Огляд та дослідження ринку вітчизняного турбінобудування

    Необхідно відзначити, що значна кількість конструкцій, розроблених в останні роки, відповідає кращим закордонним зразкам подібної техніки. Більшість двигунів, анонсованих даними підприємствами, не доведена ще до серійного виробництва, а знаходиться в стадії розробки чи дослідно-промислової експлуатації.

    Незначним є в даний час виробництво  корабельних газотурбінних агрегатів миколаївським підприємством НВКГ "Зоря"-"Машпроект". Замість цього потенційному замовнику пропонується широкий ряд потужностей (2,5...110,0 МВт) створених у 80.90-х роках промислових газотурбінних двигунів, більшість з яких випускаються підприємством серійно.

    Ряд підприємств України і Росії, які безпосередньо не виготовляють газотурбінні двигуни, спеціалізуються  на випуску промислових агрегатів  та електростанцій на їхній основі.

    Провідним підприємством з виробництва  газоперекачувальних агрегатів (ГПА) на території колишнього Радянського Союзу є ВАТ "Сумське НВО ім. М.В. Фрунзе".

    На  основі двигунів, розроблених НВКГ "Зоря"-"Машпроект", ЗМКБ "Прогрес", ВАТ "СНТК им. Н.Д. Кузнецова", ВАТ "СКБМ" і ВАТ "НПО "Сатурн", випускаються агрегати потужністю 6...25 МВт. ВАТ "НПО "Искра" (м. Перм) виготовляє газоперекачувальні агрегати типу "Урал" на основі двигунів розробки ВАТ "Авиадвигатель" і ВАТ "КПП "Авиамотор" потужністю 4, 10, 12, 16 і 18 МВт. У блочно-контейнерному виконанні випускаються також електростанції потужністю 2,5...16,0 МВт. На основі двигуна НК-38СТ (ВАТ "СНТК им. Н.Д. Кузнецова") організовано виробництво газоперекачувальних агрегатів ГПА-16 "Волга" на ВАТ "Казанское моторостроительное производственное объединение".

    ЗАТ "Завод "Киров-Энергомаш" (дочірнє підприємство ВАТ "Кировский завод", м. С.-Петербург) займається виготовленням газоперекачувальних агрегатів ГПА-16 "Нева" на основі двигуна АЛ-31СТ розробки ВАТ "НПО "Сатурн".

    Газоперекачувальні  агрегати на основі UGT 2500, ДУ71 і ТВ3-137, а також блокові електростанції, що використовують двигуни ТВ3-137, UGT 2500 і UGT 6000 (ДВ71), випускає українське підприємство ВАТ "Турбогаз" (м. Харків).

    Необхідно відзначити, що істотний внесок у створення  газотурбінних двигунів, промислових агрегатів та електростанцій на їхній основі часом роблять учені таких науково-дослідних і проектних інститутів, як ВАТ "Всероссийский теплотехнический институт" (м. Москва), ВАТ "Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И.И. Ползунова" (м. С.-Петербург), ФДУП "Центральный институт авиационного моторостроения" і ВАТ "Научно-исследовательский и проектно-изыскательский институт "Теплоэлектропроект" (м. Москва), ВАТ "Государственный проектно-конструкторский и научно-исследовательский институт авиационной промышленности" (м. Москва) та ін.

 

    2. Галузі застосування газотурбінних агрегатів 

    Згідно  з призначенням усі газотурбінні агрегати, що виготовляються в цей  час підприємствами України і  Росії (за винятком двигунів літальних  апаратів), можна класифікувати на п’ять основних груп: енергетичні, привідні, суднові, танкові та безкомпресорні утилізаційні.

    1. Енергетичні газотурбінні  агрегати. Призначені для приводу генератора електричного струму на стаціонарних і пересувних (мобільних) електростанціях. Виконуються як за простою, так і за складною тепловою схемою з утилізацією тепла відхідних газів . так звані парогазові установки.

    У межах усього ряду потужностей підприємствами України і Росії в даний час створюються та виготовляються наступні енергетичні газотурбінні агрегати простої теплової схеми: агрегати потужністю 0,5...2,0 МВт, створювані на основі авіаційних (ТВ2-117, ТВ3-117 та ТВ7-117) газотурбінних двигунів розробки ДУП "Завод им. В.Я. Климова" (м. С.-Петербург). Крім самого підприємства, їх випускають також ВАТ "Мотор Січ" (м. Запоріжжя), ВАТ "Калужский двигатель" (м. Калуга), а також ряд авіаремонтних підприємств . ВАТ "Уральский завод гражданской авиации" (м. Єкатеринбург) та ін.;

    газотурбогенератори ГТГ-1500-2(Г) потужністю 1,5 МВт і ККД 21 % для потреб енергетики і військово-морського флоту, що серійно випускаються ВАТ "Пролетарский завод" (м. С.-Петербург);

    агрегати  потужністю 2,5...35,0 МВт, характеристики яких наведено в табл. 1.1.

    Незначною є кількість енергетичних газотурбінних  агрегатів простої схеми більшої потужності. ВАТ "Турбоатом" (м. Харків) виготовляє агрегат ГТЭ-45-3М потужністю 58 МВт і ККД 29 %. У дослідно-промисловій експлуатації на Іванівській державній районній електростанції (ДРЕС) знаходиться розроблений у НВКГ "Зоря"-"Машпроект" газотурбінний агрегат ГТЭ-110, що має потужність 114 МВт і ККД 36 %.

    ВАТ "ЛМЗ" (м. С.-Петербург) серійно  випускає за ліцензією німецької  компанії "Siemens" агрегат ГТЭ-160 (V94.2) потужністю 160 МВт і ККД 34%.

    Агрегат ГТЭ-150 (потужність 150 МВт, ККД 30,5 %), що випускався раніше ВАТ "ЛМЗ", істотно відстає від сучасного рівня за параметрами і не має перспектив подальшого виробництва через моральне старіння.

    У стадії розробки знаходяться:

    агрегат ГТЭ-45-60 (потужність 45/60 МВт, ККД 36...37 %) НВКГ "Зоря"-"Машпроект";

    агрегат ГТЭ-115М (потужність 136,5 МВт, ККД 35 %) ВАТ "Турбоатом" (м. Харків);

    агрегат ГТЭ-60 (потужність 60 МВт, ККД 36 %) ВАТ "ЛМЗ";

    агрегат ГТЭ-65П (потужність 66 МВт, ККД 36,3 %) ВАТ "Авиадвигатель";

    агрегат ГТЭ-180П (потужність 180 МВт, ККД 36,7 %) ВАТ "Авиадвигатель" та ВАТ "ЛМЗ".

    2. Привідні газотурбінні  агрегати. Призначені для приводу великих механізмів і пристроїв.

    У даний час привідні газотурбінні агрегати головним чином використовуються для приводу нагнітачів природного газу компресорних станцій різного призначення: лінійних, дотискних (ДКС), станцій підземних сховищ газу (ПСГ).

    Газотурбінними  приводами обладнані 86 % газоперекачувальних  агрегатів, що входять до газотранспортної мережі (найбільшої у світі), розташованої на території колишнього Радянського Союзу.

    Зведені дані щодо газотурбінної техніки  цього призначення, пропонованої підприємствами України і Росії, в межах усього потужнісного ряду наведені в табл. 1.2.

    3. Суднові газотурбінні  агрегати. Призначені для приводу водотоннажних суден і суден з динамічними принципами підтримання.

    Миколаївським підприємством НВКГ "Зоря"-"Машпроект" для потреб ВМФ і комерційних суден пропонуються надійні й економічні газотурбінні двигуни UGT 3000 (М75), UGT 6000 (М70), UGT 16000 (ДТ59), UGT 15000 (М90) і UGT 25000 (М80) потужністю 3...28 МВт. Створюються також різноманітні агрегати на їхній основі.

    Рибінським підприємством ВАТ "НПО "Сатурн" у співробітництві з НВКГ "Зоря"-"Машпроект" розробляються суднові двигуни М75РУ і М70ФРУ потужністю 4 та 8 МВт.

    ДУП "Завод им. В.Я. Климова" пропонує для швидкісних морських і річкових суден водотоннажністю 10...100 т газотурбінні приводи потужністю 0,7...3,7 МВт, виконані на базі авіаційних і танкових двигунів власної розробки.

    4. Танкові газотурбінні  агрегати. Призначені для приводу різної бронетанкової техніки.

    Двигуни ГТД-1000Т/ТФ, ГТД-1250 та їхні модифікації, що встановлюються на серійних танках Т-80, Т-80Б, Т-80У і "Черный орел", бронетанкових машинах "Ладога", ремонтно-евакуаційних машинах БРЭМ-80У,  розроблені ДУП "Завод им. В.Я. Климова" (м. С.-Петербург) та серійно випускаються підприємством ВАТ "Калужский двигатель" (м. Калуга).

    5. Безкомпресорні утилізаційні  газотурбінні агрегати. До цієї категорії можна віднести газові утилізаційні турбіни, призначені для виробництва електричної енергії за рахунок надлишкового тиску доменного газу на металургійних заводах, і детандер-генераторні агрегати . за рахунок корисного використання зниження тиску природного газу до споживчих величин на газорозподільних станціях (ГРС) і газоредукційних пунктах (ГРП).

    На  території колишнього Радянського  Союзу основним виробником подібної техніки з кінця 60-х років є ВАТ "Турбомоторный завод" (м. Єкатеринбург). Різноманітний асортимент цих агрегатів пропонують у даний час потенційному замовнику ВАТ "Невский завод" (м. С.-Петербург) і ВАТ "Криокор" (м. Москва). В Україні утилізаційні агрегати різної потужності розроблені підприємствами ВАТ ІВП "Енергія" (м. Кривий Ріг), НВКГ "Зоря"-"Машпроект", ВАТ "Мотор Січ" та ВАТ "Турбогаз" (м. Харків).

 

    

    3. Загальна будова виробляємих газотурбінних агрегатів

    3.1. Газотурбінні агрегати простої теплової схеми 

    Усупереч  розповсюдженій (у тому числі й  у Радянському Союзі) у першій половині ХХ століття думці про те, що стаціонарні і суднові всережимні газотурбінні агрегати має сенс виконувати винятково за складною тепловою схемою - з регенерацією, проміжним охолодженням повітря і, можливо, з багаторазовим підігрівомгазу, у наступні десятиліття найбільшого поширення набули агрегати, виконані саме за простою тепловою схемою. Багато в чому це пояснюється їх значно меншими масогабаритними показниками і кращими експлуатаційними характеристиками, які, незважаючи на трохи гірший ККД, відіграли вирішальну роль при виборі приводу нагнітачів природного газу газоперекачувальних станцій, приводу генераторів електричного струму мобільних (пересувних) електростанцій, а також приводу транспортних (суднових і бронетанкових) установок. Необхідно також ураховувати, що підвищена конструктивна складність агрегатів складних теплових схем не завжди підкріплювалася в той період відповідним рівнем розвитку науки і техніки.

    Підприємствами  України і Росії в даний  час випускаються газотурбінні агрегати простого термодинамічного циклу різних конструктивних схем.

    Схема на рис. 1.1,а - однокаскадний агрегат із блокованою силовою турбіною (одновальний ГТА) - порівняно з іншими є конструктивно простішою. Як правило, вона використовується для агрегатів, призначених для експлуатації переважно на одному (номінальному) режимі роботи (наприклад, енергетичні ГТА). За такою схемою виконані агрегати UGT 2500 і ГТД 110 розробки НВКГ "Зоря"-"Машпроект", АИ-20ДКЭ/ДМЭ ЗМКБ "Прогрес", ГТЭ-45-3 і ГТЭ-115 ВАТ "Турбоатом", ГТЭ-160 (V94.2) ВАТ "ЛМЗ", ГТЭ-65П і ГТЭ-180П ВАТ "Авиадвигатель", НК-12СТ ВАТ "СНТК им. Н.Д. Кузнецова", НК-14Э ВАТ "СКБМ", ГТЭ-25У ВАТ "ТМЗ", ГТГ-1500-2(Г) ВАТ "Пролетарский завод".

    Ротори  таких ГТА виконані, як правило, двохопорними з розташуванням упорного підшипника з боку компресора (більш холодна  частина двигуна). Відведення потужності найчастіше здійснюється також з боку компресора. Для агрегатів потужністю менше 3 МВт, які мають високі значення частоти обертання ротора, характерне застосування вбудованого редуктора (як, наприклад, у двигунів UGT 2500, АИ-20ДКЭ/ДМЭ, ГТГ-1500-2(Г)). Виносним редуктором обладнаний двигун НК-14Э.

    Схема на рис. 1.1,б . однокаскадний агрегат з вільною силовою турбіною (двовальний ГТА) . у даний час найбільш розповсюджена. Крім достоїнств, пов’язаних з роботою на часткових режимах, поширенню цієї схеми чимало сприяла зручність створення подібних агрегатів на основі авіаційних турбореактивних двигунів (ТРД), коли до базового однокаскадного газогенератора приєднується додатково розроблена вільна силова турбіна.

    За  такою схемою виконані газотурбінні агрегати ТВ2-117, ТВ3-117 і ТВ7-117С/В розробки ДУП "Завод им. В.Я. Климова"; ГТУ-2,5П, ГТУ-4П, ГТУ-6П, ГТУ-10П, ГТУ-12П, ГТУ-12ПЭР, ГТУ-16П і ГТУ-16ПЭР ВАТ "Авиадвигатель"; ГТЭ-20С ММПП "Салют"; Сатурн ГТД-2,5, ГТД-6, ГТД-8, ГТД-4, ГТД-6,3, ГТД-10, М75РУ і М70ФРУ ВАТ "НПО "Сатурн"; НК-14СТ, НК-14СТ-10 і НК-14СТ-12 ВАТ "СКБМ"; ГТЭ-20/55СТ ЗАТ "Энергоавиа"; ГТН-6У, ГТН-16М-1, ГТН-25-1, ГТЭ-6, ГТЭ-6У і ГТЭ-16 ВАТ "ТМЗ".

    Незважаючи  на наявність вільної силової  турбіни, деякі фірми-розробники (наприклад, ВАТ "Авиадвигатель" і ВАТ "ТМЗ") для зниження частоти обертання вихідного вала додатково використовують редуктор, що дозволяє без істотних переробок використовувати привідні двигуни в ролі енергетичних (для приводу генератора електричного струму). До таких належать агрегати ГТУ-2,5П, ГТУ-4П, ГТУ-6П, ГТУ-12ПЭР, ГТУ-16ПЭР, ГТЭ-6, ГТЭ-6У та ГТЭ-16.

    Деякі ГТА виконані з виводом привідного вала силової турбіни в бік  компресора, що дозволяє забезпечити  відведення вихлопних газів через  осьовий і бічний газовідводи залежно від виконання (наприклад, Сатурн ГТД-6 і ГТД-8).

    Схема на рис. 1.1,в - двокаскадний агрегат з вільною силовою турбіною (тривальний ГТА). За такою схемою в даний час створюються практично всі транспортні (суднові і танкові) газотурбінні агрегати. Усі стаціонарні (енергетичні і привідні) ГТА, крім ГТН-25 ВАТ "Невский завод", виконані за такою схемою, є конвертованими з авіаційних, суднових чи танкових агрегатів.

    За  даною схемою створюють двигуни: НВКГ "Зоря"-"Машпроект" . UGT 3000, UGT 6000, UGT 6000+, UGT 10000, UGT 15000, UGT 15000+, UGT 16000 і UGT 25000; ЗМКБ "Прогрес" - Д-336-1/2, АИ-336-1/2-8, АИ-336-1-4 і АИ-336-1/2-10; ВАТ "НПО "Сатурн" - АЛ-31СТ, АЛ-31СТЭ, АЛ-31СТ-10, АЛ-31СТ-12 і ГТД-25АЛ; ВАТ "СНТК им. Н.Д. Кузнецова" - НК-16СТ; ВАТ "КПП "Авиамотор" - НК-16-18СТ; ВАТ "Авиадвигатель" - ГТУ-25П і ГТУ-25ПЭР; ДУП "Завод ДУП "Завод им. В.Я. Климова" - ГТД-1000Т/ТФ і ГТД-1250; НПП "Мотор" . ГТЭ-10/95; ВАТ "Невский завод" - ГТН-25.