От редакции

6 Применение тихоходных ПТУ для АЭС – качественный шаг в Российском энергетическом машиностроении

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

 

История

8 120 лет исполнилось специальному конструкторскому бюро «Турбина»

Н.Н. Полянская, Л.Р. Белякова, В.Д. Гаев (д.т.н.), А.М. Тюхтяев (к.т.н.) — АО «Силовые машины»

 

Паротурбинные установки

16 Одноцилиндровая паровая турбина К-160 для парогазовой установки

Н.Н. Бондаренко, А.Д. Карпов, С.А. Иванов, С.Ю. Евдокимов, В.А. Федотов, А.С. Бойко — АО «Силовые машины»

Ключевые слова: парогазовая установка, одноцилиндровая паровая турбина, осевой выхлоп, численное моделирование, эксперимент

Аннотация

Актуальность темы статьи обусловлена необходимостью импортозамещения и достижения технологического суверенитета РФ в области ПГУ согласно Энергетической стратегии до 2035 года. Развитие ПГУ большой мощности требует создания паровых турбин, адаптированных к широкому диапазону климатических условий и обладающих высокой экономичностью и компактностью. В статье представлены результаты разработки одноцилиндрового конденсационного модуля паровой турбины К-160 с осевым выхлопом для парогазового блока ПГУ-500 (в составе двух газовых турбин ГТЭ-170), а также новые конструкторские решения, обеспечивающие улучшение массогабаритных и эксплуатационных характеристик.

Исследование включало численное моделирование нескольких вариантов конструкции паровпуска (совместно с Московским энергетическим институтом), расчетные и экспериментальные исследования переходного патрубка и выхлопного тракта (совместно с СПбПУ), а также стендовые испытания. Разработанная паровая турбина К-160 обеспечивает высокий уровень экономичности и максимальную мощность в своем сегменте при компактных габаритах, что открывает перспективы для широкого применения одноцилиндровых паровых турбин турбин для блоков ПГУ большой мощности в российской энергетике. Результаты могут использоваться при новом строительстве и техническом перевооружении ТЭС.

 

20 Новые конструкции ступеней турбин с рабочими лопатками длиной 665, 880 и 960 мм

А.А. Ивановский (к.т.н.), В.Р. Вилданов, О.А. Кругликова, А.Б. Богачев,

А.Д. Градусов, А.Д. Карпов — АО «Силовые машины»

Ключевые слова: паровая турбина, рабочая лопатка, последняя ступень, турбинная ступень, прочностной расчет, вычислительная гидродинамика, флаттерный анализ

Аннотация

В рамках усовершенствования паровых турбин для программы модернизации российской тепловой энергетики компанией «Силовые машины» разработаны новые конструкции последних ступеней с рабочими лопатками длиной 665, 880 и 960 мм.

При проектировании новых ступеней применены конструкторские решения, соответствующие передовым мировым практикам турбостроения. Направляющие лопатки имеют навалы в осевом и тангенциальном направлениях.

В диафрагмах предусмотрена внутриканальная система удаления эрозионно опасной влаги. Зазор в периферийной части между диафрагмой и рабочим колесом увеличен для снижения эрозионного износа рабочих лопаток по входным кромкам. Рабочие лопатки имеют цельнофрезерованную бандажную полку и елочное хвостовое соединение. Рабочие лопатки длиной 880 и 960 мм дополнительно оснащены промежуточной интегральной полкой. Для защиты от эрозионного износа входные кромки рабочих лопаток упрочнены при помощи лазерной закалки по российским технологиям.

Высокая экономичность и надежность новых ступеней в широком диапазоне режимов подтверждаются обширным расчетным анализом, а для ступени с рабочими лопатками 880 мм еще и натурными экспериментами. Новые ступени с рабочими лопатками 665 мм разработаны для применения в паровых турбинах типа ПТ-65, ПТ-80, ПТ-100, Т-100; с лопатками 880 мм – в одноцилиндровых паровых турбинах в составе парогазовых установок; с лопатками 960 мм – в паровых турбинах типа К-200, К-300, К-500, К-800.

 

26 Влияние модернизации регулирующего клапана на характеристики работы паровой турбины: расчетное исследование

В.К. Ковалев, В. Мухин, Н.А. Забелин (ä.ò.í.) — ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

Ключевые слова: модернизация, регулирующий клапан, посадочный диаметр, расходные

характеристики, CFD-моделирование, паровая турбина, отбор пара, турбопривод, экономическая эффективность

Аннотация

В первой части работы рассмотрено, как влияет увеличение посадочного диаметра регулирующего клапана паровой турбины и оптимизация организации потока пара на его характеристики. С использованием программы КОМПАС-3D создана твердо-тельная модель модернизированного клапана, в конструкцию которого внесены усовершенствования, не затрагивающие фундаментальных изменений узла.

На основе комплекса Ansys CFX построены сеточные модели течения для исходного и модернизированного вариантов и выполнен их сравнительный расчет. Показано, что предлагаемая модернизация позволяет увеличить расход пара через клапан при одновременном снижении потерь полного давления.

Опираясь на полученные результаты, во второй части работы проанализировано влияние улучшенных характеристик клапана на параметры работы турбины и ее вспомогательного оборудования. Установлено, что снижение потерь давления в клапанном блоке уменьшает необходимое давление на входе в регулирующие клапаны и, как следствие, сокращает расход пара в отборе на турбопривод питательного насоса.

Выполнен расчет изменения параметров турбины и экономический расчет эффективности дополнительной годовой выработки электроэнергии. Показано, что внедрение клапанов конструкции приводит к увеличению выходной мощности паротурбинной установки, а также подтверждена экономическая целесообразность предложенной модернизации.

 

34 Первая отечественная тихоходная турбина для АЭС мощностью свыше 1250 МВт

В.В. Недавний, А.М. Тюхтяев (к.т.н.), С.Ю. Евдокимов, А.М. Миронов (к.ф.-м.н.), О.В. Векшина — АО «Силовые машины»

Ключевые слова: тихоходная паровая турбина, лопатка последней ступени, экспериментальная отработка

Аннотация

В статье описывается новая тихоходная турбина мощностью свыше 1250 МВт производства АО «Силовые машины». На сегодня данная тихоходная турбина является одной из самых перспективных в мире, а ее технические характеристики во многом превышают мировой уровень и создают основу для дальнейшего увеличения единичной мощности турбин.

Показано, что надежность и экономичность турбины обеспечена за счет большого объема проведенных НИОКР с участием ведущих отраслевых организаций и экспериментальной отработке наиболее ответственных узлов на натурных стендах.

Экспериментальная отработка потребовала создания и модернизации целого ряда уникальных стендов, в том числе стенда для отработки отсека ЦНД с лопаткой последней ступени в масштабе 1:2. Кроме того, для создания турбины были существенно расширены и модернизированы производственные мощности предприятия.

Таким образом, опыт и наработки отечественной конструкторской и научной школы, создание уникальной экспериментальной и производственной базы позволили создать конкурентоспособную паровую турбину, а мировой уровень разработки в том числе подтвержден патентами на изобретения.

 

42 Численное определение гидравлического сопротивления клапана системы защиты турбины от обратного потока пара

В.Л. Котов, М.О. Рыбаков, А.А. Смирнов, К.О. Цветков — АО «Силовые машины»

Ключевые слова: клапан обратный, трубопроводная арматура, паровая турбина, коэффициент гидравлического сопротивления, численное моделирование

Аннотация

Численно определен коэффициент гидравлического сопротивления обратного клапана типа КОС, применяемого в системе защиты паровой турбины от обратного потока пара. Геометрическая модель проточной части клапана и расчетная область созданы в CAD-системе Siemens NX. Численное моделирование течения водяного пара выполнено в программном комплексе Ansys Fluent.

Рассмотрены два подхода к моделированию турбулентности. Первый основан на решении осредненных по Фавру уравнений Навье-Стокса (RANS). Второй подход – метод моделирования крупных вихрей (LES WALE), обеспечивающий непосредственное разрешение крупномасштабных вихревых структур и более физически обоснованное описание нестационарной турбулентной структуры потока. Установлено, что все рассмотренные модели качественно прогнозируют схожую структуру течения, однако существенно различаются в описании протяженности и интенсивности зоны отрывного течения в отводящем патрубке. Исследовано влияние конфигурации расчетной области на результаты моделирования. Оценена необходимость выполнения требований, предъявляемых к конфигурации экспериментальной установки нормативно-технической документацией, при определении гидравлических характеристик обратного клапана посредством методов вычислительной гидродинамики.

 

Газотурбинные установки

48 Влияние диссипативных пластинчатых глушителей шума на технико-экономические показатели энергетических ГТУ

В.Б. Тупов (д.т.н.), В.Д. Буров (к.т.н.), В.В. Тишков — ФГБОУ ВО НИУ «МЭИ»

Ключевые слова: газотурбинная установка, парогазовая установка, комплексное воздухоочистительное устройство, воздухозаборный тракт, диссипативный пластинчатый глушитель шума, аэродинамическое сопротивление

Аннотация

В настоящее время архитектура энергетики в РФ строится за счет ввода в эксплуатацию новых парогазовых генерирующих мощностей. Выбор высокоэффективных технологий объясняется рядом преимуществ ПГУ перед традиционным паросиловым оборудованием (высокая экономичность, экологичность, маневренность). Однако работа такого оборудования сопровождается интенсивным шумом. Среди оборудования ТЭС наибольшую долю в шумовое загрязнение вносят ГТУ. Снижение шума от ПГУ энергоблоков является важной задачей, поскольку он негативно влияет на окружающую среду, персонал и прилегающие территории, требуя соответствия жестким санитарным нормам. Шум от всасывания воздуха компрессором ГТУ является наиболее опасным для человеческого слуха. С целью акустического анализа в исследовании получены шумовые характеристики компрессоров энергоблоков с разными типами ГТУ, рассмотрено их влияние на близлежащий район при работе без глушителей шума.

Наиболее эффективным решением для снижения шума всаса компрессора является применение диссипативных пластинчатых глушителей шума, которые поглощают акустическую энергию за счет пористого звукопоглощающего материала.

 

56 Емкостное и сепарационное оборудование производства компании «ИНГК»

С.И. Бурдюгов (д.т.н.), О.В. Бычков, С.В. Кудрявцев, А.С. Мальцев, И.А. Странкалс — ООО «ИНГК

 

60 Зависимость газодинамической устойчивости ступеней компрессора и турбины от режимных и геометрических параметров

И.М. Клишев, А.В. Пяткин, А.А. Саранча, М.А. Пузырев, И.В. Мелихов — ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Ключевые слова: газодинамическая устойчивость, зоны рециркуляции, осевой компрессор, газовая турбина, лопаточный аппарат, CFD-моделирование

Аннотация

В статье представлены результаты численного исследования влияния режимных и геометрических параметров на появление и развитие зон рециркуляции в проточных частях ступеней осевого компрессора и газовой турбины ГТУ. В качестве объектов исследования выбраны двенадцатая ступень осевого компрессора и вторая ступень газовой турбины SGT-500 производства Siemens.

CFD-моделирование выполнено с применением модели турбулентности k–e, с анализом полей скоростей и давления в межлопаточных каналах, а также границ устойчивой работы ступеней. Показано, что компрессорная ступень чувствительна к изменению входного давления, числу лопаток и износу входных кромок: снижение давления на 3,5% и уменьшение частоты вращения на 16% приводит к помпажу с падением КПД до нуля. Турбинная ступень в аналогичных условиях сохраняет работоспособность с плавным изменением КПД.

Установлены качественные и количественные различия в проявлении газодинамической неустойчивости исследованных ступеней. Полученные зависимости позволяют обосновать запасы устойчивости, выбрать рациональное облопачивание и разработать регламенты диагностики рециркуляционных явлений при эксплуатации ГТУ.

 

Аналитика, обзоры

66 Объекты интеллектуальной собственности в продукции АО «Силовые машины»: их создание и правовая охрана

О.В. Векшина, Л.Р. Белякова, А.М. Тюхтяев (к.т.н.), А.М. Миронов (к.ф.-м.н.) — АО «Силовые машины»

Ключевые слова: парогазовая установка, одноцилиндровая паровая турбина, осевой выхлоп, численное моделирование, эксперимент

Аннотация

В статье рассмотрены объекты интеллектуальной собственности (ОИС), создаваемые в подразделениях компании «Силовые машины», подлежащие патентованию или регистрации. Созданные ОИС имеют служебный статус, зафиксированный в творческой должностной инструкции работника компании. Приведены примеры типовых формулировок, обязательных к включению в трудовые договоры с работниками творческих подразделений. Проанализирован процесс выявления служебных, потенциально охраноспособных ОИС в рамках проведения патентных исследований. Приведены виды патентных исследований в соответствии с внутренним стандартом компании и факторы преимущества их проведения перед другими видами исследований. Разобраны задачи, решаемые патентными исследованиями, классификация выявленных ОИС в результате их проведения, оформление правовой охраны ОИС. Перечислены определенные преимущества участия в проводимых патентных исследованиях для работников творческих подразделений.

Представлен новый продукт АО «СМ» – первая отечественная тихоходная турбоустановка, мировой уровень разработки которой подтвержден патентами. Гарантия патентной чистоты новых продуктов, разработанных в компании, обеспечивает беспрепятственную коммерческую реализацию конкурентоспособных продуктов при выходе на рынки сбыта.

 

72 Платформенное развитие парогазовых установок на основе модульного и цифрового подходов

А.С. Алешина, к.т.н. — ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

Р.О. Юдин — ООО «ТурбоСервис Рус»

А.Ю. Култышев, д.т.н. — ООО «Ренова-Холдинг Рус»

Ключевые слова: парогазовые установки, типовые решения, модульное проектирование, жизненный цикл

Аннотация

Развитие отечественных парогазовых установок (ПГУ) большой и средней мощности в условиях технологических ограничений и необходимость замещения морально и физически изношенного оборудования – актуальная задача на сегодня. Показано, что прежняя практика модернизации, реализованная в рамках Программы договоров о предоставлении мощности (ДПМ), опиралась преимущественно на зарубежные решения и индивидуальное проектирование под параметры каждого объекта, что снижало серийность, повышало трудоемкость конструкторско-технологической подготовки производства и увеличивало стоимость сопровождения жизненного цикла оборудования.

Предложен переход от ввода разрозненных проектов к формированию ограниченного числа воспроизводимых типовых решений – платформ. Введены и разграничены понятия профиля ТЭС и платформы. Обоснован выбор парогазового цикла и класса большой и средней мощности. Изложен модульный принцип формирования платформы, при котором профиль ТЭС конфигурируется из библиотеки функционально законченных модулей-агрегатов с унифицированными параметрами на границах раздела.

 

Выставки, конференции

82 Выставка «Тепло и Энергетика» — оборудования для электрогенерации и теплоснабжения

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

 

86 IV конференция по проблемам сохранения ресурса, повышению надежности работы ГТУ и компрессорного оборудования

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

 

Технологии

88 Умные энергосистемы будущего с интеллектуальным управлением Fortrust

А.Н. Золотов — ООО «Хатрако»

 

Научные исследования

90 Водородная энергетика в металлургии: потенциал газификации RDF-топлива на ТЭЦ ЭВС Череповецкого комбината

И.М. Ревнивцев, Д.Л. Колбанцева (к.т.н.), И.Д. Аникина (к.т.н.), Е.А. Соколова (к.т.н.) —

ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

Ключевые слова: декарбонизация металлургии, промышленная ТЭЦ, тригенерация, водород, альтернативное топливо, термическая газификация, синтез-газ, энергетическая эффективность

Аннотация

В статье рассматривается перспектива модернизации действующей промышленной теплоэлектроцентрали электровоздуходувной станции Череповецкого металлургического комбината (ПАО «Северсталь») с целью ее перевода на режим тригенерации для получения водорода – альтернативного природному газу и мазуту энергоносителя. Задача исследования – оценка технической осуществимости и энергетического потенциала получения водорода путем газификации RDF-топлива на базе существующей инфраструктуры. В ходе работы для размещения водородного производственного комплекса был применен и адаптирован алгоритм выбора оптимальной промышленной площадки, базирующийся на методологии оценки потенциала действующих ТЭС.

Установлено, что территория ТЭЦ ЭВС полностью удовлетворяет заданным логистическим, инфраструктурным и технологическим критериям данной методики (включая критически важное наличие резервов пара требуемых параметров).

Предложенная технологическая схема обеспечивает параллельное производство тепла, электроэнергии и водорода, востребованного для декарбонизации металлургии. Эффективность оценена по коэффициенту использования теплоты топлива (КИТТ). Результаты моделирования подтверждают, что внедрение узла охлаждения синтез-газа в тепловой контур станции повышает КИТТ и дает положительный энергетический эффект независимо от исходных параметров синтез-газа.

 

Новые разработки

96 АО «Пензадизельмаш» освоило выпуск турбокомпрессоров нового поколения

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

 

Газопоршневые установки

97 На Черногорской ТЭЦ выполнен первый пуск газопоршневой установки

Е.Ю. Шныров, А.В. Васильев — АО «Интертехэлектро»

 

Эксплуатация, ремонт

98 Компания «СТГТ» расширяет сервис оборудования в России и Белоруссии

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

 

Нашим учителям

102 У России должны быть свои ГТУ мощностью более 500 МВт

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

 

Формула российской турбины

108 С 1883 по 1906 год

 

Плакаты

112 Атомная электростанция