ПЕРСПЕКТИВНЫЕ АВИАЦИОННЫЕ И ПРОМЫШЛЕННЫЕ ГТД "САЛЮТА"
Юрий Елисеев,
генеральный директор ФГУП “ММПП “Салют”, доктор технических наук
“ММПП “Салют” - ведущее предприятие России в области авиационного двигателестроения. Всемирную известность имеют и обеспечивают основной объём российского экспорта вооружений истребители Су-27 и Су-30, двигатели для которых изготавливаются “Салютом”. Необходимость укрепления обороноспособности, а также обеспечения дальнейшего присутствия России на мировом рынке авиатехники вызывает потребность создания перспективного самолета 5-го поколения, обладающего характеристиками истребителя второго-третьего десятилетия ХХI века.
Этот самолет должен соответствовать комплексу требований, включающих в себя, в частности, сверхманевренность, малую заметность в радиолокационном и ИК-диапазонах, сверхзвуковую крейсерскую скорость. В значительной мере за эти характеристики несёт ответственность силовая установка.
Учитывая необходимость осуществления больших затрат на проведение комплекса работ по созданию двигателя для боевого самолета 5-го поколения, “Салют” считает необходимым, помимо государства, быть инвестором проекта и выделяет на разработку конструкции часть своей чистой прибыли и кадровый потенциал, а также, готовясь к будущему производству, занимается переоснащением основных фондов.
Следуя своей концепции создания перспективного боевого двигателя, предприятие двигается по наиболее экономически эффективному и реально реализуемому пути - глубокой поэтапной модернизации производимого предприятием, всемирно известного ТРДДФ АЛ-31Ф. Результатом должно стать создание двигателя нового поколения.
Руководство “Салюта”, ясно осознавая, что решающим фактором обеспечения эффективности и результативности запланированных действий является объединение под общим началом всего спектра работ по жизненному циклу изделия, уже осуществило необходимые организационные мероприятия, и в настоящее время предприятие способно выполнить весь комплекс работ - от проектирования до обслуживания и ремонта ГТД.
За три года проектное подразделение “Салюта” прошло путь от начала формирования до дня получения лицензии, предоставляющей право на проектирование новых образцов авиационных двигателей, их составных частей. При этом широко и последовательно внедряются CALS-технологии на всех этапах жизненного цикла двигателей.
На пути поэтапного решения проблемы создания двигателя 5-го поколения предприятие наиболее далеко продвинулось вперед в выполнении плана работ первого этапа модернизации ТРДДФ АЛ-31Ф, на котором предусмотрено увеличение тяги двигателя с 12500 до 13300 кгс. Выполнена значительная часть летных испытаний. Первое из них было проведено 25 января 2002 г. В июле-августе успешно прошли 25 полетов на летающей лаборатории Су-27, из них 7 - на самолете с двумя двигателями, в конструкции которых применен обеспечивший прирост тяги новый 4-ступенчатый КНД. Эти машины до установки на самолёт прошли комплекс испытаний на стендах в наземных условиях и в термобарокамере.
На самолете в исследованных диапазонах высот, скоростей, вертикальной перегрузки модернизированные двигатели работали устойчиво. Установка двух двигателей АЛ-31Ф-М1 позволила уменьшить время разгона самолета по сравнению с серийно укомплектованным.
Ускоренными темпами ведутся работы второго этапа модернизации, предусматривающего повышение тяги до 14100 кгс. На этом этапе предполагается внедрение не только упомянутого 4-ступенчатого КНД, но и турбин с новой системой охлаждения, цифровой САУ, позволяющей эксплуатировать двигатель по техническому состоянию. По желанию заказчика на двигатель может быть установлено всеракурсное сопло с системой управления вектором тяги.
В результате выполнения работ третьего этапа модернизации будет получен двигатель, основное отличие которого от обновленного на втором этапе заключается в применении спроектированного совместно с ЦИАМ им. П.И. Баранова трехступенчатого вентилятора. Этот узел имеет увеличенный расход воздуха, повышенные степень сжатия и кпд, широкохордные лопатки, выполненные по технологии “блиск”. Вследствие этого изменения конструкции тяга ТРДДФ возрастет до 14600 кгс. В настоящее время изготавливаются детали трехступенчатого КНД, предназначенного для стендовых испытаний, для чего приобретены шестикоординатные машинные центры фирмы Liechti.
Подразделения “Салюта” работают не только с АЛ-31Ф, но и другими двигателями для военной и гражданской авиации (АИ-222-25, Д-27, Д-436Т и т.д.). Проводятся исследования, нацеленные на формирование научно-технического задела по перспективным газогенераторам, которые должны стать базовыми для целого ряда авиадвигателей различного назначения и газотурбинных приводов для наземного применения в различных отраслях промышленности.
В основе рыночной стратегии предприятий в области промышленных газотурбинных технологий лежит анализ спроса на энергетическое оборудование, вызванного освоением новых месторождений нефти и газа, строительством новых газопроводов т.д. Повышение цен на электроэнергию вынуждает многие промышленные предприятия переходить на собственное электроснабжение путем приобретения и установки автономных модульных газотурбинных электростанций.
В соответствии с “Соглашением о долгосрочном сотрудничестве ОАО “Газпром” и ММПП “Салют” КБ промышленных ГТУ проводит работы по созданию ряда газотурбинных установок.
Уже сейчас в г. Ямбурге на ГТЭС-72 работают газотурбинные установки ГТЭ-20С, использующие в качестве топлива природный газ.
Осуществляются проектные работы по строительству электростанции ГТЭС-80 на Заполярном месторождении. В соответствии с заключенными договорами туда будут поставлены 4 энергоблока на базе газотурбинной установки ГТЭ-20С.
В соответствии с результатами тендера, проведенного ОАО “Газпром”, “Салют” планирует поставку основного технологического оборудования для электростанции мощностью 52 МВт, обслуживающей Северо-Ставропольское подземное хранилище газа. Электростанция спроектирована по парогазовому циклу и имеет коэффициент использования топлива, равный 85%.
В настоящее время в КБ промышленных ГТУ на базе двигателя четвертого поколения АЛ-31 по совместной с ОАО “Газпром” программе создается газотурбинный привод ГТП-18 мощностью 18 МВт. Он предназначен для реконструкции цехов дожимных компрессорных станций магистральных газопроводов.
На базе газогенератора того же двигателя создается газотурбинная установка ГТЭ-6С мощностью 6 МВт с кпд более 40% для привода компрессора газоперекачивающей станции или турбогенератора блочной электростанции.
Активно ведутся исследовательские работы и испытания с целью создания экологически высокоэффективной камеры сгорания, имеющей вредные выбросы окислов азота на уровне менее 50 ppm (100 мг/нм³).
Продолжаются работы над созданием установок на базе выпускавшегося предприятием авиационного двигателя АЛ-21.
В 2000 г. “Салют” вышел на энергомашиностроительный рынок с высокоэкономичной парогазотурбинной энергетической установкой (ПГУ-STIG) мощностью 60 МВт, в которой применен впрыск пара в тракт ГТД. Достоинством этой установки, подтверждающим перспективность газотурбинных технологий в энергетике, является высокий коэффициент использования топлива - более 95% - при электрическом коэффициенте полезного действия 52%. Экологические характеристики заявленной парогазовой установки (ПГУ) превосходят лучшие мировые образцы. Так, эмиссия вредных выбросов окислов азота составит менее 40 мг/нм3, что ниже установленных нормативов, а температура выброса не превысит 40°С.
Предприятие планирует в 2003 г. запустить в эксплуатацию первую в России парогазовую установку (ПГУ-STIG). Строительство новой установки намечено на ТЭЦ-28 АО “Мосэнерго”.
“Салют” разработал уникальную парокомпрессионную теплонасосную установку (ТНУ) с водой как рабочим веществом. Замена органического рабочего вещества ТНУ на неорганическое, воду, обеспечивает экологическую безопасность, упрощает эксплуатацию и позволяет повысить уровень достигаемых температур.
Широкое применение теплонасосных установок для выделения тепловой энергии из сбросной воды градирен ТЭЦ, автомоек, бань, систем кондиционирования, промышленных предприятий позволит снизить до нормального климатического уровня температуру воды прилегающих водоемов, обычно используемых для сброса теплоты, а выделенную в ТНУ тепловую энергию направить на теплоснабжение или технологические нужды. Появилась возможность заменить громоздкие градирни тепловыми насосами. Основными потребителями ТНУ должны стать производства в химической, текстильной, нефтегазодобывающей, фармацевтической промышленности, где одновременно есть потребность в источниках тепла и холода. Производство ТНУ уже начато.
Для решения экологических проблем и утилизации энергии низкокалорийных видов топлива на предприятии также создан энергетический комплекс, основанный на газификации твердого топлива. “Салют” вышел на рынок с этой новой продукцией и предлагает её поставку и монтаж.
Энергетический комплекс предназначается для производства электрической и тепловой энергии. Использование в нем разработанного российскими учеными процесса газификации позволяет применять для получения электрической и тепловой энергии следующие виды топлива:
В области применения ГТД на транспорте предприятие ведет проектные работы по созданию газотурбинных двигателей мощностью 1 МВт и 4 МВт для маневрового и маршевого турбовозов.
В целом, ММПП “Салют”, последовательно проводя работы по нескольким направлениям применения ГТД, стремится не только достичь устойчивого финансового положения предприятия сегодня, но и обеспечить успешную деятельность и развитие предприятия в будущем.
Подрисуночные подписи
1. Ротор трехступенчатого КНД двигателя АЛ-31Ф-М3
2. Сопло с управляемым вектором тяги
3. Парогазовый энергоблок ПГУ-60С
4. Установка для газификации твердого топлива
CALS-ТЕХНОЛОГИИ “САЛЮТА”
Валерий Поклад,
главный инженер ФГУП “ММПП “Салют”
В последние годы на ММПП “Салют” широко используются CALS-технологии. Минимальный совокупный эффект от их применения оценивается в 30% от затрат на содержание и производство наукоемкой продукции. Начиная с 1996 г. программа разработки и внедрения элементов CALS-технологий на предприятии реализуется на базе персональных компьютеров. За период 1996-2002 гг. количество автоматизированных рабочих мест увеличилось более чем в 40 раз и превышает 2000.
При проведении проектно-конструкторских работ современные компьютерные технологии применяются для решения таких задач, как тепловые и прочностные расчеты (ANSYS, NASTRAN), расчеты газодинамики
и процессов горения (STAR-CD, Flower, Phoenics), трехмерное моделирование (UNIGRAPHICS) и подготовка чертежной документации (Autocad). Все работы выполняются в соответствии с требованиями стандартов системы качества ИСО 9000.
Для расширения номенклатуры выпускаемой продукции, повышения конкурентоспособности и расширения рынка сбыта на предприятии организовано КБ, основной задачей которого является создание промышленных газотурбинных установок для энергетики (рис. 1) и газовой промышленности.
В отделе главного технолога и технологических бюро цехов организовано автоматизированное решение следующих основных задач:
Наряду с использованием импортных CAM-систем на предприятии ведется разработка и опытно-промышленная эксплуатация специализированного программно-методического комплекса - SalutCAM, который должен обеспечить совместимость с программно-методическими комплексами фирм - мировых лидеров в области CAD/CAE/CAM-технологий и интегрируемость в компьютерную систему поддержки полного жизненного цикла изделий.
В отделе главного металлурга были разработаны и внедрены автоматизированные процессы подготовки производства изготовления сложнофасонных деталей. Эти процессы сводятся к следующей последовательности: создается математическая модель отливки (ММ), далее на ее базе - восковая модель или полимерная мастер-модель, затем - керамическая форма под заливку, на основе мастер-модели - металлополимерная пресс-форма. Контроль литья осуществляется на компьютеризованных КИМ путем определения отклонения реальных размеров детали от ММ отливки.
На этапе изготовления деталей применение элементов CALS-технологий в производстве основывается на использовании оборудования с ЧПУ для формообразующих и контрольных операций.
Наиболее сложное оборудование с ЧПУ: это многокоординатные фрезерные станки и обрабатывающие центры известных фирм Starrag, Liechti (рис. 2) и других; ленточнообрезные, электроэрозионные и высокоточные зубошлифовальные станки; зубоизмерительная установка фирмы Kliengelberg, автоматизированный участок химико-термической обработки шестерен фирмы Ipsen, а также координатно-измерительные машины фирм LK, Tesa, Opton. Всего на предприятии более 500 станков с ЧПУ.
В сборочном производстве применяется АСУ “РАПОРТ СБ”, разработанная на основе анализа ряда ведущих предприятий отрасли, в том числе и ММПП “Салют".
“РАПОРТ СБ” – это специализированная компьютерная автоматизированная система управления сборкой сложных изделий. Она включает следующие функциональные модули: нейтральное планирование, оперативный учет, управление процессом сборки, логистика.
“РАПОРТ СБ” ориентирован на применение информационных эталонов, которые могут быть либо корпоративными, либо собственными. Это положение обеспечивает качество информации, циркулирующей в АСУ. Информация системы достоверна и актуальна.
Завершающий этап производства двигателя – его испытание на испытательном стенде. Испытания авиационных двигателей и его частей, вибродиагностика, расчет параметров производятся с помощью различных АСУ. Например, расчет параметров изделий осуществляется с помощью пакета программ на Visual Basic.
На ММПП “Салют” большое внимание уделяется сопровождению двигателей в эксплуатирующих организациях. Для работы в полевых условиях существует мобильный и весьма удобный в работе эксплуатационный комплекс, организованный на базе ПЭВМ типа Dolch или Fieldworks.
В рамках концепции CALS-технологий проводятся работы по созданию эксплуатационно-технической документации по двигателю АЛ-31ФН на электронном носителе в интерактивном виде (интерактивное электронное техническое руководство, ИЭТР).
Для выполнения задачи подготовки и переподготовки квалифицированных кадров на предприятии действует система обучения персонала. С этой целью в 1998 г. на предприятии был создан Институт целевой подготовки специалистов по двигателестроению (ИЦПС - подразделение Российского государственного технологического университета - МАТИ им. К.Э. Циолковского). Обучение персонала, реализующего CALS-технологии, ведется в специализированных аудиториях и классах ИЦПС (рис. 3).
Опыт, накопленный при разработке и внедрении элементов CALS-технологий, позволяет развивать ИПИ (CALS- технологии) по самым различным направлениям.
