Новости

GE LM2500 импортозамещение запасных частей для капитального ремонта, производство лопаток для газовых турбин LM2500, копирование и реверс-инжиниринг лопастей горячего тракта Gas Turbine Blades LM2500, локализация производства лопатки для двухступенчатой и силовой турбины LM2500 ГТУ ГТЭС ГТД ГТЭ создание производства лопастей газогенератора с использованием технологии монокристаллического литья лопаток турбины ГТД и создание современных аналогов монокристаллических лопастей горячего тракта для замены оригинальных запчастей и продления ресурса при капитальном ремонте газовых турбин производства GE.

Программа импортозамещения лопаток General Electric для проведения капитального ремонта с целью продления эксплуатации газовых турбин LM2500, и создания новых технологий на базе газогенератора LM2500, воспроизводство газотурбинных технологий LM2500 для производства газовых турбин примышленного назначения мощностью 30-50 МВт. Цели программы - обеспечение технологического суверенитета страны в области производства лопаток для газотурбинных технологий, преодоление отставания отечественного газотурбостроения от передового мирового уровня, достижение конкурентоспособности отечественных ГТУ и ПГУ на внутреннем и мировом рынках, обеспечение в полном объеме российской электроэнергетики произведенным в стране газотурбинным оборудованием, организация на отечественных и совместных предприятиях производства высокотехнологичных лопаток горячей части ГТУ, обеспечение сервисного обслуживания LM2500, лицензионных и отечественных ГТУ; организация изготовления на территории Российской Федерации лицензионных ГТУ LM2500 с полной локализацией производства критических элементов («горячей части», систем управления), обеспечивающей технологический суверенитет отрасли; совершенствование отечественных энергетических ГТУ малой мощности с достижением технико-экономических характеристик мирового уровня, разработка отечественных энергетических ГТУ большой мощности на базе газовой турбины LM2500, соответствующих перспективному мировому уровню и обеспечивающих создание ПГУ предельной эффективности; разработка типовых проектов отечественных парогазовых установок и организация производства соответствующего энергетического оборудования по типу LM2500.

Газовая турбина GE LM2500 aeroderivative является аэропроизводным (созданным на базе авиационного двигателя) турбоагрегатом и отличается модульной конструкцией, высокой надежностью и гибкостью в применении. Особенность газовой турбины GE LM2500 – компактность и малый вес тела двигателя, всего 5 тонн, при этом ГТУ развивает 37 МВт или 50000.00 л.с. при КПД 40%. В настоящее время отгружено около 2500 установок LM2500 для энергетического сектора, и более 800 газотурбоблоков корабельного исполнения, находящихся в разных точках мира. Общая наработка турбин LM2500 составляет более 120 миллионов часов. Турбина имеет показатель надежности более 99% и коэффициент готовности более 98%. В простом цикле турбина демонстрирует эффективность до 40% (в модификациях +G4), а в режиме когенерации (ПГУ) общая тепловая эффективность может превышать 90%. LM2500 является одной из самых продаваемых газовых турбин уже больше, чем 50 лет и поддерживает репутацию самого надежного промышленного газового турбогенератора в своем классе. Турбины LM2500 могут работать на разных видах топлива, включая природный газ, СПГ, этан, этанол био- и дизельное топливо, мазут и др. Имеется почти 30-летний опыт работы на топливе с содержанием водорода при концентрациях от 5% до 95% (по объему).

Для крупных энергогенерирующих компаний и предприятий нефтегазового сектора вопрос поддержания и обеспечения жизненного цикла импортного газотурбинного оборудования GE LM2500, включая такие высокотехнологичные детали как рабочие лопатки турбин газогенератора является приоритетным. Долгое время капитальные части горячего тракта газовых турбин зарубежного производства ГТУ GE LM2500 практически полностью выпускались за границей. Полноценные технологии их производства передавались в Россию лишь в исключительных случаях, что усложняло эксплуатацию и обслуживание такого оборудования. Сегодня отсутствие отечественного производства критически важных компонентов горячего тракта турбин является одной из главных проблем сервисного обслуживания ГТУ. Решение этой задачи позволяет значительно повысить технологическую независимость страны. Однако, спустя три года после ухода западных компаний с рынка российские предприятия получили первые результаты кропотливой работы по разработке и локализации технологий производства наиболее востребованных компонентов турбин. Так, одним из ярких и прорывных примеров импортозамещения в энергетике стал проект по локализации одних из ключевых компонентов горячего тракта турбины GE LM2500. В рамках реализации проекта разработана технология полного цикла изготовления рабочих и сопловых лопаток, топливных форсунок, надроторных вставок и ряда расходных материалов, необходимых для проведения сервисных работ. Компания успешно завершила испытания пилотного образца рабочей лопатки первой ступени турбины GE LM2500 с заготовкой монокристаллической структуры. За счет особенностей лигатуры сплава и однородности структуры лопатки отличаются повышенными характеристиками жаропрочности и, как результат, увеличенным эксплуатационным ресурсом. Налажен серийный выпуск комплектов, включающий расширенный контроль качества и комплексные испытания, в том числе в составе работающих энергетических установок. На заключительных этапах проекта выполнена перфорация охлаждающих отверстий и нанесение жаростойкого и теплозащитного покрытий по собственной сертифицированной технологии. Также были проведены контрольные испытания пропускной способности системы охлаждения лопаток, металлографические исследования, адгезионные испытания покрытий, результаты которых продемонстрировали полное соответствие техническим характеристикам оригинального образца производства компании General Electric.

При создании технологии локализации «монокристалла General Electric» использовались международные методологии PDP и PPQ, применяемые в турбиностроении. На сегодняшний день можно отметить следующие ключевые достижения проекта: проведены комплексные испытания с последующей верификацией характеристик разрабатываемого изделия, что позволило разработать полный комплект технической документации; освоены технологии литья крупногабаритных заготовок лопаток методом высокоскоростной направленной кристаллизации до получения годной монокристаллической структуры, ранее не использовавшиеся в РФ; разработан и сертифицирован отечественный аналог жаропрочного никелевого сплава CMSX-4 совместно с ведущими российскими научными институтами; оптимизированы режимы горячего изостатического прессования (ГИП) и вакуумной термической обработки, обеспечивающие микроструктурную однородность и долговечность деталей; аттестованы технологии прецизионной механической обработки, высокоскоростного эрозионного сверления охлаждающих отверстий и нанесения комплекса защитных покрытий. Одной из трудоемких задач реализации проекта стала оригинальность структуры сплава – рабочие лопатки турбины монокристальной структуры на сегодняшний день являются наиболее технологически емкими в производстве. Создание технологии производства монокристальных лопаток позволило совершенствовать композиции жаропрочных никелевых сплавов (ЖНС), в частности создать класс сплавов, не содержащих в своем составе элементов упрочнителей границ зерен (так называемые безуглеродистые ЖНС). Это в свою очередь позволило реализовать системы легирования и режимы вакуумной термической обработки. Следует отметить, что монокристаллические лопатки турбины являются примером практически единственного применения монокристаллов в качестве конструкционного материала. Важнейшим направлением развития монокристаллических сплавов на никелевой основе является повышение жаропрочности - способность конструкционных материалов работать под напряжением в условиях повышенных температур без заметной остаточной деформации и разрушения. Достигнутые улучшения жаропрочных свойств обеспечиваются в первую очередь на основе совершенствования комплекса легирующих элементов, введением в сплавы таких тугоплавких элементов, как Та, Re и Ru, которые обеспечивают заметное увеличение прочности межатомных связей, существенно повышают сопротивление ползучести и возникновению усталостных трещин, а также значительное улучшение структурной стабильности. Наиболее эффективным средством защиты рабочих поверхностей лопаток, подверженных воздействию высокотемпературных топливо-воздушных смесей, стало использование жаростойкого и теплозащитного покрытий, что позволяет значительно (более чем на 50°С) снизить рабочую температуру стенок пера лопатки, и снизить воздействие высокотемпературной газовой коррозии, и, следовательно, повысить ресурс изделия. Для формирования слоя жаростойкого покрытия, применялись порошки MCrAlY. Помимо этого, компания выполнила нанесение покрытия методами высокоскоростного газопламенного напыления (HVOF) и плазменного напыления в среде с низким давлением LPPS (VPS). Используемые компанией теплозащитные покрытия представляют собой комбинацию из внешнего керамического и внутреннего-промежуточного жаростойкого слоев. В качестве материала керамического слоя применялся диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия (системы ZrO2+YSZ). Жаростойкий внутренний слой обеспечил когезию жаростойкого подслоя с керамикой, и как следствие длительное препятствие сколам керамического слоя. Используемый способ нанесения – атмосферное плазменное напыление (APS). Таким образом, в рамках локализации производства лопатки General Electric были разработаны технологии точного литья заготовок с монокристаллической структурой, проведены механическая обработка базовых и установочных поверхностей с высокой точностью, высокоскоростное сверление отверстий пленочного охлаждения, сборка деталей с использованием вакуумной пайки, нанесение жаростойких и теплозащитных покрытий, контроль качества. Монокристаллическая рабочая лопатка General Electric LM2500, полностью произведенная в России, успешно прошла все стадии изготовления и финальной обработки. Запуск серийного производства позволит российскому рынку сервисного обслуживания газотурбинных установок снизить зависимость от зарубежных поставщиков.