От редакции

6 Инженеры всей России - объединяйтесь!

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

 

Интервью

8 Сегодня у предприятия «РОТЕК КМ» передовые технологические возможности

A.М. Иващенко - ООО «РОТЕК Компоненты и Материалы»

 

Газотурбинные установки

12 Оценка теплового состояния ГТУ на переходных режимах работы

М.А. Гуськов, Р.Ф. Султанов, И.А. Лбов — АО «Силовые машины»

Ключевые слова: газовая турбина, нестационарный теплообмен, гидравлическая модель, система вторичного воздуха, осесимметричная модель

Аннотация

В работе описывается подход к оценке теплового состояния газотурбинной установки на переходных режимах работы путем сопряжения 1D гидравлической модели системы потоков вторичного воздуха и 2D термомеханической модели всего двигателя. Гидравлический расчет выполнен в программных пакетах, разработанных в СКБГТУ АО «Силовые машины».

Осесимметричная совместная тепловая и структурная модели сформированы в Ansys Workbench. Для сопряжения указанных моделей в единую расчетную модель разработан код на языке программирования Python, в котором путем последовательных приближений производится взаимная увязка теплового состояния, механических деформаций и параметров потоков вторичного воздуха. Модель разработана для оценки теплового состояния ГТУ по циклу работы, формирования граничных условий третьего рода с учетом подогрева воздуха в каналах системы охлаждения. Полученные результаты можно использовать при расчете величин радиальных и осевых зазоров между элементами ротора и статора и для уточнения термодинамической модели ГТУ путем учета величин отборов воздуха на переходных режимах работы.

Проведено сравнение полученных результатов с методом, в котором конвективные граничные условия получаются путем масштабирования по результатам расчета термодинамической модели ГТУ на переходных режимах. Рассмотрено влияние подогрева воздуха в каналах вторичной системы ГТУ на изменение величины градиента температуры в дисках турбины в процессе их нагрева и охлаждения. Сделаны заключения о применимости приведенных в данной работе подходов к оценке теплового состояния ГТУ.

 

Газотурбинные установки

18 Исследование структуры и свойств хромистой мартенситной стали X12CrMoWVNbN10-1-1 для диска газовой турбины ГТЭ-65.1

Р.М. Шамсутдинов, А.В. Строителева «АО «Силовые машины»

Ключевые слова: диск турбины ГТЭ-65, хромистая сталь, мартенсит, механические свойства, микроструктура, термическая обработка

Аннотация

В современном энергетическом машиностроении наблюдается тенденция повышения рабочих параметров (температура, давление, скорость), которые требуют применения сплавов повышенной прочности, в частности повышенной жаропрочности, что вновь делает актуальным вопрос применения хромистых сталей мартенситного класса [1].

Эти стали восполняют «температурный разрыв» между низколегированными сталями перлитного класса и высоколегированными аустенитного класса. Применение 12%-х хромистых сталей рассчитано на интервал температур 560...620 оС, при этом основное преимущество по сравнению с низко- и среднелегированными сталями перлитного класса заключается в повышенной стойкости к газовой коррозии [1], а главный недостаток – в высоком разбросе свойств и пониженных вязкопластических характеристиках для заготовок большого сечения.

По заказу компании «Силовые машины» на мощностях ООО «АЭМ–Спецсталь» (филиал АО «АЭМ–Технологии») и с использованием технологии этого предприятия изготовлены заготовки из стали Х12CrMoWVNbN1011 для проекта ГТЭ-65. Свойства заготовок были регламентированы техническими требованиями на поставку.

В работе проведено исследование однородности свойств и структуры по сечению диска после полного цикла изготовления и корреляции свойств сдаточных проб со свойствами в объеме диска. Предложены направления по корректировке технологии, приведены результаты испытаний заготовок после корректировок.

  

22 Локализация, инновации, новые возможности ООО «СТГТ» в обслуживании и ремонте газовых турбин в обслуживании и ремонте газовых турбин

В.В. Филиппов – ООО «Современные технологии газовых турбин

  

26 Анализ температурного состояния охлаждаемой лопатки турбины большой мощности при переходе от воздушного охлаждения к паровому

Н.С. Павлов   АО «Силовые машины»

В.В. Барсков (д.т.н.), М.А. Лаптев, М.А. Голубцов, И.Р. Нурков, К.А. Алисов — Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Ключевые слова: турбомашины, CFD-расчет, тепловое состояние лопатки, система охлаждения лопатки

Аннотация

В последнее время в нашей стране идет активное создание линейки собственных газовых турбин. Наряду с разработкой и наладкой серийного производства отечественных ГТУ большой мощности возрастает актуальность исследования возможных вариантов модернизации турбин. Один из таких вариантов – охлаждение горячего тракта турбинного узла, которое снижает термические нагрузки тела, тем самым повышая ресурс и эффективность работы. Перспективным способом является паровое охлаждение, которое способно поглощать большее количество теплоты посредством изменения агрегатного состояния.

В статье представлены результаты исследования о влиянии типа охладителя на температурное состояние лопаток стационарных турбин большой мощности на примере направляющей лопатки первой ступени SGT5-2000E (ГТЭ-160). Показана разница в эффективности воздушного и парового охлаждения, обоснованы преимущества использования пара в качестве охладителя высокотемпературных стационарных ГТУ.

  

32 НПК «Пермские моторы» 90 лет в авиации и промышленном турбостроении

Д.Д. Сулимов – НПК «Пермские моторы»

 

40 Газотурбинный двигатель АЛ-41СТ-25 введен в опытно-промышленную эксплуатацию на компрессорной станции «Арская»

В.Ю. Иванов, А.А. Заломов – ООО «ОДК Инжиниринг»

 

42 Численное исследование характеристик центробежной форсунки ГТД

А.А. Бондарчук, В.В. Барсков (д.т.н.), М.А. Лаптев, А.М. Балакин, М.А. Голубцов, К.А. Алисов — Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

А.А. Каровецкий — АО «ОДК-Климов

Ключевые слова: центробежная форсунка, камера сгорания, турбомашины, газотурбинный двигатель, горение топлива, CFD-расчеты, двухфазное течение, дробление капель жидкости, распыливание топлива

Аннотация

В статье представлено исследование геометрических и гидравлических характеристик центробежной форсунки тангенциального типа с диаметром сопла 1,35 мм, диаметром камеры закрутки 2 мм и плечом закрутки 0,7 мм. Также дан сравнительный анализ методики, основанной на использовании полуэмпирических зависимостей, и методики численного CFD-расчета многофазного течения в трехмерной постановке. CFD-расчет проводился на основе RANS-модели турбулентности (k-ω SST) и метода Volume-of-fluid (VOF). Расчетные данные, полученные по этим методикам, были сопоставлены со значениями, полученными в ходе проведенного эксперимента над исследуемой форсункой. Итоговые значения указывают на хорошую увязку экспериментальных данных с результатами обеих расчетных методик.

Также в статье изложены преимущества использования численных методов расчета центробежных форсунок при проектировании и доводке распылительных устройств газотурбинных двигателей. CFD-расчет позволяет с большей точностью определить характеристики центробежных форсунок на ранних стадиях проектирования и выявлять их зависимость от вносимых изменений в геометрию форсунки.

 

48 Компания «ИНГК» изготавливает энергетические агрегаты мощностью 2 МВт на базе ГТД собственной разработки

О.В. Бычков, И.И. Турусов, С.В. Хмелев - ООО «ИНГК»

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

 

Паротурбинные установки

50 Расчетно-экспериментальный анализ аналитических моделей оценки потерь энергии в решетках турбомашин

В.Г. Грибин (д.т.н.), Д.М. Андрианов, А.Ю. Макаров, В.В. Попов (к.т.н.), Л.Л. Цецхладзе — ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Ключевые слова: проточная часть турбины, турбинная решетка, модель потерь энергии, алгоритмы расчета, суммарные потери, профильные потери, концевые потери, экспериментальные исследования, классификация потерь энергии

Аннотация

Расчет аэродинамической эффективности проточных частей паровых и газовых турбин – одна из ключевых задач при проектировании энергетических установок, поскольку она влияет на КПД и эксплуатационные характеристики, которые зависят от потерь энергии в сопловых и рабочих решетках. Существует большое количество расчетных методик оценки потерь в решетках турбомашин, каждая из них разработана с определенными допущениями, а также с учетом геометрии профиля решетки и режимных параметров. Численные оценки потерь могут отличаться и давать результат с большей или меньшей погрешностью: некоторые методики могут быть более точными для определенных диапазонов скоростей потока или для решеток определенной геометрии, в то время как другие – менее точные или совсем неприменимые для рассматриваемых условий.

В работе проведен анализ ряда наиболее часто применяемых расчетных моделей и алгоритмов оценки потерь энергии. Для этого выполнены расчеты потерь по различным методикам и сопоставлены с экспериментальными значениями профильных потерь в рабочем диапазоне скоростей в ступенях паровых и газовых турбин, которые получены в лаборатории кафедры паровых и газовых турбин им А.В. Щегляева.

 

56 Разработка высокоэффективной проточной части цилиндра высокого давления ПТ мощностью 300 МВт с использованием многокритериальной оптимизации

А.Д. Градусов, Н.Е. Иванова, О.А. Кругликова, А.М. Тюхтяев — АО «Силовые машины»

Ключевые слова: паровая турбина, рабочая лопатка, направляющая лопатка, проточная часть, оптимизация, КПД

Аннотация

Компанией «Силовые машины» разработана методика проектирования лопаточного аппарата с использованием оптимизированного алгоритма, позволяющая создавать высокоэффективные проточные части паровых турбин. Создание высокоэффективных проточных частей паровых турбин является необходимым условием конкурентоспособности на мировом рынке.

На примере паровой турбины мощностью 300 МВт рассмотрены подходы к оптимизации лопаточного аппарата проточной части цилиндра высокого давления (ЦВД) с целью получения оптимальной геометрии и повышения КПД.

Выполнена серия сопоставительных газодинамических расчетов в трехмерной постановке задачи, которая подтвердила оценку прироста экономичности новых рабочих лопаток на различных режимах работы паровой турбины. Оптимальный запас прочности новых рабочих лопаток подтвержден прочностными расчетами методом конечных элементов.

Разработана конструкторская документация лопаточного аппарата ЦВД, предназначенная для использования в проектах новых, а также модернизируемых паровых турбин типа К, КТ (для ТЭС) мощностью от 300 до 350 МВт.

 

62 Внедрение и реализация модульных конструкций паровых турбин

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

Ключевые слова: паровая турбина, модуль, модульная конструкция, жизненный цикл, оптимизация конструкции

Аннотация

Рассматриваются специальные вопросы сопровождения жизненного цикла (ЖЦ) паровых турбин и паротурбинных установок, решение которых направлено на сокращение затрат на конструкторско-технологическую подготовку производства и собственно изготовление, выполнение требований проекта и интересов заказчика, который будет эксплуатировать такое оборудование в конкретных условиях объекта.

Для достижения этих целей решаются задачи по повышению уровня унификации путем внедрения модульного проектирования, сокращения номенклатуры модулей, используемых для компоновки оборудования, а также сокращения линейки турбинного оборудования, которая удовлетворяет всем запросам рынка. Совершенствование инструментов и средств разработки, производства, эксплуатации и управления жизненным циклом основного и вспомогательного оборудования позволяет оптимизировать процессы сопровождения ЖЦ на всех этапах – от разработки до эксплуатации и обслуживания оборудования.

Это, в свою очередь, приводит к исключению дублирования работ, конструкций и технологий, выстраивает общую линию развития предприятий-участников ЖЦ в пользу системного подхода с одновременным повышением уровня унификации оборудования и процессов, а значит, и к повышению эффективности сопровождения ЖЦ рассматриваемого оборудования.

 

Новые разработки

68 Блок привода газоперекачивающих и энергетических агрегатов производства ООО «ИНГК»

С.И. Бурдюгов (д.т.н.), О.В. Бычков, С.В. Кудрявцев, С.Ф. Машанов, А.С. Печенкин – ООО «ИНГК» 

 

72 Разработка спортивных автомобилей – ступень в развитии студентов - будущих российских инженеров

А.С. Алешина (к.т.н.), А.А. Метелев, В.Б. Иванов, Г.А. Репман, К.Е. Аникеев, А.В. Кобзев,

Д.А. Семенин — Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Ключевые слова: встраиваемые системы, пневматическая система, впускная система, аэродинамика болида, автоспорт, гоночный болид, OptimumLap, Ansys Fluent, CFD, LS-DYNA

Аннотация

Автоспорт является платформой для инноваций и технологического прогресса. Многие технологии, разработанные для гоночных автомобилей, впоследствии находят применение в серийных автомобилях, улучшая их безопасность, эффективность и экологичность. Кроме того, автоспорт способствует экономическому развитию, привлекая инвестиции в автомобильную и смежные отрасли.

В статье представлен ряд систем, являющихся одними из ключевых для гоночных болидов, на примере болида команды «Формула Студент» Polytech North Capital Motorsport. Приведены алгоритмы и схемы электронной системы управления автомобилем, выполнена оценка погрешности измерения хода подвески ±2,5 мм.

Устройство для переключения передач, описанное в работе, позволяет сократить время смены передачи до 0,2 c. Выпускная система, выполненная с помощью аддитивных технологий, позволяет достигнуть уровня шума до 109 дБ без увеличения противодавления.

Статья включает описание этапов разработки аэродинамического пакета. Рассматривается применение программного обеспечения OptimumLap для определения целевых характеристик аэродинамического пакета. Приведенные прототипы деформируемого элемента предполагают использование технологии программируемой деформации.

 

Эксплуатация, сервис

80 ООО «ТурбоСервис Рус» завершило большую инспекцию газовой турбины на Кировской ТЭЦ-3

О.В. Шевченко, В.В. Лудченко, К.Р. Водопьянов - ООО «ТурбоСервис Рус»

 

84 Адсорбция и применение спрессованной целлюлозы для фильтрации шлама, лака и минимизации лаковых отложений

С.С. Долгополов – ООО «Фильтрационная техническая компания»

  

Выставки, конференции

88 Невская энергетическая перспектива 2024. Будущее энергетического комплекса России

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

 

92 LXХI научно-техническая сессия РАН по проблемам газовых турбин

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

 

Двигатели внутреннего сгорания

94 Российское предприятие «РУМО»: 150 лет развития

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

 

Атомные электростанции

96 Анализ влияния коэффициента потери мощности на стоимость опреснения морской воды с помощью атомной электростанции

У.Д.С. Гунасекара, А.А. Калютик (к.т.н.), Х. Садеги (к.т.н.), С.Х. Газа (к.т.н.), Е.А. Соколова (к.т.н.),

К.А. Найпак — Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

В.Ю. Стрелков — ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Ключевые слова: АЭС, опреснение морской воды, технологии опреснения морской воды, экономическая оценка опреснения, потребление энергии, многоступенчатое опреснение

Аннотация

За последние десять лет увеличилось количество исследований, посвященных экономической эффективности использования атомной энергии для опреснения воды. Основная цель работы – оценка коэффициента потери мощности в системах многоступенчатого опреснения совместно с атомными электростанциями.

Исследование связывает технические и экономические аспекты, показывая, что увеличение производства воды ведет к росту затрат, но улучшение темпов производства снижает общие затраты на энергию и эксплуатацию.

Главная задача – получить результаты по коэффициенту потерь мощности и эффективности когенерационной электростанции.

В частности, получен КПМ 7,6% при увеличении общих тепловых затрат, что является оптимальным вариантом для минимизации тепловых затрат. В то же время обеспечивается десятикратное увеличение суточного объема воды при минимальных затратах и поддержании высокой эксплуатационной эффективности когенерационной станции.

 

Аналитика, обзоры

104 Оценка показателей системной надежности  компрессорных станций и магистральных газопроводов

В.А. Щуровский, к.т.н. — ООО «Газпром ВНИИГАЗ»

Ключевые слова: магистральный газопровод, газоперекачивающий агрегат, системная надежность

Аннотация

В статье представлены новые методические подходы в процессе оценки системной надежности современных магистральных газопроводов (МГ).

Рассматривая МГ как сложную техническую систему, эти подходы включают в себя комбинацию из трех базовых составляющих:

• потери производительности (пропускной способности) при отключении газоперекачивающих агрегатов, рассматриваемые как параметрический отказ МГ;
• показатели надежности ГПА (традиционные показатели готовности и технического использования);
• размерность ГПА и, как следствие, их количество в составе компрессорной станции и в составе МГ.

Методы анализа: модификация гидравлических расчетов, вероятностная оценка времени техобслуживания и ремонта (ТОР) и вынужденного простоя (ВП), элементы вероятностной комбинаторики.

Резервирование ГПА предложено выполнять по схеме: количество установленных агрегатов для режима проектной пропускной способности МГ принимается равным количеству рабочих плюс ремонтных ГПА, необходимых для обеспечения всех видов ТОР (включая ВП), т.е. без резервных ГПА, для режима проектной производительности всегда должен обеспечиваться один (или более) резервный агрегат.

Предложена универсальная формула оценки коэффициента надежности МГ и рекомендации для ее применения на предпроектной стадии, когда конкретные характеристики газокомпрессорного оборудования еще не выбраны.

 

Автоматизированные системы управления

112 Оценка интерфейсов систем диагностики и мониторинга энергетического оборудования по методике предварительного анализа удобства использования

Б.Е. Мурманский (д.т.н.), А.Н. Сергеев — Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

Ключевые слова: системы технической диагностики, системы мониторинга, энергетическое оборудование, турбинное оборудование, человеко-машинное взаимодействие, эргономика интерфейса, пользовательский интерфейс

Аннотация

В статье на выборочных примерах показана возможность применения методики «предварительного» анализа удобства использования для оценки интерфейсов систем технической диагностики (СТД).

Качество взаимодействия пользователя с СТД во многом определяется степенью удобства эксплуатации (usability). Существует большое количество критериев для оценки такого рода удобства: как общих принципов [1-7], не поддающихся точному измерению, так и вполне конкретных метрик [8-13], вычисляемых математически по результатам тестирования программного продукта на пользователях. Однако пользователи СТД – узкий круг высококвалифицированных специалистов, ограниченных во времени, что существенно сужает возможности для проведения полномасштабного тестирования. Поэтому авторы предлагают [14] внедрить в процесс проектирования СТД этап предварительной оценки системы (ЭПОС), что существенно сократит временные затраты на этапе тестирования удобства использования. ЭПОС включает в себя экспертную оценку интерфейса по ряду параметров, предложенных специально для «предварительного» анализа удобства СТД, а также оценку интерфейса пользователями по показателю UMUX-Lite.

Статья фокусируется на практическом применении «предварительного» анализа удобства для оценки СТД. Примеры использования предложенной методики на реальных системах демонстрируют ее эффективность и целесообразность энергетической отрасли.