От редакции

6 Полет человека в космос ознаменовал новую эру в развитии человечества

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

 

8 Инвестиции в будущее: в УрФУ открыта новая офис-аудитория

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

 

Интервью

12 ООО «РЕНН-К»: эволюция от сервисного подрядчика к технологическому партнеру полного цикла

Р.Р. Хуснутдинов — ООО «РЕНН-К»

 

Газотурбинные установки

14 Комплексные решения при проектировании и изготовлении ВОУ ГПА и энергетических агрегатов «Иртыш»

О.В. Бычков, С.Ф. Машанов — ООО «ИНГК»

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

Ключевые слова: воздухоочистительное устройство, газотурбиннаяустановка, газоперекачивающий агрегат, CFD-моделирование, модульнаяконструкция, энергоэффективность

Аннотация

В статье представлены этапы выполненых работ ООО «ИНГК» по разработкеи изготовлению воздухоочистительных устройств (ВОУ) для газоперекачивающих агрегатов и энергетических агрегатовбольшой мощности, отмечены их основные особенности. Рассмотрен комплексCFD-программ и методик многооперационных расчетов, применяемых для решения задач проектирования, определенияконструктивных решений, обоснования оптимизации конструкции, снижения аэродинамического сопротивления.

Представлена концепция выбора конструктива и унификации элементов ВОУ модульного построения. Отмечены ряд особенностей и принятых технических решений, направленных на повышение надежности и энергоэффективности элементов конструкции. Особое внимание уделено ВОУ для энергетических агрегатов большой мощности, описаны конструктивные особенности и характеристики выполненных проектов. Рассмотрены технологии изготовления элементов ВОУ, применяемые передовые методы изготовления, контроля и испытаний.

 

22 Новая методика обратного проектирования турбинных лопаток ГТУ вместо классического реверс-инжиниринга

Н.С. Павлов, М.С. Бахмицкий (к.т.н.), А.В. Михайлов — АО «Силовые машины»

М.А. Голубцов — Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Ключевые слова: реверс-инжиниринг, турбинная лопатка, газовая турбина, методология

Аннотация

В работе рассматриваются существующие методики реверс-инжиниринга высокотехнологичных деталей на примере турбинных лопаток.
На основе литературного анализа, а также исходя из собственного опыта реверс-инжиниринга деталей горячей части турбины иностранного производства предлагается структура методологии обратного проектирования, которая позволит воссоздать турбинную лопатку не в отрыве от всей газотурбинной установки (ГТУ), а с учетом тепловых,
газодинамических, прочностных и иных расчетов объекта исследования, подтвержденных компьютерным моделированием процессов и, в конечном счете, натурным экспериментом.

Обратное проектирование рассматривается с двух сторон: с одной стороны, как классический подход к реверс-инжинирингу, применяемый большинством компаний, а с другой стороны, как метод последовательных расчетов, описывающих процессы и условия работы.
Заключительная часть статьи содержит уникальную дорожную карту, описывающую последовательность этапов реверс-инжиниринга турбинной лопатки. В работе не ставится задача глубокого погружения в конкретный этап обратного проектирования, а предлагается рассмотреть структуру новой методики и обосновать неприменимость классического подхода.

 

28 Устройства и элементы ВЗТ и КВОУ энергетических ГТУ: их влияние на эффективность ГТУ

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

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

Ключевые слова: газотурбинная установка, комплексное воздухоочистительное устройство, воздухозаборный тракт, диссипативные пластинчатые шумоглушители, аэродинамическое сопротивление, акустическое воздействие, система фильтрации

Аннотация

Современная энергетика характеризуется устойчивой тенденцией к увеличению доли газотурбинных и парогазовых установок в структуре генерирующих мощностей. Высокая маневренность, сравнительно низкие капитальные затраты и экологичность делают ГТУ одним из ключевых элементов современной энергетической инфраструктуры. Развитие парогазовой генерации закреплено в официальной Стратегии низкоуглеродного развития до 2050 года, где ПГУ являются одной из приоритетных технологий для обеспечения растущего спроса на электроэнергию при снижении выбросов. В процессе эксплуатации ГТУ через компрессор проходит огромный объем атмосферного воздуха.

Для современных энергетических ГТУ мощностью 100…300 МВт массовый расход воздуха может достигать 300…800 кг/с. Следует отметить, что каждый элемент воздухозаборного тракта имеет определенное аэродинамическое сопротивление, которое складывается из разных факторов (назначения, конструкции, геометрии и расположения).
В работе рассмотрены элементы ВЗТ и дана их характеристика. Приведена классификация комплексных воздухоочистительных устройств по конструктивным особенностям. Разработана блок-схема влияния элементов тракта на технико-экономические показатели работы ГТУ.

 

36 Применение аддитивных технологий при производстве ГТУ: опыт, проблемы и перспективы

Я.В. Афанасов, Н.С. Афонин, В.В. Кувшинов — ПАО «Калужский двигатель»

 

38 Моделирование гибридной установки на базе ГТЭ-65 и высокотемпературных топливных элементов

Е.Ю. Золотухина — АО «Силовые машины»

И.Д. Аникина (к.т.н.), К.А. Найпак — ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

Ключевые слова: газотурбинная установка, твердооксидные топливные элементы, гибридная энергетическая установка, внутренний риформинг

Аннотация

Работа направлена на повышение эффективности газотурбинной установки за счет создания гибридной энергоустановки на базе ГТЭ-65 производства АО «Силовые машины» и высокотемпературных топливных элементов. В ходе исследования разработана методика расчета твердооксидного топливного элемента с валидацией данных на основе экспериментальных результатов и термодинамических уравнений с учетом внутренних потерь топливного элемента. Разработана математическая модель комплексного расчета гибридной установки при различных нагрузках подачи пара из топливного элемента в камеру сгорания газовой турбины.

Проанализированы преимущества и недостатки метода внутреннего риформинга путем паровой конверсии метана для получения водорода. При заданных параметрах получено увеличение электрического КПД до 39% и мощности до 286 МВт. Показано, что внедрение высокотемпературных топливных элементов в схему ГТУ приводит к значительному увеличению ее эффективности и сопровождается ростом затрат на топливо. В качестве направлений для дальнейших исследований предложено изучение выбросов из топливных элементов и газовой турбины, а также проведение расчетов технико-экономических параметров для определения целесообразности внедрения гибридной установки.

 

Технологии

44 Влияние послойной проволочной наплавки на структуру и свойства титанового сплава ВТ6

А.С. Ермолаев, А.В. Котельников, А.А. Бондарева, Е.М. Лизунов — АО «ОДК-Авиадвигатель

Ключевые слова: аддитивные технологии, послойнаяпроволочная наплавка, титановый сплав ВТ6

Аннотация

В работе представлены результаты проведенного в АО «ОДК-Авиадвигатель» экспериментального исследования о влиянии послойной проволочной наплавки на структуру и механические свойства титанового сплава ВТ6 в составе лопаток газотурбинного двигателя. Актуальность работы обусловлена необходимостью повышения технологичности производственного процесса, а также надежности и эффективности современных отечественных газотурбинных двигателей при одновременном снижении их массы и стоимости изготовления.
Целью исследования является изучение влияния технологии послойной проволочной наплавки на характеристики титанового сплава ВТ6. В ходе работы проведены комплексные испытания 18 образцов лопаток на предел выносливости и последующий контроль, а также металлографический анализ исследуемых образцов.
Результаты показали, что предел выносливости образцов лопаток с наплавленным пером превышает аналогичный показатель образцов без наплавки на 15%. При этом диапазон напряжений при испытаниях на усталость у образцов с наплавкой существенно ниже (22% против 44%).
Металлографический анализ выявил единичные несплавления глубиной до 0,25 мм, которые не оказывают влияния на усталостную прочность.

 

48 Сравнительный анализ эффективности отечественных технологических турбокомпрессорных агрегатов для УКЛ-7

Г.Б. Уфлянд, С.Л. Шамеко (к.т.н.) — ООО «ТурбоРеф Инжиниринг»

 

Технологии

52 Рабочее колесо тихоходного центробежного насоса с подвижной лопастной решеткой

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

Ключевые слова: центробежный насос, тихоходный насос, рабочее колесо насоса, лопастная решетка, адаптивная лопастная система, оптимизация проточной части

Аннотация

Центробежные насосы с низким коэффициентом быстроходности широко применяются в промышленности, однако имеют низкую энергоэффективность из-за конструктивных особенностей. В статье предложен способ повышения энергоэффективности, основанный на вращении лопастей рабочего колеса в процессе эксплуатации: каждая лопатка может вращаться относительно собственной оси, что позволяет изменять диффузорность межлопастного канала и выходные углы, улучшая согласование режимов течения.
Методика расчета адаптивной лопастной системы включает в себя проектирование рабочего колеса и разработку механизма поворота лопаток. Проведенные CFD-расчеты показали, что при увеличении расхода угол охвата каждой лопасти должен уменьшаться, а ее угол на выходе возрастать, входная кромка при этом остается неизменной. Визуальное представление полученного результата показало, что вращение лопасти определенным образом может дать схожий эффект. Дальнейшие расчеты уточнили диапазон углов поворота лопасти и зависимость положения лопатки от подачи. Последующие численные исследования и натурный эксперимент подтвердили, что изменение положения лопаток повышает энергоэффективность агрегата. Кроме того, подвижная лопастная решетка существенно преобразует форму напорно-расходной характеристики, что может использоваться для регулирования в ограниченном диапазоне. Полученные результаты подтверждают перспективность адаптивной лопастной системы как технического решения для улучшения целевых функционалов насосных агрегатов.

 

58 Газодизельные энергоблоки «ТМХ» установят на острове Шикотан

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

 

Паротурбинные установки

62 Исследование лопаточного аппарата турбины ПР-20-90/10-09М за пределами срока службы изделия

И.С. Хахалев — ПАО «Калужский турбинный завод»

Ключевые слова: лопаточный аппарат, паровая турбина, исследование структуры металла

Аннотация

В статье рассмотрены основные критерии проектирования и изготовления лопаточного аппарата в ПАО «Калужский турбинный завод». Акцентировано внимание на факторах выбора конкретной геометрии для лопаточного аппарата на этапе разработки конструкторской документации в текущее время на Калужском турбинном заводе.
Приведена история модернизации и дальнейшей эксплуатации паровой турбиныПР-20-90/10-09М, изготавливаемой предприятием, на Воронежской ТЭЦ-1, которая эксплуатируется до настоящего времени за пределами гарантированного срока службы изделия.
Описана дефектация 15-й ступени паровой турбины ПР-20-90/10-09М, отработавшей в проточной части 42 года до момента капитального ремонта изделия.
Указаны характеристики и используемый материал лопатки 15-й ступени паровой турбины ПР-20-90/10-09М, а также приведены параметры рабочего тела в ступени.
Проанализированы остаточные свойства материала лопатки на предмет соответствия химического состава и механических свойств с действующими нормативными показателями для данного материала, которые использует ПАО «Калужский турбинный завод» для изготовления лопаточного аппарата в настоящее время.
Приведена и проанализирована микроструктура материала лопатки 15-й ступени паровой турбины с разной степенью увеличения, показаны наиболее глубокие дефекты, которые были получены в ходе эксплуатации паровой турбины ПР-20-90/10-09М.
Сделан вывод о пригодности материала лопатки 15-й ступени паровой турбины ПР-20-90/10-09М после выхода за пределы срока службы изделия.

 

68 Разработка и внедрение электромеханического валоповоротного устройства для турбины ПР-30/35-8,8/1,0 на Северской ТЭЦ

М.Е. Матюшенко, М.А. Хотеев, Н.А. Шуленин, А.В. Романенко — ПАО «Калужский турбинный завод»

Ключевые слова: валоповоротное устройство, паровая турбина, ротор, электромеханический привод, гидравлический привод, эксплуатационные режимы

Аннотация

В статье рассмотрены основные критерии проектирования и изготовления лопаточного аппарата в ПАО «Калужский турбинный завод». Акцентировано внимание на факторах выбора конкретной геометрии для лопаточного аппарата на этапе разработки конструкторской документации в текущее время на Калужском турбинном заводе.
Приведена история модернизации и дальнейшей эксплуатации паровой турбиныПР-20-90/10-09М, изготавливаемой предприятием, на Воронежской ТЭЦ-1, которая эксплуатируется до настоящего времени за пределами гарантированного срока службы изделия.
Описана дефектация 15-й ступени паровой турбины ПР-20-90/10-09М, отработавшей в проточной части 42 года до момента капитального ремонта изделия.
Указаны характеристики и используемый материал лопатки 15-й ступени паровой турбины ПР-20-90/10-09М, а также приведены параметры рабочего тела в ступени.
Проанализированы остаточные свойства материала лопатки на предмет соответствия химического состава и механических свойств с действующими нормативными показателями для данного материала, которые использует ПАО «Калужский турбинный завод» для изготовления лопаточного аппарата в настоящее время.
Приведена и проанализирована микроструктура материала лопатки 15-й ступени паровой турбины с разной степенью увеличения, показаны наиболее глубокие дефекты, которые были получены в ходе эксплуатации паровой турбины ПР-20-90/10-09М.
Сделан вывод о пригодности материала лопатки 15-й ступени паровой турбины ПР-20-90/10-09М после выхода за пределы срока службы изделия.

 

74 Автофретирование турбинных дисков

С.В. Киселев, Н.А. Шуленин, А.В. Романенко — ПАО «Калужский турбинный завод»

Ключевые слова: турбинные диски, предел текучести, рабочие и остаточные напряжения, эксплуатационная надежность, натяг, посадка, ротор, проточная часть

Аннотация

Статья посвящена исследованию процесса автофретирования применительно к дискам паровых турбин, испытывающим значительные механические напряжения в условиях эксплуатации. Основное внимание уделено изучению распределения напряжений в материале диска после процедуры автофретирования, а также оценке влияния технологии на повышение усталостной долговечности и надежности конструкции.
Авторы рассматривают теоретические основы метода, включая механизмы формирования остаточных сжимающих напряжений и их влияние на распределение рабочих растягивающих усилий. В статье приведены сведения о применяемом в ПАО «Калужский турбинный завод» способе снижения напряжений в ступице турбинного диска с целью повышения надежности работы данного узла и его срока службы. Приведены экспериментальные зависимости скорости вращения диска при автофретировании от предела текучести материала. Описана конструкция установки для автофретирования турбинных дисков производства Калужского турбинного завода и принцип ее работы. Обозначены основные преимущества применения автофретирования при изготовлении проточных частей паровых турбин модельного ряда завода.
Статья предназначена для инженеров-конструкторов, исследователей и специалистов, занимающихся разработкой и проектированием высоконагруженных элементов энергетического оборудования, а также студентов старших курсов и аспирантов соответствующих специальностей. Она представляет интерес как фундаментальное исследование в области машиностроения и материаловедения и как руководство по практической реализации технологий улучшения качества деталей турбоустановок.

 

82 Новые разработки

Первая отечественная разработка лазерно-электроэрозионного оборудования и технологии гибридной обработки

А.И. Берестевич (к.т.н.), А.А. Орлов (к.т.н.) — ПАО «ОДК-Сатурн»

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

Ключевые слова: лазерно-электроэрозионная обработка, газотурбинные двигатели, жаропрочные сплавы, термозащитное керамическое покрытие

Аннотация

В статье рассматривается актуальная задача перфорации глубоких охлаждающих отверстий в лопатках газотурбинных (ГТД) и турбореактивных (ТРД) двигателей, изготовленных из жаропрочных никелевых сплавов с современными термозащитными керамическими покрытиями.
Подробно анализируются мировые и отечественные подходы к решению задачи, включая гибридные технологии. Основное внимание уделено разработке и внедрению отечественного комплекса для гибридной лазерно-эрозионной обработки, объединяющщей лазерную абляцию керамики и электроэрозионное формирование отверстий на единой координатной системе под управлением одной ЧПУ.
Описаны ключевые технические решения: использование пикосекундного лазера для «холодной» обработки, создание собственной системы управления эрозионным процессом с обратной связью, разработка алгоритмов для точного совмещения геометрии отверстий при сложной 5-координатной обработке.
Представлены результаты применения отечественного комплекса для гибридной лазерно-эрозионной обработки, реализованного специалистами ПАО «ОДК-Сатурн» и
НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ». Показаны основные преимущества нового оборудования, алгоритмы управления и технологические возможности, позволяющие повысить качество и производительность ответственных деталей авиационных двигателей.

 

88 Интеллектуальная облачная платформа для эксплуатации и обслуживания микроэнергосистем и электростанций

А.Н. Золотов — ООО «Хатрако»

 

Эксплуатация, ремонт

92 Ремонт шраудов газовой турбины выполнила компания «РОТЕК КМ» 

В.В. Пигалев – ООО «РОТЕК Компоненты и Материалы»

 

Эксплуатация, сервис

94 Выбор турбинных масел: от традиционных испытаний к реальной эффективности 

И.А. Степанков - ООО «С-Техникс»

 

Гидротурбинные установки

98 Влияние геометрии элементов проточной части на биобезопасность гидротурбин

М.А. Бирюлин, А.В. Волков (д.т.н.), Д.В. Мылкин (к.т.н.), А.В. Остякова (к.т.н.), И.А. Амелюшкин (к.ф-м.н.) — Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Ключевые слова: ГЭС, проточная часть, CFD, осевая гидротурбина, биологическая безопасность

Аннотация

В статье исследовано влияние геометрии рабочего колеса осевой гидротурбины на энергетические показатели и биобезопасность при прохождении рыб через проточную часть гидроагрегата. В ANSYS Workbench разработана параметрическая 3D-модель с целью изучения однокритериального влияния изменений, вносимых в традиционную конструкцию рабочего колеса, на биобезопасность.
В качестве изменяемых величин последовательно использовались толщина, угол охвата и число лопастей рабочего колеса осевой гидротурбины. Для расчетной модели выполнена оценка сеточной сходимости по гидравлическому КПД. Численное моделирование проведено в стационарной постановке с применением модели турбулентности k–e. Достоверность CFD-моделирования подтверждена стендовыми испытаниями на гидротурбинном стенде НИУ «МЭИ» с погрешностью результатов порядка 2%.
Оценка биобезопасности выполнена с помощью алгоритма на основе анализа гидродинамических стрессоров, определяющих риск травмирования (перепады давления, сдвиговые напряжения и вероятность контакта с лопастями).
По результатам серии расчетов получены зависимости «мощность – биобезопасность», позволяющие количественно определять баланс между производимой мощностью и экологическими ограничениями.

 

Нашим учителям

104 Б.М. Трояновский – это 1500 инженеров, более 60 лет научно-технического творчества

В.Г. Грибин (д.т.н.), Т.В. Богомолова (д.т.н.) — Национальный исследовательский университет «МЭИ»

 

История

108 65 лет первому полету человека в космос 

А.Ю. Култышев (д.т.н.), А.Д. Капралов — журнал «Турбины и Дизели»

 

Формула российской турбины

114 С 1680 по 1882 год

 

Плакаты

120 Тепловая электрическая станция, работающая на угле