От редакции

6 Надежный фундамент уральской школы турбостроения

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

 

Интервью

8 О актуальных вызовах и развитии энергосистемы

Ф.Ю. Опадчий — АО «Системный оператор Единой энергетической системы»

 

Представление компании

12 Уральская лаборатория вибрации: 10 лет в движении и развитии

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

Д.С. Кшесинский — АО «Конструкторское бюро «Рысь»

Р.Б. Колесников — АО «Аппекслаб»

 

Газотурбинные установки

14 Комплексный подход к энергоснабжению: эффективность без зависимости от импорта

А. Ф. Рамазанов – АО «ГТ Энерго»

 

18 Разработка программного обеспечения для проведения теплового расчета котлов-утилизаторов для газотурбинных двигателей

К.А. Алисов, В.В. Барсков (д.т.н.), М.А. Голубцов, М.А. Лаптев, А.Г. Пулин, И.Ю. Талабира —

ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

Ключевые слова: газотурбинные двигатели, котлы-утилизаторы, программирование, регрессионный анализ, температура горения топлива, тепловой расчет, теплофизические свойства

Аннотация

Традиционные методы расчета котлов-утилизаторов для газотурбинных двигателей с внешним подводом отличаются высокой трудоемкостью и недостаточной точностью. Разработан программный комплекс на языке Python для автоматизации теплового расчета котлов-утилизаторов газотурбинных установок с акцентом на определение температуры горения топлива.

Предложенное решение основано на регрессионном анализе экспериментальных данных с использованием i-t-диаграмм, что позволило вывести математические модели для теоретической и балансовой температур. Учтена зависимость теплофизических свойств воздуха и топлива от температуры. Верификация на четырех типах мазута М-40 подтвердила точность: отклонения от нормативной методики не превышают 0,33%, коэффициенты детерминации математических моделей составили 0,975 и 0,997.

В целом, данное программное обеспечение ускоряет процесс проектирования энергообъектов и повышает эффективность тепловых процессов.

 

24 Влияние системы фильтрации воздуха на компоненты горячей части газовой турбины

А.Р. Богдан, Н.А. Синютин, В.В. Тишков, Ю.А. Макаркин — ООО «ЕМВ фильтртехник рус»

Ключевые слова: газотурбинная установка, комплексное воздухоочистительное устройство, защитные покрытия лопаток, лопатки газовой турбины, износ деталей горячей части ГТ

Аннотация

Электростанции на базе ПГУ составляют не менее 20% генерирующих мощностей РФ, и в составе большинства из них применяются ГТУ иностранного производства. С окончанием платежей по ДПМ доходы генерирующих компаний сокращаются, в то время как расходы на проведение средних и капитальных ремонтов растут. Самыми дорогостоящими в ремонте и обслуживании являются элементы горячей части ГТ.

Их ресурс является одной из основных проблем при эксплуатации ГТУ, поскольку около половины затрат на техническое обслуживание и ремонт ГТУ можно отнести к затратам на восстановление и замену этих дорогостоящих деталей. Предприятия РФ наладили процессы восстановления и производства отдельных комплектующих методом обратного инжиниринга.

Тем не менее, значительная их часть все еще поставляется из-за рубежа по параллельному импорту, что приводит к увеличению их стоимости в 2-3 раза.

В статье рассмотрены основные механизмы износа лопаток ГТ и их покрытий – термобарьерных, антикоррозионных. Выявлено, что именно эрозионный износ лопаток и их защитных покрытий является первопричиной других видов износа, таких как перегрев и коррозия металла. Причиной эрозионного износа являются инородные частицы, попавшие в проточную часть ГТУ вместе с забираемым из атмосферы воздухом. Ввиду различного агрегатного состояния и химического состава загрязнений в атмосферном воздухе, необходимы мероприятия для предотвращения и минимизации их влияния на проточную часть ГТУ.

 

Интервью

30 Уральская лаборатория вибрации: мониторинг и диагностика как одна из основ надежной работы оборудования

М.А. Биялт, к.т.н. — ООО «НПП «Уральская лаборатория вибрации»

Ключевые слова: рабочие лопатки, моментная развеска, статический момент, моментные весы, расстановка лопаток, неуравновешенность

Аннотация

Статья посвящена проблеме снижения вибрации роторов турбомашин за счет оптимизации моментной развески и расстановки рабочих лопаток. Проанализированы конструкционные и технологические причины возникновения неуравновешенности.

Рассмотрены два основных метода измерения статического момента лопаток – абсолютный и относительный – их преимущества, недостатки и влияние конструктивных особенностей лопаток (наличие замковых вставок, цельнoфрезерованных бандажей) на окончательное качество расстановки.

Подробно разобраны традиционные алгоритмические и современные вероятностные методы расстановки, показавшие на несколько порядков лучшую эффективность в минимизации остаточной неуравновешенности.

Отдельно рассмотрено влияние асимметричной расстановки лопаток на напряженно-деформированное состояние диска, демонстрирующее преимущества несимметричных схем для повышения надежности. Представлены возможности современного программного обеспечения для автоматизации процесса и многокритериальной оптимизации.

 

Технологии

34 Аспекты моментной развески рабочих лопаток турбомашин

М.А. Биялт, к.т.н. — ООО «НПП «Уральская лаборатория вибрации»

Д.С. Кшесинский, К.В. Коновалов, И.В. Урусов, К.А. Щербаков, А.Ю. Култышев (д.т.н.) —

АО «Конструкторское бюро «Рысь»

В.Д. Аншуков — АО «Аппекслаб»

 

42 Анализ механических свойств антифрикционных материалов для гидродинамических подшипников скольжения

Н.Ю. Овчаренко — АО НПК «Промышленные технологии»

Ключевые слова: антифрикционные материалы, узлы трения, подшипники скольжения, полимерные композиционные материалы, баббитовые сплавы, термомеханические исследования, испытания на растяжение, испытания на сжатие, предельная рабочая температура

Аннотация

В условиях ухода из России западных сервисных компаний, а также недостатка достоверной информации о свойствах традиционных баббитовых сплавов обострилась проблема выбора надежных подшипниковых материалов для эксплуатации оборудования при повышенных нагрузках и температурах. Использование распространенных отечественных марок баббитов (Б83, Б16 и др.) часто не обеспечивает требуемого уровня надежности: сплавы склонны к перегреву, пластической деформации и преждевременному износу.

Альтернативой являются полимерные композиционные материалы (ПКМ), характеризующиеся высокой износостойкостью, стабильностью свойств и расширенным диапазоном рабочих температур (до 250 оC). В статье приведены результаты сравнительных исследований механических свойств промышленных ПКМ и баббитов (Б83 и Б16 и иностранного аналога TEGOSTAR 738) в диапазоне температур 80…180 оC.

Результаты показали, что ПКМ существенно превосходят баббиты по всем исследованным показателям. Анализ импортного TEGOSTAR 738 подтвердил отсутствие его принципиальных преимуществ перед отечественными сплавами, что ставит под сомнение целесообразность его применения в условиях высокой стоимости и ограниченной доступности.

Для практического использования предложены коэффициенты превышения прочностных и твердостных характеристик ПКМ относительно баббита Б83, а также определены эквивалентные температуры, при которых материалы демонстрируют равные значения прочности и твердости.

 

50 Диагностирование задеваний роторов о статорные элементы турбоагрегатов

М.А. Биялт (к.т.н.), С.А. Биялт, П.И. Борисов, Е.В. Бочкарев, Д.С. Кшесинский, Р.А. Максимов, Н.Б. Метленко, А.С. Облепов, И.В. Урусов — ООО «НПП «Уральская лаборатория вибрации»

Ключевые слова: вибрационная диагностика, радиальные задевания, аксиальные задевания, термоупругий прогиб, искривление ротора,высокочастотная вибрация, векторный анализ вибрации

Аннотация

Статья посвящена диагностике задеваний роторов о статорные элементы турбоагрегатов. Основное внимание уделяется анализу причин возникновения задеваний, которые авторы классифицируют по трем группам: ошибки сборки, отклонения в системе тепловых расширений, нарушения при пусковых операциях. Подчеркивается, что ключевым следствием задеваний является возникновение термоупругого прогиба ротора, который идентифицируется по росту вибрации опор и показаний искривления ротора.

Наиболее ранним и точным диагностическим признаком задеваний является рост высокочастотной вибрации. Представлен практический опыт идентификации и локализации задеваний и оценки возможных последствий. На основе анализа практического материала показаны различия в проявлении радиальных и аксиальных задеваний. Обозначены перспективы разработки диагностических протоколов для специалистов по наладке и эксплуатации, а также алгоритмов автоматического выявления задеваний.

 

Новые разработки

60 Проблематика и перспективы щеточных уплотнений в турбостроении

С.А. Стрелков, Р.Ю. Борцов, А.И. Лаврентьев — ООО «Ротек Компоненты и Материалы»

Ключевые слова: турбостроение, лабиринтное уплотнение, щеточные уплотнения, коэффициент полезного действия, роторная машина, намотка, радиальные перемещения, рабочая среда, температура, давление

Аннотация

Современное развитие турбостроения напрямую связано с повышением температур и давлений рабочих сред, увеличением скоростей вращения роторов, с уменьшением утечек между вращающимися и неподвижными частями машины. Все это направлено прежде всего на увеличение коэффициента полезного действия и удельной мощности, повышение экономичности, а также на уменьшение воздействия на окружающую среду роторных машин. Проектирование новых и модернизация применяемых уплотнительных узлов роторных машин является одной из важнейших задач для достижения указанных целей с одновременным выполнением требований по надежности, безопасности и долговечности. Одной из проблем применения щеточных уплотнений в России является сложность их коммерческого производства.

Все предпринятые попытки найти рабочую технологию оказались безуспешными. Опыт зарубежных компаний показывает, что на достижение необходимого результата требуется не менее пяти лет. При этом проводятся достаточно сложные научно-исследовательские работы. Естественно, полученные технологии не разглашаются. Основываясь на опыте производства сотовых уплотнений, российская компания «Ротек КМ» впервые разработала экономически выгодную технологию производства щеточных уплотнений.

В ближайшее время уже произведена опытная партия щеточных уплотнений полностью российского производства. Были применены нестандартные методы расчета и проектирования машин, позволяющие проводить такие сложные технологические процессы.

 

64 Технические условия на ГПА серии «Иртыш» мощностью 16 МВт утверждены ПАО «Газпром»

О.В. Бычков, И.И. Турусов (к.э.н.) — ООО «ИНГК»

С.И. Бурдюгов (д.т.н.), С.В. Кудрявцев, С.Н. Шевнин — ООО «ИНГК-Промтех»

 

68 Обратный инжиниринг как средство разработки новых продуктов

К.В. Коновалов, И.В. Урусов, М.А. Котлов, А.Ю. Култышев (д.т.н.), Д.С. Кшесинский —

АО «Конструкторское бюро «Рысь»

Ключевые слова: обратный инжиниринг, реинжиниринг, 3D-сканирование, экспертиза, системный анализ, натурные испытания, турбоагрегаты

Аннотация

В статье рассматривается обратный инжиниринг как один из распространенных инструментов для разработки новых продуктов. Обозначена важность достижения самостоятельных или уникальных результатов в процессе разработки с точки зрения соответствия законодательству в области охраны прав интеллектуальной собственности. Особое внимание уделяется анализу рисков, возникающих при работе со сложными конструкциями и оборудованием, где игнорирование аспектов (функциональное назначение, условия работы, ограничения) может приводить к несоответствию или фактическому отсутствию результатов. Описаны ключевые этапы работ: от системного анализа и формирования требований до проведения испытаний, разработки конструкторской документации и расчетного моделирования.

Подчеркивается важность наличия опыта и профильной экспертизы исполнителя и необходимость тщательного предпроектного анализа для определения границ ответственности и объема работ, а также выбора соответствующих методик и подходов в процессе разработки.

Статья также затрагивает вопросы целесообразности и рациональности применения обратного инжиниринга в сравнении с прямым проектированием и рассматривает его применение для различных типов предприятий (производственных, эксплуатирующих, сервисных).

 

Передовые проекты

76 Энергетические агрегаты «Урал-6000» для Средне-Назымского НГКМ

Д.Д. Сулимов, О.А. Васкецов, А.Е. Калугин, С.Б. Мишенин — АО «ОДК-Авиадвигатель»

 

Аналитика

80 Обзор практических и теоретических аспектов центровки роторов турбоагрегатов

Д.С. Кшесинский, И.В. Урусов, К.В. Коновалов, К.А. Щербаков — АО «Конструкторское бюро «Рысь»

М.А. Биялт (к.т.н.), М.А. Заржицкий, М.А. Томашевский, С.С. Энрольд,  Д.Г. Эсперов (к.т.н.) — ООО «НПП «Уральская лаборатория вибрации»

Ключевые слова: центровка роторов, турбоагрегат, валопровод, статический прогиб, переменные напряжения, динамическая устойчивость, гидростатические нивелирование

Аннотация

Статья посвящена комплексному анализу практических и теоретических аспектов центровки роторов турбоагрегатов. Рассмотрено влияние центровки на надежность работы оборудования, включая возникновение переменных напряжений в роторах, нагрузок на фланцевые соединения и призонные болты, изменение условий работы подшипников скольжения. Особое внимание уделено методикам расчета и контроля центровки, включая применение гидростатического и лазерного нивелирования, а также учет эксплуатационных факторов, таких как тепловые деформации и осадки фундамента.

На примерах конкретных турбоагрегатов показаны последствия некорректной центровки и пути их устранения. Подчеркивается необходимость индивидуального подхода к центровке с учетом конструктивных особенностей каждого турбоагрегата для обеспечения его динамической надежности и долговечности.

 

Гидротурбинные установки

90 Экспериментальное исследование повышенных вибраций крышек гидротурбин в период паводка

П.В. Бабкин, М.С. Замараев, А.А. Конаков — ОАО «НПО ЦКТИ»

Ключевые слова: гидротурбина, проточная часть, вертикальные вибрации, крышка турбины, собственные колебания, стоячая волна

Аннотация

Описывается явление ежегодных повышенных вертикальных вибраций крышек гидротурбин низконапорной ГЭС. Примечательной особенностью этих вибраций является их сезонная изменчивость – «недопустимый» размах колебаний регистрируется только в период весеннего паводка, с середины марта до середины апреля. Для выявления причины происхождения повышенных колебаний крышек гидротурбин ведется анализ записанных в ходе натурных испытаний вибрационных сигналов по их частоте и амплитуде, с учетом режимов работы гидроагрегатов. Показывается, что все стандартные гипотезы (неверная настройка комбинаторной зависимости гидротурбины, интенсивные кавитационные процессы в проточной части, влияние лопаток направляющего аппарата) не могут удовлетворительно объяснить явление сезонного повышения вертикальных вибраций крышек турбин. В связи с этим предлагается гипотеза стоячей волны, образующейся в проточной части гидротурбины между верхним и нижним бьефом. Длина и, соответственно, частота стоячей волны изменяются в зависимости от отметок верхнего и нижнего бьефов. Согласно проведенному в статье анализу, с середины марта по середину апреля отметки бьефов таковы, что частота четвертой гармоники стоячей волны оказывается близка к частоте собственных колебаний крышки турбины, и это, в свою очередь, приводит к явлению динамического усиления колебаний и резкому росту амплитуды вертикальной вибрации крышки турбины.

 

Газопоршневые установки

98 Разработка многокритериального метода выбора газопоршневых установок в условиях санкционного давления

Д.А. Кузнецов — АО «Интертехэлектро»

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

Ключевые слова: газопоршневая установка, ГПУ, многокритериальный выбор, санкции, импортозамещение, распределенная энергетика, энергобезопасность, методика выбора, локализация

Аннотация

Современная геополитическая ситуация и введение ограничительных мер создали беспрецедентные вызовы для российской энергетической инфраструктуры. Обеспечение энергобезопасности требует пересмотра подходов к децентрализованному энергоснабжению, где газопоршневые установки (ГПУ) играют стратегически важную роль. Ключевой проблемой стало технологическое отставание отечественного энергомашиностроения и критическая зависимость от импорта оборудования.

Санкционные ограничения 2022–23 гг. существенно осложнили поставки и техническое обслуживание зарубежных ГПУ ведущих производителей (INNIO Jenbacher, MWM, Caterpillar, MTU, Mitsubishi). В этих условиях разработка научно обоснованного метода выбора ГПУ, интегрирующего оценку технико-экономических параметров, рисков санкционного давления, возможностей импортозамещения и адаптивности к специфическим видам топлива, становится актуальной задачей.

В статье представлена разработка многокритериального метода выбора ГПУ для различных категорий потребителей, обеспечивающего объективность, санкционную устойчивость, топливную эффективность и экономическую целесообразность. Метод анализа иерархий (МАИ) – математический инструмент системного подхода к принятию решений. Метод направлен на преодоление методического вакуума в области сравнительного анализа российских и зарубежных энергоустановок в новых внешнеполитических реалиях.

 

Паротурбинные установки

102 Конструктивная модернизация ПТУ борьба с влажностью и утечками как путь к повышению КПД

Д.А. Трохин — Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Ключевые слова: турбина, утечка, пар, влажность, КПД, конструкция, сопло, цилиндр низкого давления.

Аннотация

Тепловые электростанции, несмотря на свою эффективность, по-прежнему сталкиваются с ограничениями, обусловленными вторым законом термодинамики, другими словами, они не могут преобразовывать всю поступающую энергию в полезную работу. Современные тепловые электростанции обычно достигают КПД от 35 до 49%. Это в свою очередь выдвигает на первый план вопросы, связанные с оптимизацией конструкций паровых турбин, которые обеспечивают работу ТЭС, с целью повышения их экономической и энергетической эффективности. Наряду с разработкой новых жаропрочных сталей ферритного класса, увеличение эффективности работы турбин на сегодня день достигается благодаря внедрению передовых подходов к проектированию парового тракта. Заслуживают внимания также достижения в разработке более длинных лопаток последней ступени, которые еще больше снижают потери на выходе. С учетом отмеченного, в статье рассмотрены перспективные инженерные решения, направленные на улучшение конструкции паровой турбины, которые позволяют решить проблему влажности и утечек, тем самым способствуя росту коэффициента полезного действия. Так, отдельное внимание в процессе исследования уделено конструктрской новации, которая решает проблему утечек в турбинном канале перед отбором, возникающих в результате образования вихревых зон, интенсивных процессов смешения и блокировки потока в теплообменниках. Кроме того, детально описано предложение отечественных ученых, касающееся усовершенствования конструкции расположения по всему периметру внешнего меридионального обвода статорной части турбины последовательных каналов.

 

Выставки, конференции

108 III конференция по проблемам сохранения ресурса, повышению надежности работы ГТУ и компрессорного оборудования

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