели, относятся осевые компрессоры. Для модернизации их конструкции важно постоянно осваивать и внедрять новые методы расчетов, проектирования и технологии изготовления. Одним из таких методов является обратный инжиниринг, который позволяет оптимизировать процесс проектирования и значительно снижает затраты на реализацию новых конструктивных и технологических решений.

Обратный инжиниринг в проектировании авиационного компрессора представляет собой анализ существующих компонентов с целью дальнейшего улучшения его газодинамических характеристик, что включает в себя детальное изучение геометрии, материалов и рабочих параметров компрессоров. Применение обратного инжиниринга в авиационной отрасли стало особенно актуальным в связи с необходимостью модернизации существующих моделей двигателей ранних поколений и разработкой новых, более эффективных с точки зрения технико-экономических показателей. Таким образом, использование обратного инжиниринга при проектировании авиационных компрессоров представляет собой перспективный способ повышения эффективности и надежности авиационных двигателей.

В данном исследовании рассматривается применение метода обратного инжиниринга при проектировании авиационного компрессора, а именно – решение прямой и обратной задачи при расчете компрессора высокого давления (КВД) двигателя типа РД-33.

 

Гидротурбинные установки

80 Исследование влияния эжекции струйного насоса на истечение свободной струи

М.А. Бирюлин, А.В. Волков (д.т.н.), К.Е. Денисов, А.К. Лямасов (к.т.н.) — Национальный исследовательский университет «Московский Энергетический Институт» (МЭИ)

Ключевые слова: ГЭС, ГАЭС, регулирование, струйный насос, эжекция, ковшовая гидротурбина

Аннотация

В представленном материале рассматривается возможность использования струйного насоса (СН) в качестве элемента направляющего аппарата ковшовой гидротурбины с целью улучшения показателей качеств ков. Задача исследования - определить влияние СН на режим работы гидротурбины и его эффективность при различных вариантах установки. В статье представлено описание принципа работы СН в гидравлической системе водовода ГЭС и содержание натурного эксперимента. Проведение эксперимента обусловлено необходимостью установить характер свободной струи на выходе из струйного насоса, что, в свою очередь определяет возможность инсталляции струйного насоса на месте сопла направляющего аппарата ковшовой гидро-турбины. Эксперимент предусматривал изменение площади выходного сечения СН с целью имитации различного положения иглы сопла направляющего аппарата. Визуальная оценка истечения струи из выхода струйного насоса в атмосферу и сравнение со струей из цилиндрического насадка позволяет полагать о возможности использования СН в качестве органа регулирования активных гидротурбин, поскольку он не оказывает существенного влияния на внешний вид и длину струи. Таким образом, данная статья представляет собой один из этапов исследования возможности использования СН в качестве регулирующего элемента ковшовых гидротурбин и открывает перспективы для дальнейших исследований в этой области.

 

Паротурбинные установки

84 Совершенствование жизненного цикла паротурбинного оборудования

Д.С. Кшесинский, А.Ю. Култышев (д.т.н.) — АО «Конструкторское бюро «Рысь»

Ключевые слова: паровая турбина, паротурбинная установка, жизненный цикл изделия, стадии ЖЦИ, цифровая трансформация, повышение эффективности ЖЦ

Аннотация

Совершенствование инструментов, средств и методик, позволяющих оптимизировать жизненный цикл основного и вспомогательного паротурбинного оборудования, является исключительно важной задачей.

Необходимо формировать системный и комплексный подход к решению многочисленных задач, возникающих на всех этапах жизненного цикла оборудования, преимущественно на первых этапах конструкторско-технологической подготовки производства, что является самым эффективным и менее затратным. Дополнительно следует анализировать возможности и усиливать извлекаемый технико-экономический эффект от внедрения и совершенствования конструкции оборудования и на следующих этапах жизненного цикла, начиная от производства и эксплуатации до обслуживания и ремонта. Это позволяет добиваться большего эффекта, чем реализация на данных этапах таких мероприятий, как совершенствование режимов работы, программ технического обслуживания, технологий ремонта и т.д.

В статье показано, что решение задач автоматизации работы оборудования может решаться на разных уровнях и с различной долей автономности (узла, системы, оборудования, комплекса и паротурбинной установки), когда она рассматривается с учетом влияния на ее параметры и режимы работы смежного оборудования, например, котельного, генераторного или других комплексов основного и вспомогательного оборудования исследуемого энергоблока [1-5].

 

Выставки, конференции

90 II конференция по проблемам сохранения ресурса и повышению надежности работы ГТУ

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

Конференция, проходившая в начале июня на площадке ОАО «НПО «ЦКТИ», была посвящена повышению эффективности подготовки воздуха на входе в газотурбинный двигатель и смазывающих жидкостей ГТД, снижению эксплуатационных издержек, повышению надежности систем ГТД и энергоблока в целом. Организаторами выступили НПО «ЦКТИ», ООО «ЕМВ Фильтртехник рус», ООО «Фильтрационная техническая компания», ООО «С-Техникс».