Превосходная газовая турбина

Когда слышишь 'превосходная газовая турбина', первое, что приходит в голову — западные бренды вроде Siemens или General Electric. Но за последние десять лет мы в ООО Далянь Синьцзиян Индустрия прошли путь от сборки простых узлов до полноценных испытаний собственных прототипов. Если в 2012 году наш цех с постоянной температурой в 1000 м2 использовался в основном для калибровки импортных лопаток, то сейчас там идёт доводка газовой турбины с КПД выше 38% — для отечественных ТЭЦ это прорыв.

Где кроется превосходство?

Многие думают, что секрет — в материалах. Отчасти да, но главное — точность обработки. У нас в цеху стоят японские обрабатывающие центры Mazak, но даже они не спасают, если не учитывать тепловое расширение станины при работе с никелевыми сплавами. Помню, в 2019 году пришлось переделывать партию роторов — инженеры не учли, что при шлифовке пазов температура в цеху поднимается на 3-4 градуса, и геометрия ушла за допуски.

Сейчас для критичных деталей используем трёхкоординатные измерительные машины Mitutoyo — без них превосходная газовая турбина осталась бы просто красивой фразой. Особенно важно контролировать биение опорных шеек вала: даже 0,01 мм превышения — и вибрация на рабочих оборотах превысит 8 mm/s. Проверено на горьком опыте с турбиной ГТ-1.2, которую пришлось возвращать с испытательного стенда.

Кстати, о стендах. Наша газовая турбина тестируется на территории завода — специально построили площадку с вибродиагностикой и тепловизорами. Замеры показывают, что температурный градиент в камере сгорания не должен превышать 120°C/см, иначе локальные напряжения приведут к трещинам на первых же ста тысячах часов работы.

Почему не всё решает оборудование?

Имея 102 единицы оборудования, включая пятиосевые ЧПУ, можно делать качественные узлы. Но собрать из них работоспособную турбину — это уже искусство. В 2020 году мы заключили контракт на поставку газовых турбин для котельной в Приморье. Сборка шла в цеху 2000 м2, но при обкатке выяснилось: вибрация возникает на переходных режимах. Пришлось снимать кожухи и переставлять диафрагмы — оказалось, монтажники не выверили зазоры под нагрузкой.

Сейчас для критичных соединений используем гидронатяг — технология не новая, но даёт стабильный результат. Кстати, на сайте https://www.xinjiyangongye.ru есть фото нашего сборочного цеха, где видно, как монтируется опорный подшипник. Многие недооценивают важность этой операции, а ведь от неё зависит, выдержит ли превосходная газовая турбина хотя бы 50 тысяч часов до первого капремонта.

По опыту скажу: даже с идеальными деталями сборка требует ювелирной точности. Например, зазоры между бандажами и корпусом должны быть в пределах 0,2-0,3 мм, но при этом нужно учитывать тепловое расширение разных материалов — сталь и никелевый сплав 'растут' по-разному при нагреве до 800°C.

Ошибки, которые учат

В 2017 году мы пытались адаптировать немецкую систему охлаждения лопаток для нашей газовой турбины. Инженеры из Германии предоставили расчёты, но не учли состав нашего газа — в Приморье он часто содержит сероводород. После 4000 часов работы появились коррозионные язвины на направляющих аппаратах. Пришлось разрабатывать собственное покрытие на основе алюминиевой бронзы.

Сейчас все новые модели проходят испытания на стенде с имитацией реальных условий — подаём газ с примесями, меняем нагрузку скачками. Последняя разработка — превосходная газовая турбина ГТ-3М — выдержала уже 12000 часов таких тестов без существенного износа. Данные по испытаниям мы частично публикуем на https://www.xinjiyangongye.ru в разделе 'Проекты'.

Важный момент: даже удачная конструкция требует грамотного обслуживания. Мы обучаем техников измерять зазоры без разборки — ультразвуковым методом. Это дорогое оборудование, но дешевле, чем останавливать турбину на месяц для ревизии.

Что отличает по-настоящему превосходную турбину?

Не КПД и не мощность, а предсказуемость ресурса. Наша газовая турбина ГТ-2.1, поставленная в Хабаровск в 2021 году, отработала уже 18000 часов без внеплановых остановок. Секрет — в системе мониторинга, которая отслеживает не только вибрацию, но и изменение химического состава масла. Малейшее появление меди — признак износа втулок, нужно готовить замену.

Многие производители экономят на системе диагностики, а потом удивляются, почему превосходная газовая турбина выходит из строя вдвое раньше расчётного срока. Мы в ООО Далянь Синьцзиян Индустрия с 1993 года накопили достаточно статистики, чтобы знать: надёжность на 70% зависит от мониторинга, и только на 30% — от качества изготовления.

Кстати, о качестве: наши цеха с постоянной температурой позволяют выдерживать геометрию деталей с точностью до 5 мкм. Для сравнения — человеческий волос имеет толщину 60-80 мкм. Но даже эта точность бессмысленна, если не вести журналы износа инструмента на ЧПУ — мы меняем фрезы после 40 часов работы, хотя производитель разрешает 60.

Перспективы и ограничения

Сейчас мы экспериментируем с аддитивными технологиями — печатаем отдельные элементы соплового аппарата из инконеля. Пока дорого, но для мелкосерийных газовых турбин это может сократить срок изготовления на 30%. Проблема в том, что пористость printed деталей всё ещё выше, чем у кованых — пока не более 0,2%, но для ответственных узлов нужно 0,05%.

Ещё одно направление — гибридные системы. Наша превосходная газовая турбина ГТ-4 тестируется в связке с паровой турбиной — получается парогазовый цикл с КПД под 52%. Но для этого пришлось полностью перепроектировать систему уплотнений — при переходных режимах перепад давлений достигает 8 атмосфер.

Что действительно сдерживает развитие — кадры. Молодые инженеры приходят с теорией, но не понимают, почему нельзя просто увеличить зазоры 'для надёжности'. Приходится годами обучать на практике — показывать, как работает настоящая газовая турбина в полевых условиях, а не в компьютерной модели.