Карта сайта Написать письмо Версия для печати
СОБЫТИЯ
КОМПАНИЯ
НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
ПУБЛИКАЦИИ
ВАКАНСИИ
АКЦИОНЕРАМ





Выносные маслофильтры для ГТД НК-16СТ и НК-16-18СТ



Система электрического запуска для двигателей НК-16СТ, НК-16-18-СТ, НК-16-20СТ и их модификаций



Газоперекачивающий агрегат ГПА-16В "Урал"

Главная | События

Комплекс технических решений по повышению эффективности ГПА

09.03.2009 


В.Н. Понькин, Е.И. Жильцов, Б.А. Кесель, А.А. Корноухов - ОАО КПП "Авиамотор"

В последние годы значительный объем в тематике предприятия составляют работы по совершенствованию приводов ГПА-Ц16 для ООО «Газпром трансгаз Югорск» с целью улучшения их кпд и потребительских свойств [1, 2].
В 1995 году ОАО КПП «Авиамотор» разработало газотурбинный привод НК-16-18СТ номинальной мощностью 18 МВт, с кпд 31% в условиях ISO с использованием конструктивной схемы серийного газотурбинного привода НК-16СТ (разработка ОАО «СНТК им. Н.Д. Кузнецова») мощностью 16 МВт, с кпд 29%, а также деталей и узлов авиационного двигателя НК-8-2У 2 серии. Газотурбинный привод НК-16-18СТ серийно выпускается ОАО «КМПО» с 1996 года [3]. Далее модельный ряд разработок ОАО КПП «Авиамотор» пополнили модификации двигателей НК-16СТ и НК-16-18СТ с электронно–механической системой топли-вопитания вместо гидромеханической (НК-16СТД, НК-16СТДВ, НК-16-18СТД, НК-16-18СТДВ). В 2007-2008 гг. в ОАО КПП «Авиамотор» с использованием конструктивной схемы двигателя НК-16-18СТ и ряда деталей и узлов авиационного двигателя НК-86 был спроектирован и совместно с серийным заводом изготовлен первый опытный экземпляр двигателя мощностью 20 МВт (фото 1) с внедрением ряда конструктивных мероприятий, позволивших получить прирост кпд на 2% и довести его величину до 33% (в условиях ISO). Разработка газотурбинного привода НК-16-20СТ признана ОАО «КМПО» как «огромный задел на будущее» [3]. В 2009 году планируется начало опытно-промышленной эксплуатации НК-16-20СТ в составе ГПА.
Работы по модернизации газотурбинных приводов с целью дальнейшего повышения кпд продолжаются: следующим этапом разработки будет двигатель НК-16-20СТМ мощностью 20 МВт с кпд не менее 35% (в условиях ISO).
В разработке также находится газотурбинный привод мощностью 25 МВт с кпд более 34%, создаваемый с использованием деталей и узлов авиационного двигателя НК-86.
Отдельное направление деятельности ОАО КПП «Авиамотор» ориентировано на повышение экономичности и улучшение потребительских свойств газотурбинных приводов непосредственно в эксплуатирующих предприятиях ОАО «Газпром» без замены двигателей на новые модификации. К таким разработкам относятся:

  • выносные масляные фильтры с бумажными фильтрующими элементами;
  • система электрического запуска двигателей НК-16СТ и их модификаций;
  • сильфонное уплотнение в стыке газогенератора и свободной турбины, полностью устраняющее утечки газа в отсек ГПА; 
  • оборудование для промывки газовоздушного тракта двигателя.

Основные технические данные фильтровРазработка выносных масляных фильтров (табл. 1) выполнена ОАО КПП «Авиамотор» применительно к двигателям НК-16СТ и НК-16-18СТ во исполнение решения Департамента по транспортировке, подземному хранению и использованию газа ОАО «Газпром». С июля 2006 года ОАО КПП «Авиамотор» приступило к поставке и шефмонтажу выносных масляных фильтров непосредственно в условиях компрессорных станций. Фильтры выполнены отдельно для каждого элемента масляной системы: газогенератора (ГГ), свободной турбины (СТ), системы автоматического регулирования (САР). Климатическое исполнение блока фильтров — УХЛ 4 по ГОСТ 15150.
Первоначально выносные маслофильтры поставлялись только в ООО «Газпром трансгаз Югорск» для доработки двигателей в составе ГПА. Затем, с июля 2007 г., они внедрены при изготовлении и ремонте всех двигателей НК-16СТ, НК-16-18СТ в ОАО «КМПО» и ОАО «Уральский завод гражданской авиации».
В комплект поставки входят: масляные фильтры газогенератора, свободной турбины и системы автоматического регулирования, трубопроводы обвязки маслосистемы, комплект запасных частей. В конструкцию двигателя НК-16-20СТ выносные масляные фильтры заложены исходно (фото 1).
Фильтры рассчитаны на следующие виды масла:

  • Тп-22, нефтяное турбинное,с присадками, по ГОСТ 9972;
  • Тп-22С, турбинное, по ТУ 38.101821;
  • МС-8П, авиационное, по ОСТ 38.01163;
  • МС-8РК, авиационное, по ТУ 38.1011181;
  • МК-8п, по ГОСТ 6457;
  • ИПМ-10, авиационное, по ТУ38.1011299;
  • Петрим, по ТУ38.401-58-245.

На выносные масляные фильтры имеется сертификат соответствия.

На сегодняшний день ОАО КПП «Авиамотор» поставило более 450 комплектов выносных маслофильтров. Наработка головных комплектов превышает 20000 часов. Использование выносных масляных фильтров снизило трудоемкость технического обслуживания, позволило вдвое увеличить межрегламентный период — до 3000 часов.
  В 2006 г. по техническому заданию, согласованному с Управлением по транспортировке газа и газового конденсата ОАО «Газпром», ОАО КПП «Авиамотор» совместно с ЗАО «Кросна–Мотор» разработало систему электрического запуска (фото 2, табл. 2) двигателей НК-16СТ, НК-16-18СТ, НК-16-20СТ и их модификаций. Внедрение системы электрического запуска ГТД позволяет экономить природный газ, улучшает экологию окружающей среды, дает возможность обойтись без станционной системы подготовки пускового газа.
В комплект системы электрического запуска входят:

  • собственно электропривод;
  • блок управления (шкаф-инвертор);
  • электрокоммуникации;
  • комплект коммуникаций для подачи пускового газа на воспламенители камеры сгорания.

В процессе доводки системы проведен комплекс работ по специальным и проверочным испытаниям, в том числе:

  • пробные испытания системы электрического запуска на двигателе НК-16СТ с проведением вибрографирования и термометрирования элементов системы электрического запуска, а также тензометрирования вновь введенных трубопроводов пускового газа;
  • предварительные и ресурсные испытания первого комплекта системы электрического запуска на двигателе НК-16СТ в ОАО КПП «Авиамотор» и на стенде Зеленодольского машиностроительного завода с проведением холодных прокруток, горячих запусков и длительных холодных прокруток в режиме промывки газовоздушного тракта двигателя. Объем ресурсных и предварительных испытаний cоставил более 150 пусков, что эквивалентно наработке в эксплуатации около 20000 часов.


В процессе испытания была отработана программа управления электроприводом, которая в последующем была заложена в блок управления, а также проверена работоспособность на прием и передачу сигналов от блока управления к системе управления двигателя и обратно.
После проведения ресурсных испытаний первый комплект электропривода был полностью разобран, продефектирован с разрезкой подшипников и ротора электродвигателя для оценки их технического состояния. Состояние узлов и деталей электропривода признано удовлетворительным.
В октябре 2007 г. были проведены приемочные испытания системы электрического запуска на компрессорной станции «Карпинская» ООО «Газпром трансгаз Югорск» по специальной программе и методике. Результаты приемочных испытаний показали, что электрическая система запуска обеспечивает выполнение холодных прокруток и горячих запусков двигателей НК-16СТ (НК-16-18СТ) по заданной штатной циклограмме, отклонения технических параметров при испытаниях отсутствовали. Сейчас первые пять комплектов проходят подконтрольную эксплуатацию в составе двигателей НК-16-18СТД.
На электропривод для запуска имеется сертификат соответствия.
Питание системы запуска осуществляется трехфазным переменным током с напряжением 380 В.
Сейчас в ОАО КПП «Авиамотор» разработана новая модификация электропривода с улучшенными техническими характеристиками, обеспечивающая:

  • увеличение крутящего момента на выходном валу для возможности выполнения пусков ГТД и ГТЭ мощностью до 30 МВт;
  • снижение температуры статора за счет введения охлаждения электропривода маслом от ГТД;
  • увеличение продолжительности работы электропривода на режиме продувки и промывки;
  • возможность работы электропривода в режиме стартер–генератор.

К июлю 2009 г. комплекс экспериментально-доводочных работ опытного образца нового стартера будет завершен.
В конструкции стыка газогенератора и свободной турбины двигателей НК-16СТ и НК-16-18СТ исходно были заложены плавающие телескопические уплотнения, которые не предотвращали полностью утечки газа через стык ГГ и СТ. Утечки горячего воздуха и газа по ГВТ снижают мощность и кпд двигателя. Сейчас эксплуатационная наработка двигателей НК-16СТ, НК-16-18СТ в составе ГПА-Ц-16 достигла 50 000...100 000 часов, поэтому из–за естественного износа плавающих телескопических уплотнений между газогенератором и свободной турбиной, между свободной турбиной и выхлопной «улиткой» увеличиваются продувы горячего воздуха и газа в отсек ГПА, что приводит к росту температуры в отсеке сверх допустимой и делает дальнейшую эксплуатацию двигателя невозможной.
С целью устранения указанных недостатков и восстановления работоспособности ГПА была разработана новая конструкция стыка ГГ и СТ с сильфонным уплотнением взамен телескопического соединения, обеспечивающим полную герметичность (рис. 1). Доработка стыка ГГ и СТ может быть выполнена в условиях эксплуатации.
Для реализации поставленных задач в ОАО КПП «Авиамотор» было освоено изготовление сильфонных уплотнений, всех необходимых приспособлений и комплектующих к ним, создана и обучена выездная бригада специалистов для установки уплотнений в условиях эксплуатации ГПА.
В 2007–2008 гг. работы по устранению выдуваний горячего воздуха и газа с установкой сильфонных уплотнений были выполнены более чем на 50 ГПА в ООО «Газпром трансгаз Югорск». Зафиксировано снижение температуры в отсеке двигателя после доработки ГПА, на 38…56 °С, что позволило продолжить дальнейшую эксплуатацию двигателей. Наработка головных сильфонных уплотнений составляет более 18000 часов, замечаний по их работе нет.
Значительное влияние на параметры двигателей оказывает состояние газовоздушного тракта. Известно, что даже самые совершенные конструкции воздухоочистительных устройств не решают проблемы загрязнения газовоздушного тракта приводного двигателя. Для решения этой проблемы в ОАО КПП «Авиамотор» разработана и поставляется установка промывки газовоздушного тракта (фото 3) приводных ГТД. Ее отличительной особенностью является встроенный коллектор подачи моющего раствора (фото 3а). Он устанавливается на проставке приводного двигателя. Такое решение позволяет исключить монтажные операции, связанные с установкой коллектора при выполнении регламентных работ по промывке газовоздушного тракта.
Одним из приоритетных направлений обеспечения эффективности ГПА при капитальном ремонте является обеспечение его заявленных параметров и поддержание их в процессе отработки установленных ресурсов. При капитальном ремонте ГПА модернизация вспомогательных систем носит ограниченный характер, в связи с чем предпочтение имеют технические решения, способствующие повышению эффективности приводного двигателя и ГПА в целом. Газоперекачивающие агрегаты ГПА-Ц-16 находятся в эксплуатации с 80-х годов прошлого века. Сейчас конструктивный облик большинства вспомогательных систем значительно изменился, а некоторые выполнены на совершенно новом техническом уровне. Большие изменения произошли в конструкции систем очистки и подготовки циклового воздуха, появились новые инерционные элементы очистки воздуха и высокоэффективные воздушные фильтры. Принципиально новые программные средства позволяют разработчикам оптимизировать параметры ряда вспомогательных систем с целью повышения их эффективности.
В ОАО КПП «Авиамотор» выполнены разработки, позволяющие значительно повысить эффективность ГПА. Они имеют определенную степень автономности и не требуют переделки всего агрегата. Внедрение этих разработок может идти поэтапно, что позволяет планировать капиталовложения при капитальном ремонте агрегатов.
По мнению специалистов ОАО КПП «Авиамотор», значительную долю в повышении эффективности ГПА при капитальном ремонте может принести замена комплексного устройства для очистки и подготовки циклового воздуха. При современном исполнении оно может значительно снизить уровень гидравлических потерь по тракту поступления циклового воздуха и оказать доста-
точно большое влияние на поддержание параметров приводного двигателя. Например, для агрегата ГПА-Ц-16 с двигателем НК-16-18СТ снижение гидравлического сопротивления тракта поступления циклового воздуха на 40 мм. вод. ст. дает дополнительный прирост мощности 250 кВт, что эквивалентно повышению эффективного кпд на 0,1%.
В ОАО КПП «Авиамотор» завершена разработка комплексного устройства для подготовки циклового воздуха с начальным уровнем гидравлического сопротивления тракта менее 50 мм. вод. ст. При капитальном ремонте агрегата ГПА-Ц-16 установка данного устройства позволит снизить уровень гидравлического сопротивления на 150 мм. вод. ст. В конструкции КВОУ применены современные комплексные фильтры, соответствующие классу F8 по степени очистки воздуха. Производительность КВОУ по цикловому воздуху составляет 110 кг/с.
Одновременно на предприятии разработано и изготовлено КВОУ на инерционных элементах очистки нового поколения с гидравлическим сопротивлением 35 мм. вод. ст. (фото 4) Сейчас завершается его монтаж на компрессорной станции «Хасырейская» ООО «Газпром трансгаз Югорск».
Создание этого КВОУ обусловлено тем, что сейчас еще не завершена научная дискуссия о соответствии количества и типа фильтров в системах очистки и подготовки воздуха приводных ГТД. По мнению международного эксперта Ф. Маскрофта [4], для двигателей с невысокой тепло напряженностью цикла достаточна одноступенчатая инерционная система очистки. В русле этой теории для замены действующих в ГПА-Ц-16 жалюзийных сепараторов создана данная конструкция КВОУ. Производительность КВОУ составляет 100 кг/с. Гидравлическое сопротивление КВОУ 38 мм. вод. ст.
Другим важнейшим мероприятием по повышению эффективности ГПА при капитальном ремонте является оптимизация конструкции выхлопного тракта, целью которой является снижение уровня гидравлических потерь в выхлопном тракте ГПА. Работа выполнена специалистами ОАО КПП« Авиамотор» совместно со специалистами КГТУ им. А.Н. Туполева. Полученные данные позволяют прогнозировать снижение гидравлических потерь по выхлопному тракту ГПА до уровня 240–260 мм. вод. ст. Сейчас завершается выпуск рабочей документации. Ожидаемый результат — снижение потерь мощности на 600 кВт, что соответствует приросту эффективного кпд на 1,2–1,5%.
Данное устройство планируется установить в ГПА в 2009 году.
Таким образом, представленные выше технические решения ОАОКПП «Авиамотор» составляют комплексный раздел программы мероприятий по повышению и поддержанию эффективности ГПА при эксплуатации и капитальном ремонте.

Литература

1. ОАО Конструкторско-производственное предприятие «Авиамотор»: Сводный каталог организаций - членов ассоциации «Союз авиационного двигателестроения». - М.: АССАД, 2006. С. 20.
2. ОАО Конструкторско-производственное предприятие «Авиамотор»: Сводный каталог организаций - членов ассоциации «Союз авиационного двигателестроения». - М.: АССАД, 2008. С. 52.
3. Р.О. Юсипов, А.Н. Маркушин, В.В. Беляев. Линейка газотурбинных двигателей НК-16СТ, НК-16-18СТ, НК-16-20СТ для ГПА. Газотурбинные технологии, № 3, 2008. С. 26-27.
4. Ф. Маскрофт. Влияние системы фильтрации циклового воздуха ГТУ на эксплуатационные затраты. Газотурбинные технологии, № 8, 2004. С. 18- 22.


Газотурбинные технологии. Февраль-Март 2009, №2 (73)