Проект издательского дома «МедиаПро»
Получать дайджест новостей

Статьи

Назад к списку статей
Советы практиков

Высококачественные сотовые уплотнения: современные способы сделать турбину эффективнее

  • Какие параметры учитываются при выборе оборудования?
  • В чем заключается эффект, достигаемый использованием сотовых уплотнений в газовых и паровых турбинах?
  • В каких сферах целесообразно применение сотов?

Модернизация генерирующего оборудования — процесс непрерывный, в ходе которого турбостроители максимально используют передовые материалы и решения, доступные на данный момент. Топливная эффективность и безопасность агрегата представляют собой два ключевых параметра, которые учитываются в первую очередь при выборе нового оборудования или рассмотрении перспектив усовершенствования существующего парка.

В рамках современной экономики и конкурентного рынка эти параметры были дополнены высокими требованиями надежности и экологических норм. Совокупно они стали определять — будет ли использоваться данная машина или нет.

Нередко удачные инженерные решения лежат практически на поверхности. Шестиугольная форма соты является одной из наиболее эффективных и экономичных фигур. Геометрия этого интегрального компонента любой современной турбины очень схожа с шестиугольными призматическими ячейками — восковыми постройками пчел.


Высококачественное сварное сотовое уплотнение

Новый компонент представляет собой усовершенствованный тип уплотнений, позволяющий уменьшить радиальные зазоры до 0,1 мм и менее, увеличить относительный КПД (до 5 %), соответственно сократить расход топлива и снизить износ проточной части турбины.

Собранная статистика подтверждает расчеты, согласно которым использование сотовых уплотнений в газовых и паровых турбинах позволяет снизить удельный расход условного топлива.

С П Р А В К А
При работе турбины на 4,84 г/кВт×ч, использование современных сотовых уплотнений позволяет экономить порядка 5 млн рублей в год на одном только топливе без учета экономии на амортизации и снижении износа основного оборудования.

Эффект, достигаемый использованием «соты», заключается в препятствовании перетеканию газа или пара между ступенями турбины.

На острых кромках уплотнения происходит срыв потока, который, благодаря геометрии соты разворачивается в обратную сторону и «запечатывает» пространство между лопаткой ротора и кожухом турбины, предотвращая утечки. Именно эта функция отражена в самом названии данного компонента, которое на английском языке звучит как Honeycomb seals, где seal обозначает «запечатывающий/изолирующий слой». Критически важным в данной конструкции становится уровень исполнения «соты» — стабильность формы и качество ячейки напрямую влияют на эффективность работы и прирост КПД турбины.

На приведенной схеме изображено, как лопатки ротора, расширяясь при высокой температуре, прорезают бороздку в сотовом уплотнении, которое надежно останавливает утечки пара или газа в горячем тракте турбины. За счет этого происходит экономия топлива и повышается эффективность работы.


Схема расположения сотовых уплотнений и их контакта
с элементами ротора паровой турбины

Характеристики нового продукта предопределили траекторию его движения на рынке высокотехнологичного оборудования. В российскую энергетику сварная «сота» пришла из авиации, по сути повторив путь многих других систем, изначально применявшихся в авиастроении, а затем нашедших свое место в автопроме и других отраслях ввиду возможности широкого применения этих новых изобретений и их подтвержденной эффективности.

В 2018 году российская компания «Ротек», единственный в стране производитель современных сварных сотовых уплотнений для авиации и энергетического турбостроения, открыла собственное производство и выпустила первые партии сварных сот. Новый для нашего рынка продукт превзошел требования, предъявляемые к компонентам, используемым в энергетическом машиностроении. По итогам опытных испытаний «Ротек» и «Уральский завод гражданской авиации» подписали контракт на серийную поставку сотовых уплотнений для ремонта авиационных двигателей. Компания «Ротек» планирует покрыть потребность авиастроительной отрасли в сотовых уплотнениях. Локализация производства этой продукции для авиадвигателей не является самоцелью — современная сота также может быть применена в двигателях военной техники, в связи с чем в 2014 году Великобритания признала технологию изготовления современных сотовых уплотнений стратегической и запретила поставки этих компонентов в Россию вне зависимости от назначения их использования. Поскольку в России сотовые уплотнения сопоставимого качества не производились в принципе, это привело к тому, что, в продукции ВПК и даже при проектировании гражданских двигателей, конструкторы закладывают решения 60–70-х годов прошлого века. Это означает повышенную трудоемкость, металлоемкость и значительные затраты на подготовку серийного производства. В итоге конечная стоимость сборочной единицы становится кратно выше по сравнению с изделием на основе современной «соты».

При подготовке этого материала мы обратили внимание на один пример из гражданского двигателестроения. В патенте компании SNECMA «Уплотнение кольца ротора в ступени турбины» (RU 2 476710) (позиция 28) показано сотовое уплотнение сложной конфигурации из чего можно сделать закономерный вывод, что без сварной «соты» применение подобных схем при проектировании газовых турбин невозможно.

Описание: уплотнение кольца ротора в ступени турбины, патент № 2476710
Изображение из патента компании SNECMA
«Уплотнение кольца ротора в ступени турбины» (RU 2 476710)

На одну паровую турбину мощностью в 100 МВт расходуется до 40 метров «соты» для надвальных уплотнений и до 100 метров — для надбандажных уплотнений.

Безусловно, «сота» — продукт нишевый, но абсолютно необходимый в составе современной турбины любого класса на электростанции, в авиадвигателе или на атомном ледоколе.

ВАЖНО!
Качество новой российской соты и ее технологическая необходимость предопределили спрос и на внешнем рынке, потребность которого в данном продукте оценивается специалистами в 300 тонн в год.

Около половины производимой продукции компания «Ротек» намерена поставлять за рубеж.

Источник: «Журнал главного инженера», №6, 2019 (статья в полном объеме).

Убедитесь, что вы подписаны на журнал и вся необходимая информация — под рукой!

Подписаться на рассылку