Методология реконструкции компрессорных станций за счет использования конвертированных авиационных газотурбинных двигателей (ГТД

В настоящее время широко распространена тенденция реконструкции наземных газотурбинных установок, предполагающая использование высокотехнологичных авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и их узлов, которые существенно снижают затраты на эксплуатацию и повышают надежность газотурбинных установок.

Первый конвертированный двигатель НК-12СТ был изготовлен в 1971 году под руководством Н.Д. Кузнецова.

Газоперекачивающий агрегат (ГПА) ГПА-Ц-6,3 для него был изготовлен Казанским компрессорным заводом в 1972 года и был предъявлен на межведомственные испытания, которые были завершены в апреле 1974 года. Так началась эра использования конвертированных авиационных ГТД в газовой промышленности. К 1980 году в эксплуатации находилось уже более 300 агрегатов ГПА-Ц-6,3, а всего их было выпущено и установлено на компрессорных станциях России, стран СНГ, Болгарии, Польши, Аргентины 860 штук [1].

Накопленный успешной опыт эксплуатации ГПА -6,3 с двигателем НК-12СТ позволил перейти к конвертации других авиационных двигателей семейства "НК".

С 1980г. были созданы и внедрены в серийное производство двигатели НК-16СТ (на базе авиационного двухконтурного двигателя НК-8-2У) мощностью 16 МВт и КПД 29%; двигатели НК-38СТ (на базе авиационного турбовентиляторного двигателя НК-93) мощностью 16 МВт и КПД 38%; двигатели НК-36 СТ (на базе авиационного двухконтурного двигателя НК-25) мощностью 25 МВт и КПД 36%.

В ОАО "СКБМ" созданы и внедрены в серийное производство в ОАО "Моторостроитель" современные приводные двигатели авиационного типа: НК-14СТ мощностью 8 МВт и КПД 32%; НК-14СТ-10 мощностью 10МВт и КПД 34,6%; НК-14СТ-12 мощностью 12 МВт и КПД 35%. В тоже время и другие авиационные моторостроительные ОКБ России и Украины стали создавать газотурбинные приводные двигатели, которые успешно эксплуатируются в газовой промышленности:

  • ГТУ-4П, ГТУ-10П, ГТУ-12П, ГТУ- 16П в газоперекачивающих агрегатах типа "Урал" - ОАО "Авиадвигатель" и ОАО "Пермский моторный завод";
  • АЛ-31СТ (ГПА-Ц-16Л), ГГД-4РМ (ГПА- 4РМ) - ОАО "НПО "Сатурн";
  • Д-336-2; АИ-336-2р-8; АИ-336-1-2-10 (ГПА-Ц-6,3 А; ГПЛ-Ц-8А; ГПА-Ц-10А) - ОАО "Мотор Сич”.

С применением авиационных ГТД связывают создание перспективных газотурбинных установок (ГТУ) и комбинированных установок различного назначения. Актуальность и важность оценки возможностей применения авиационных ГТД для создания транспортных установок обусловливается, в частности, реализацией задачи конверсии объектов авиационной техники и предприятий, занимающихся выпуском этой продукции.

Конверсия в технике является одной из важнейших задач развития экономики. В частности, очень эффективным является использование находящихся на высоком уровне развития и совершенства авиационных (ГТД для привода газоперекачивающих агрегатов. При этом возможно как использование элементов конструкции базовых ГТД, в том числе и после наработки на самолете, так и создание новых наземных ГТУ авиационного типа.

Общепринятым является определять любое новое использование двигателя типа ГТД для нужд, отличных от авиационных, как конвертирование авиационных газотурбинных двигателей, а сами двигатели как конвертированные авиационные ГТД.

Тенденция широкого применения во всем мире в последние десятилетия конвертированных двигателей авиационного типа объясняется рядом их несомненных преимуществ перед традиционными схемами силовых установок [2, 3]:

  • Относительно малые масса и габариты, блочная конструкция, что позволяет достаточно просто и мобильно осуществлять транспортировку, монтаж, введение в эксплуатацию, ремонт и замену двигателей, особенно в труднодоступных районах, удаленных от баз снабжения и транспортных магистралей. Подобные силовые установки эффективно применяются также для водного и наземного транспорта и относительно малых (мощностью до 40 МВт) электростанций.
  • Высокие показатели надежности и КПД базовых ГТД относительно легко обеспечивают применение их модификаций в новых специфических условиях эксплуатации, в различных климатических условиях, обеспечивая высокие показатели безотказности и ресурса.
  • В конвертированных ГТД широко используются детали и элементы, исчерпавшие в авиации свой ресурс. Расходы на обслуживание этих двигателей в эксплуатации сравнительно низкие. Простота обслуживания, высокие эксплуатационная технологичность, ремонтопригодность, степень автоматизации систем управления, регулирования и контроля позволяют иметь минимальный состав персонала эксплуатационников. В этом случае возможен вахтовый способ обслуживания.
  • Полная автономия двигательного блока, работа двигателя на различных топливах (жидком и газообразном) и маслах. На газоперекачивающих станциях используется в качестве топлива перекачиваемый природный газ.
  • Относительно низкая стоимость двигателя, сжатые сроки и сравнительно небольшие затраты при его создании и доводке, высокая степень унификации с базовым авиационным двигателем.

В процессе конвертирования ГТД конструкция основных элементов конвертируемого двигателя зависит не только от основных параметров, определяемых техническим заданием, но и от следующих параметров [2]:

  • основных требований к конвертированию;
  • выбранной принципиальной схемы конвертирования;
  • облика базового авиационного двигателя (конструкции его элементов и параметров цикла);
  • остаточных запасов прочности деталей базового двигателя после наработки в эксплуатации;
  • возможности технологического упрочнения и восстановления деталей базового двигателя после наработки в эксплуатации;
  • степени конкурентности двигателя на рынке сбыта и возможного объема заказов (экономической целесообразности).

Основные требования, предъявляемые к конвертированию авиационных ГТД, связаны с новым специфическим применением, с задачами эксплуатации его в наземных условиях. Эти требования определяются следующими условиями [4]:

  • Разработка и серийное изготовление двигателя должны быть экономически оправданы с учетом:
  • уровня КПД двигателя;
  • стоимости проектных и доводочных работ;
  • себестоимости изготовления, включая использование деталей с предварительной наработкой в авиации;
  • потребного ресурса;
  • уровня показателей эксплуатационной надежности;
  • вероятного объема заказов.
  • Двигатель должен обладать высокой работоспособностью в широком диапазоне климатических условий и различных внешних возмущений и нагрузок.
  • Двигатель должен обладать умеренными габаритами и массой, а также блочностью конструкции для облегчения транспортировки, монтажа, обслуживания и ремонта.
  • Двигатель должен иметь высокие показатели надежности.
  • Системы управления, контроля и диагностики технического состояния двигателя должны обеспечивать длительную безотказную работу без непрерывного наблюдения оператором за приборами (в отличие от авиа-ционных условий).
  • При наземном применении двигателя камера сгорания должна обеспечивать существенно ниже, чем для авиационных ГТД, уровень выброса вредных веществ: оксидов азота и оксида углерода - как при работе на жидком топливе, так и на газообразном (природном газе).

Продолжение здесь