Перевооружая свои энергообъекты, крупные нефтяные компании все более пристальное внимание обращают на качество и надежность комплектующих. Какие технологические решения предлагают российские производители.

Софья Егорова

Несмотря на то, что принцип работы турбины был известен давно, широкое промышленное применение это устройство смогло приобрести только после того как в конце позапрошлого века был создан многоступенчатый реактивный механизм, направивший пар таким образом, что его энергия начала использоваться максимально эффективно, превратив турбину в революционный продукт. Получается, что не сам принцип, а его совершенствование дало жизнь изобретению и послужило толчком к развитию промышленности и транспорта.

Едва ли кто-то будет спорить, что турбина, являясь одним из ключевых элементов газотранспортной системы и энергоинфраструктуры отдаленных месторождений, должна соответствовать современным стандартам. Эти требования все более настойчиво возвращают конструкторов и инженеров к принципам эффективности, давшим необходимый толчок в развитии технологии 150 лет назад. Конкурентный рынок дополнил эти параметры необходимостью повышения надежности и следования экологическим нормам.

ГПА, компрессор, энергетическая турбина на локальной электростанции – все эти агрегаты нуждаются в профессиональном ремонте и модернизации. Современные материалы и технологии позволяют находить новые пути решения этих задач. Часто сама природа дает подсказки, точность которых доказана непреклонными законами физики. Именно так в турбостроении появился новый элемент – сотовые уплотнения.

Рис 1. Высококачественное сварное сотовое уплотнение

Геометрия этого интегрального компонента любой современной турбины один в один схожа с шестиугольными призматическими ячейками, которые делают пчелы для хранения запасов меда и выращивания потомства.

Этот новый компонент представляет собой усовершенствованный тип уплотнений, позволяющий уменьшить радиальные зазоры от 0,1 мм и менее, ощутимо увеличить относительный КПД (вплоть до 5%), соответственно сократив расход топлива и снизив износ проточной части турбины. Эффект, достигаемый использованием соты так же, как и когда-то изобретение многоступенчатого реактивного механизма, взаимодействует с потоками газа/пара, но уже делает это на новом уровне. Именно эта функция отражена в самом названии данного компонента, которое по-английски звучит как “Honeycomb seals”, где seal обозначает «запечатывание, изолирующий слой». Если вкратце, то лопатки ротора турбины, расширяясь при высокой температуре, прорезают бороздку в сотовом уплотнении, которое надежно останавливает утечки газа в горячем тракте турбины, экономя топливо и повышая эффективность работы. Кроме этого «сота» снижает износ деталей проточной части и сохраняет лопатки ротора турбины от преждевременного износа.

Любопытен путь технологии из авиации в ТЭК, повторивший развитие многих других систем, изначально применявшихся в авиастроении, а после нашедших свое место в автопроме и других отраслях ввиду возможности широкого применения этих новых изобретений и их подтверждённой эффективности. Наземные агрегаты (деривативы) же пришли в отрасль в сложный период 80-90-гг. прошлого века в отсутствии заказов на авиастроительных заводах. В те годы добывающая промышленность поддержала авиаторов и начала закупать двигатели для нефте- и газоперекачки.

В 2018 году российская компания «Ротек» (единственный в стране производитель высококачественных сварных сотовых уплотнений для ТЭК, авиации и энергетического турбостроения) открыла собственное производство и выпустила первые партии сварных сот. На сегодняшний день компания «Ротек» обеспечивает потребность российских машиностроителей в высококачественных уплотнениях. Однако спрос обусловлен не монопольным положением компании, а высоким качеством выпускаемых комплектующих. Компания смогла сосредоточить у себя весь набор компетенций по производству «соты», а также узлов с ее использованием (сегменты, вставки, кольца, втулки, обечайки, шрауды), обеспечив минимизацию издержек. При создании сотовых компонентов для турбин, используемых в составе ГПА применяются российские сплавы ХН78Т и ХН60ВТ, импортных сплавов Hasteloy X, Haynes 214. Для компрессоров сварные сотовые уплотнения изготавливаются из нержавеющей стали (сплав 12Х18Н10Т, AISI 321).

Рис 2. Втулка для компрессора «Ротек»

Сегодня у «Ротек» есть решения для турбин и приводов ГПА, работающих на месторождениях Газпрома, Роснефти, Лукойла, НОВАТЭКа, Сибнефти и Татнефти. Эти компоненты доказали свою эффективность на двигателях ПС-90А, АЛ-31СТ, НК-36СТ, НК-16СТ, MS5002E (локализованная GE) для ГПА Ладога 32, УТЗ ГТН-6Р. Как известно, значительная часть генерирующих мощностей компании Роснефть построена с использованием энергетических турбин GE 6FA, в состав которых так же входят сварные сотовые уплотнения.

Рис.3 Схема расположения сотового уплотнения в турбине

В 2019 году Всероссийский теплотехнический институт провел исследования, которые доказали эффективность технологии «Ротек» с помощью, которой удалось добиться стабильной и точной геометрии ячейки соты (рис.4 и рис.5).

Рис.4 Ячейки соты

Рис.5 Ячейки соты

Изначально шестиугольная форма соты является одной из наиболее эффективных и экономичных фигур, а современные автоматизированные линии позволяют воплотить ее в металле. Технология производства обеспечила стабильность этой формы и геометрических размеров, при этом качество перестало зависеть от человеческого фактора, как это было раньше.

Рис.6 Сварное сотовое уплотнение «РОТЕК» в составе шрауда газовой турбины GE 6FA

Российская компания «Ротек» организовала собственное уникальное производство, а в конце июня 2020 г. первый дистрибьютор российской «соты» начал работу в Индонезии. И это не первый опыт совместной работы российской и индонезийской компаний. В октябре 2019 года компании заключили первый экспортный контракт на поставку сварных сотовых уплотнений для монтажа в трехступенчатой газовой энергетической турбине Rolls-Royce RТ61.

Сегодня крупнейшие российские компании внимательно подходят к перевооружению своих энергообъектов. Новые комплектующие и технологические решения, повышающие требуемый уровень локализации и позволяющие избежать аварий и штрафов все чаще применяются на российских объектах критической инфраструктуры.

Источник: журнал «Neftegaz.RU» (№9, Сентябрь 2020)