CC BY
23ОПЫТ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОГРАММЫ ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЯ НА АО «МЕТАЛЛИСТ-САМАРА»
УДК 621.438
В.В. Настека, ПАО «Газпром» (Санкт-Петербург, РФ) В.В. Вавилов, ПАО «Газпром»
Ю.С. Елисеев, д. т. н., АО «Металлист-Самара» (Самара, РФ) Д.Г. Федорченко, к. т. н., АО «Металлист-Самара» Ю.И. Цыбизов, д. т. н., АО «Металлист-Самара»,
metallist@metallist-s.ru
В статье рассматриваются особенности реализации программы импортозамещения при выполнении ремонтно-восстановительного цикла камеры сгорания (КС) ГТУ БС1-600. Проанализирован ряд проблемных вопросов, сопутствующих реализации указанной программы, и намечены пути их решения. В целях снижения импортозависимости предлагаются модернизация исходной КС и внедрение апробированной в эксплуатации малоэмиссионной системы горения на основании обобщения отечественного опыта работы по обеспечению экологической безопасности. Представлен конструктивный облик модернизированной малоэмиссионной КС ГТУ SGT-600.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЕ, ИМПОРТОЗАВИСИМОСТЬ, КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТЬ, РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ ЦИКЛ, КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ, КАМЕРА СГОРАНИЯ, ГОРЕЛКА, ЭМИССИЯ, ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ.
По сложившейся традиции взаимодействия авиационно-космических предприятий АО «Металлист-Самара» имеет многолетний опыт серийного изготовления КС для ракетных двигателей, авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) стратегической авиации и газотурбинных установок (ГТУ) наземного применения, используемых для привода нагнетателя в газоперекачивающих аппаратах (ГПА) и электрогенератора в блоч-но-модульных электростанциях.
В Перечне приоритетных научно-технических проблем ПАО «Газпром» на 2011-2020 гг. п. 5.5 «Технологии, обеспечивающие повышение эффективности магистрального транспорта газа, диверсификацию способов поставок газа потребителям» способом снижения импортозависимости названа локализация производства и ремонта запасных частей и комплектующих на российских предприятиях.
Одним из примеров подобной локализации служит реализуемая в настоящее время АО «Металлист-Самара» программа, включающая на начальном этапе ре-
Рис. 1. Двигатель SGT-600
монтно-восстановительный цикл и впоследствии полномасштабное изготовление КС двигателей SGT-(600) (рис. 1), разработанных фирмой Siemens - одной из крупнейших современных технологических компаний мира, имеющей более чем 160-летний опыт работы в России. ГТУ SGT-600 используется в качестве силового привода в составе ГПА «Балти-ка-25» на компрессорных станциях «Ухтинская» и «Вуктыльская» ПАО «Газпром» [1].
На сегодняшний день выпущена предварительно согласованная
с компанией Siemens конструкторская и технологическая документация с использованием российских стандартов и материалов. Также изготовлены 72 комплекта элементов КС для использования при капитальных ремонтах ГТУ GT-10A и один комплект КС для ГТУ SGT-600 (рис. 2). Дирекцией по ремонтной генподрядной деятельности ООО «Газпром центрре-монт» утвержден график ремонта и изготовления КС двигателя SGT-600. Разработаны и согласованы с ООО «Газпром центр-ремонт» технические условия на
газовая промышленность ремонт и диагностика
Спецвыпуск № 2 (754)
Рис. 2. Общий вид КС ГТУ SGT-600
ремонт, ремонтная документация и «Программа и методика эксплуатационных испытаний камеры сгорания ГТУ SGT-600, прошедшей восстановительный ремонт на АО «Металлист-Самара» (ИЗДЕЛИЕ 4818 539-2)». С конструкторским сопровождением ООО «Газпром центрремонт» проводится ремонт трех КС. Выполнен монтаж первого восстановленного комплекта КС № 2409 539-У пр. № 4570016661 на двигатель SGT-600 и начата его эксплуатация на компрессорной станции «Вуктыльская» ООО «Газпром трансгаз Ухта».
Разработанная технология ремонта КС включает следующие основные этапы:
• дефектацию КС;
• очистку КС от нагаров и загрязнений топливоподводящих каналов;
• замену теплозащитного покрытия (ТЗП);
• замену и ремонт дефектных мест;
• проведение испытаний по проверке качества ремонта.
Дефектация КС включает:
• визуальный внешний осмотр при помощи лупы с 4-кратным увеличением;
• обмеры элементов КС по основным параметрам, указанным в конструкторской документации на изготовление;
• рентген и ЛЮМ-контроль (Ц2) всех сварных швов и наружной поверхности КС;
• продувку воздухом топливной части всех 18 горелок на стенде предприятия - ИУ.427.00.00.00 с контролем расхода (очищенный и осушенный воздух продувается через три канала горелок);
Рис. 3. Разрушение резьбы патрубка подвода топлива
ш
Рис. 4. Разрушение колец жаровой трубы (обнаружено на одной из трех КС)
• определение химического состава материала всех деталей КС в лаборатории предприятия.
Основными дефектами по результатам дефектации трех КС считаются:
• разрушение резьбы патрубка подвода топлива (рис. 3) (обнаружено на двух из трех КС, предположительно разрушение резьбы патрубка подвода топлива происходит при демонтаже КС);
• разрушение колец жаровой трубы (рис. 4);
• течь воздуха (газа) через стык между форсункой 2407 900 и фланцем передним 2407 338-1 (обнаружено на всех трех КС);
• наклеп на поверхностях сопрягаемых деталей 2407 978-1, 2407 356-1, 2405 943-1, 2405 925-1, 2405 299 (обнаружено на всех трех КС);
• линейное и угловое отклонение осей фланцев относительно номинальных положений (выявлено при проведении обмеров элементов КС по размерам, указанным в конструкторской документации).
Трещин и нарушений термобарьерного покрытия жаровой трубы обнаружено не было. Очистка КС от нагаров и загрязнений то-
пливоподводящих каналов проводилась традиционным способом, апробированном при ремонтах авиационных и промышленных ГТД семейства «НК»: НК-12, НК-25, НК-32, НК-12СТ, НК-14СТ, НК-14СТ-10, НК-16СТ, НК-16СТ-18, НК-18СТ, НК-36СТ, НК-37.
Замена ТЗП включает следующие основные операции:
• разрезку КС в приспособлении по месту отсутствия ТЗП;
• снятие исходного ТЗП;
• установку протектора для защиты от сварки внутренних полостей КС;
• нанесение нового ТЗП по технологии АО «Металлист-Самара»;
• сварку КС в приспособлении;
• контроль качества нанесения ТЗП (проводится по технологии Siemens).
Схема разрезки и последующей сварки КС представлена на рис. 5.
Для ремонта и замены дефектных мест был разработан ряд специальных технологий. Основные элементы технологии ремонта по дефекту «разрушение резьбы на фланцах патрубков впуска топлива» (рис. 3) показаны на рис. 6. Фланец с разрушенной резьбой
Рис. 5. Схема разрезки и последующей сварки КС
Рис. 6. Схема ремонта фланцев патрубков впуска топлива:
1 - исходный патрубок подачи топлива;
2 - резьбовая втулка
а) б)
Рис. 7. Приспособление для проверки прочности ремонтного фланца подвода топлива:
а) схема нагружения; б) вид приспособления
срезался, затем с натягом 0,030,05 мм надевалась резьбовая втулка с обваркой кругом.
Прочность сварочного шва проверялась расчетами и экспериментальной нагрузкой, превышающей эксплуатационную в специальном приспособлении (рис. 7). Результаты расчетов и испытаний приведены в таблице.
Расчетный запас прочности сварочного шва К = 3,99...1,67 (в зависимости от смазки резьбы при затяжке) был подтвержден экспериментально.
Осуществляемая при ремонте замена дефектных горелок (рис. 8) включала:
• отрезку дефектной горелки;
• изготовление новой горелки с фланцем;
• проверку пропускной способности новой горелки;
• доработку корпуса КС;
• постановку новой горелки на болты с контровками.
Также были проработаны вопросы локализации производства ГТУ SGT-600, предусматривающие изготовление:
• компрессора и турбины;
• корпусов компрессора и турбины;
• ротора компрессора;
• КС;
• дисков турбины;
• выходного устройства.
Сборку двигателя, его сдаточные
испытания, а также изготовление деталей сборочных единиц (ДСЕ) предполагается осуществлять в кооперации с ПАО «Кузнецов».
В ходе реализации программы импортозамещения приходится решать ряд сопутствующих вопросов, таких как:
• отсутствие крупного заказа на ремонтно-восстановительный цикл, малый тираж и небольшой срок действия заказа на изготавливаемую продукцию, что сдерживает широкое внедрение новых перспективных технологических процессов;
• необходимость сопровождения ремонтной продукции на протяжении всего жизненного цикла;
• снижение конкурентоспособности ремонтной продукции в течение жизненного цикла;
• недостаточная информация о термодинамических параметрах
основных узлов и о характеристиках двигателя, что затрудняет воспроизведение рабочего процесса, расчетные оценки нагрузок, теплового состояния и т. д.;
• недостаточная информация о дефектах, аварийных ситуациях и особенностях эксплуатации.
Решение указанных проблем затрагивает как научно-исследовательскую и кадровую базы предприятия, так и вопросы специальной технологической подготовки производства. В связи с этим АО «Металлист-Самара» поддерживает тесное сотрудничество с Самарским национальным исследовательским университетом им. академика С.П. Королева, ориентированным на развитие научно-образовательного направления в интересах высокотехнологичных секторов экономики.
Импортозамещение связано с инновациями, направленными на внедрение передовых научных разработок в выпускаемый продукт. В связи с этим на предприятии предусматриваются разработка и внедрение на двигатель БСТ-600 мало-
Результаты расчета прочности ремонтного фланца
Материал имитатора штуцера Материал втулки Тип сварки Мкл , макс' Н * М Выдержка при Мкл , ч макс Примечание
РДС, электрод ТЦ-28, без подогрева 150 1
ВХ4А 100 72 Без разрушения
12Х18Н10Т РДС, электрод ТЦ-28, с подогревом t = 250 °С 100 1
12Х18Н10Т АРДС, проволока диаметром 1,6 мм. Св 06Х15Н60М15 100 16
АО «МЕТАЛЛИСТ-САМАРА
»
I
В НЕБЕСАХ И В КОСМОСЕ
Производство камер сгорания жидкостных ракетных двигателей для ракет-носителей «Зенит», «Атлас-5», «Ангара».
Производство узлов авиационных газотурбинных двигателей.
Производство металлических звукопоглощающих конструкций для авиационных двигателей.
НА ЗЕМЛЕ
Производство узлов наземных газотурбинных установок. Ремонт камер сгорания для газоперекачивающих станций.
Исполнительный директор АО «Металлист-Самара»
Ю.С.Елисеев:
«АО «Металлист-Самара» постоянно расширяется и модернизируется, принимает участие в перспективных разработках и программах различных отраслей промышленности. Мы оперативно осваиваем новые направления, такие как производство продукции гражданского назначения для предприятий «Газпрома» и других российских компаний».
, НА МОРЕ
М
Ремонт агрегатов корабельных энергетических установок с газотурбинными двигателями.
Самара,
ул. Промышленности, 278 Тел. +7 (846) 246-90-40, 246-91-00
metallist@meiallist-s.ru
www.metallist-s.ru МЕТАЛ;писТ
Гаврилов-ямский машиностроительный завод «АГАТ» -стратегический партнер АО «Металлист-Самара».
ШАГАЛ
Ярославская область
Гаврилов-Ям, пр. Машиностроителей, 1 Тел. +7 (48534) 2-32-64 agat@gm2agat.ru
www.gmzagat.ru
Предприятие серийно выпускает агрегаты для наземных газотурбинных установок на базе двигателей: ПС-90, НК-1Б; НК-82У; АЛ-31СТ. Основные потребители агрегатов - это изготовители ГТА и ГТУ: АО <» ОД К-Пермские моторы >1, ПАО «УМПО», АО «КМПО», а ташке газотранспортные предприятия.
В 2016 году предприятие включилось в программу импортозамешения морских газотурбинных двигателей. По заданию Рыбинского НПО «Сатурн» было освоено производство целой группы агрегатов для ГТА М90ФР, который планируется устанавливать на морские корабли ВМФ России: многоцелевые фрегаты дальней морской зоны, корветы, эскадренные миноносцы, сторожевые корабли.
эмиссионной системы горения, отвечающей перспективным требованиям экологической безопасности. Задача разработки сформулирована как обеспечение требований научно-технической политики ПАО «Газпром», согласно которой должны быть гарантированы перспективные экологические характеристики 2020 г. (эмиссия NOx до 25 мг/м3 и СО до 100 мг/м3). В настоящее время эмиссия в ходе эксплуатации ГПА «Балтика-25» составляет: N0 = 75 мг/м3 и СО = 115 мг/м3.
X
В вопросах достижения экологической безопасности и надежности наиболее приемлемым является опыт отработки малоэмиссионного горения на ГТУ семейства НК, серийным изготовителем которых стало АО «Металлист-Самара» [2]. Обобщение опыта эксплуатации малоэмиссионной системы горения, включающей, в первую очередь, малоэмиссионную камеру сгорания (МКС), выполнено по результатам эксплуатации двигателей НК-38СТ, НК-37, НК-36СТ. В настоящее время накоплены статистические данные по экологическим параметрам: более 200 измерений в диапазоне температур окружающей среды от -30 до 30 °С.
Наработка двигателя НК-37 (Лидская ТЭЦ, Республика Беларусь) превышает 21 тыс. ч, что подтверждает надежность конструкции КС и хорошие эксплуатационные характеристики и параметры двигателя с МКС.
Основные результаты, достигнутые в ходе эксплуатации МКС, следующие.
1. Подтверждена и апробирована возможность снижения выбросов М0х < 30 мг/м3 и СО < 100 мг/м3 в конвертированных ГТД с высокими параметрами термодинамического цикла (як = 25, Тк > 800 К) при использо-
Рис. 9. Модернизированная МКС ГТУ Б6Т-600
вании компактных кольцевых КС традиционной схемы с внедрением унифицированных двухконтур-ных горелок.
2. Снижение выброса М0х до 10-15 ррт достигнуто за счет конструктивных мероприятий, обеспечивших высокую эффективность перемешивания «бедной» смеси при оптимальном взаимодействии дежурной и основной зон, внедрения каскадного подключения горелок, автоматизированной подачи топлива по контурам (АСУ КС) с помощью трех дистанционно управляемых систем подачи топлива (ДУС) и применения «толстого» ТЗП до 600 мкм, впервые освоенного и реализованного для покрытия жаровых трактов на АО «Металлист-Самара».
3. Устойчивое горение предварительно подготовленной «бедной» хорошо перемешанной смеси обусловливает:
• высокую равномерность температурного и скоростного поля на выходе из КС;
• повышение эффективного КПД двигателя за счет однородности потока на входе в турбину.
При проектировании малоэмиссионной системы горения ГТУ Б6Т-600 был произведен термодинамический расчет и
определены параметры исходной КС; разработана математическая 3D-модель КС. На суперкомпьютере «Сергей Королев» Самарского национального исследовательского университета был выполнен расчет рабочего процесса горения и определены экологические характеристики штатной КС, показавшие значительное влияние на уровень эмиссии дозировки расхода топлива в дежурную (пилотную) и основную зоны горения. На основании полученных расчетных параметров исходной КС был разработан конструктивный облик модернизированной МКС (рис. 9).
Конструкция МКС для ГТУ SGT-600 включает:
• съемные двухконтурные унифицированные горелки (24 шт.);
• исходную (базовую) кольцевую жаровую трубу;
• трехколлекторный подвод топлива с автоматизированной системой управления подачи и системой автоматического поддержания оптимальной температуры в зоне горения (дежурный контур на всех 24 горелках работает постоянно, а основное топливо подается в 12 горелок на режимах прогрева и в 24 горелки - на номинальном режиме);
• «толстое» (600 мкм) ТЗП жаровой трубы;
• систему перепуска воздуха КС (регулирование расхода воздуха через горелку).
В ходе исследований была разработана программа автоматической системы регулирования подачи топлива модернизированной МКС. В результате экспериментально-расчетной оценки близкой по параметрам рабочего процесса системы-аналога ожидается получить эмиссионные характеристики проектируемой МКС, удовлетворяющие требованиям ПАО «Газпром» по экологической безопасности 2020 г. ■
ЛИТЕРАТУРА
1. Цыбизов Ю.И., Елисеев Ю.С., Федорченко Д.Г. Реализация программы импортозамещения на ОАО «Металлист-Самара» // Тезисы докладов на Междунар. науч.-техн. конф. «Авиадвигатель XXI века». М.: ЦИАМ им. П.И. Баранова, 2015. С. 462-463.
2. Бантиков Ю.Д., Елисеев Ю.С., Лавров В.Н. и др. Результаты опытной эксплуатации малоэмиссионной системы горения в составе двигателя НК-37 // Вестник СГАУ. 2013. № 3 (41). Ч. 2. С. 9-13.
