Введение к работе
Актуальность проблемы
На современном этапе развития техники газотурбинные двигатели (ГТД) занимают определяющее место в авиации, уверено завоевывают свою нишу в судостроении, энергетике и газоперекачивающей отрасли. Проблематика поддержана трудами известных ученых и специалистов в области конструирования ГТД: В.М.Батенина, И.А.Биргера, Ю.А.Зейгарника, В.М.Масленникова, А.М.Люлька, А.Лефевра, В.И.Романова, Петрова Е.В. и др. Среди многих требований, предъявляемых к ГТД в последнее время, требования по увеличению ресурса и экологической безопасности стоят в одном ряду с экономическими. Невыполнение экологических требований, в конечном счете, грозит производителю турбин потерей рынка сбыта, а ограничения в сроках службы - большими экономическими издержками. Наиболее остро стоит вопрос ресурса в аспекте эксплуатационных затрат и срока окупаемости изделий. Все это, в полной мере, относится к авиационным и судовым ГТД, конвертируемым в силовой привод наземного энергетического оборудования по конверсионным программам. При этом дополнительно важна единичная мощность энергоустановки (>50 МВт).
Конструктивное и технологическое обеспечение всех этих требований сопряжено с рядом противоречий. Как показал опыт, достижение необходимого сочетания возможно не только в нахождении разумного компромисса, но и путем удовлетворения всех требований приоритетного фактора, оказывающего определяющее влияние на решение взаимосвязанных задач. Выбор приоритетного фактора и нахождение его оптимальных параметров во взаимосвязи с характеристиками технического и экономического характера - актуальная проблема.
Высокая стоимость самих ГТД и экспериментов с ними, особенно связанных с «экологической» доводкой и «ресурсными» испытаниями,
требует минимизации опытных работ и| ря.^умнпго использования опыта
' " " и тЛьмт \{Ф
работы конструкций других объектов, по тем или иным причинам, не вполне удовлетворяющим всему комплексу предъявляемых требований.
Весь вышеперечисленный комплекс проблем нуждается в фундаментальном подходе. В этом плане актуальны рассмотрение и выработка принципов адаптации конверсионных авиадвигателей к работе в составе мощных энергоустановок.
Эта проблематика была поддержана и скоординирована рядом постановлений, программ и планов: ЦК КПСС, СМ СССР, Минсудпрома СССР, РАО «ЕЭС России», НПО «Машпроект», ОАО «ЛМЗ» и ФГУП ММПП "Салют".
Объект исследования: технология конвертирования авиационных ГТД для энергоустановок большой мощности.
Предмет исследования: адаптация технологии конвертирования авиационных ГТД для мощных энергоустановок к реальному производству на примере НИОКР с камерой сгорания.
Цели и задачи работы
Цель: адаптированная технология конвертирования авиационных ГТД для мощных энергетических установок и ее продукт - энергетический ГТД, удовлетворяющий требованиям по ресурсу, экономичности, экологичное и стоимости (на примере НИОКР с камерой сгорания).
Задачи:
обзор и анализ состояния проблемы конверсии авиационного ГТД;
выбор пути конверсии авиационных ГТД;
адаптация технологии конвертирования к условиям завода в современной российской экономике;
НИОКР с камерой сгорания как основа адаптированной технологии конвертирования;
адаптация технологии моделирования и проектирования конвертируемых ГТД;
утилизация выбросов промышленной газовой установки на основе конвертированных ГТД;
- создание конкурентоспособной 111 У на базе конвертированного
авиационного ГТД.
Методы исследования: системный подход, имитационное моделирование, проектирование и управление проектами, лабораторный эксперимент, стендовые и натурные испытания, мониторинг длительной эксплуатации, технико-экономические оценки.
Научная новизна:
выполнен литературно-аналитический обзор по проблематике конвертирования авиационных ГТД для работы в составе мощных энергоустановок;
впервые проблема конвертированных ГТД, предназначенных к работе в энергетике и газоперекачивающей отрасли, рассмотрена как комплексное исследование в области проектов и программ по адаптации технологии конвертирования и жизненного цикла изделия обеспечения необходимых требований по ресурсу, экономичности, экологичное и стоимости;
предложен оптимальный путь конвертирования авиационных ГТД, отличающийся комплексом мероприятий по доводке конструкции и ре* Л мов камеры сгорания;
сформулированы принципы адаптации технологии конвертирования к специфике проектно-конструкторского и эксплуатационно-сервисного процессов в условиях современных экономических отношений;
определен необходимый и достаточный пакет работ с камерой сгорания как основой энергоустановки большей мощности;
сформулированы требования к моделированию и проектированию конверсионных ГТД, отличающиеся полнотой и достаточностью;
предложены новые решения по утилизации выбросов промышленной газовой установки;
впервые обеспечен комплекс требуемых характеристик конечного изделия на мощность от 2,5 до 150 МВт.
Практическая ценность
Предложенный пакет проектов и программ используется при разработке новых и модернизации существующих ГТД в конструкторских бюро: ФГУП ММПП «Салют», г.Москва; ГП НПК «Зоря-Машпроект», г.Николаев; ОАО «ЛМЗ», г.Санкт-Петербург.
Большинство разработанных технических решений, реализованных в виде конструктивных разработок турбин, камер сгорания и энергоустановок, внедрено в серийное производство на моторостроительных заводах ГП НПК «Зоря-Машпроект», ОАО «ЛМЗ», ОАО «Завод турбинных лопаток», ОАО «Нара-Фоминский машиностроительный завод» на двигателях и газотурбинных установках: ДЕ76, ДС76, ДТ71, ДС71, ДП71, Д049, ДА90, ДБ90, ДГ90, ДО90, ДС90, ДА80, ДГ80, ДН80, ГТГ-110, КГПТУ-16; КГПТУ-25, ГТЭ-60, ГТЭ-150, ГТУ-20С, ПГУ-60С, на что получены акты внедрения.
Апробация работы
Основные материалы работы доложены и обсуждены на международных, всесоюзных, всероссийских и отраслевых научно-технических симпозиумах и конференциях по газотурбинным и комбинированным установкам, в том числе:
- на Всесоюзной НК по газотурбинным и комбинированным установкам, г. Москва (1987); на НТК НКИ, г.Николаев (1984, 1986); на 46, 48 и 52 научно-технических сессиях по проблемам газовых турбин РАН, г. Самара (1999, 2005) , г. Рыбинск (2001); на всероссийской НТК по газотурбинным установкам, ЛМЗ, г.С-Петербург (1999); на 4-м международном совещании по проблемам энергоаккумулирования и экологии в машиностроении, энергетике и на транспорте, РАН, г.Москва (2004); на 11-м международном конгрессе «Новые высокие технологии для газовой и нефтяной промышленности, энергетики и связи», г. Салехард (2001); на 6-м международном научно-техническом симпозиуме «Авиационные технологии XXI века», г. Жуковский (2001); на 1-м научно-техническом семинаре по проблемам низкоэмиссионных камер сгорания газотурбинных установок, РАН, ЦИАМ, ВТИ, г.Москва (2004); на 11-м международном симпозиуме «Потребители-производители компрессоров и компрессорного оборудования, г. Санкт-Петербург (2005).