image
energas.ru

Газовая промышленность Спецвыпуск № 2 2017

Ремонт и диагностика

01.08.2017 11:00 ОПЫТ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОГРАММЫ ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЯ НА АО «МЕТАЛЛИСТ-САМАРА»
В статье рассматриваются особенности реализации программы импортозамещения при выполнении ремонтно-восстановительного цикла камеры сгорания (КС) ГТУ SGT-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.
Открыть PDF


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 блочно-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.

1_1_2.png

Одним из примеров подобной локализации служит реализуемая в настоящее время АО «Металлист-Самара» программа, включающая на начальном этапе ремонтно-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 «Балтика-25» на компрессорных станциях «Ухтинская» и «Вуктыльская» ПАО «Газпром» [1].

1_1.png

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 центрремонт» утвержден график ремонта и изготовления КС двигателя SGT-600. Разработаны и согласованы с ООО «Газпром центрремонт» технические условия на 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».

1_1_1.png

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.

1_1_3.png

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);

• определение химического состава материала всех деталей КС в лаборатории предприятия.

1_1_4.png

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 топливоподводящих 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.

1_1_5.png

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).

1_1_6.png 

1_1_7.png

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 срезлся, затем с натягом 0,03–0,05 мм надевалась резьбовая втулка с обваркой кругом.

1_1_8.png

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 SGT-600 мало-
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 CO до 100 мг/м3). В настоящее время эмиссия в ходе эксплуатации ГПА «Балтика-25» составляет: NOx = 75 мг/м3 и СО = 115 мг/м3.

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 ºС.

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 NOx < 30 мг/м3 и СО < 100 мг/м3 в конвертированных ГТД с высокими параметрами термодинамического цикла (к = 25, Тк > 800 K) при использовании компактных кольцевых КС традиционной схемы с внедрением унифицированных двухконтурных горелок.

2. Снижение выброса NOx до 10–15 ppm 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 SGT-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. 

Результаты расчета прочности ремонтного фланца

Материал имитатора штуцера

Материал втулки

Тип сварки

Мклмакс, Н × М

Выдержка при Мклмакс, ч

Примечание

12Х18Н10Т

ВХ4А

РДС, электрод ТЦ-28, без подогрева

150

1

Без разрушения

100

72

РДС, электрод ТЦ-28, с подогревом t = 250 ºC

100

1

12Х18Н10Т

АРДС, проволока диаметром 1,6 мм.
Св 06Х15Н60М15 

100

16

 



← Назад к списку