Обеспечение надежности промышленных ГТУ, созданных на базе авиадвигателей

Разработка промышленной наземной газотурбинной установки ГТУ-12П на базе авиадвигателя ПС-90А и энергетической установки ГТУ-2,5П на основе двигателя Д-30 III серии была начата в ОАО «Авиадвигатель» в 1992 году. Практическая реализация проектов осуществлялась в соответствии с программой «Урал-Газпром».

С того времени на основе ПС-90А был создан целый ряд газотурбинных установок наземного применения мощностью 10, 12, 16 и 25 МВт для привода нагнетателей газоперекачивающих агрегатов, а также для электростанций мощностью 12; 16 МВт. На базе авиадвигателя Д-30 разработаны ГТУ для передвижных электростанций мощностью 2,5; 4; 6 МВт.

Рис. 1
По состоянию на 1 сентября текущего года эксплуатируется 145 электростанций с установками ГТУ-2,5П, ГТУ-4П, ГТУ-12ПГ2 и 169 газоперекачивающих агрегатов с ГТУ-12П, ГТУ-16П, ГТУ-25П, ГТУ-10П в составе компрессорных станций.
Динамика увеличения количества электростанций с данными установками по годам эксплуатации (с накоплением с начала эксплуатации) представлена на рис. 1.
Рис. 2
Наземные установки производства компании «Авиадвигатель» эксплуатируются в различных географических зонах в условиях умеренного, холодного, жаркого и тропического климата. Они работают на природном и попутном нефтяном газе, применяются на объектах «Сургутнефтегаза», «Юганскнефтегаза», «Газпрома», а также на электростанциях промышленных предприятий («Сибурхимпром») и теплоэнергетических структур ЖКХ, таких, как «Ивэнерго», «Башкирэнерго» и др. Новые установки вводятся в эксплуатацию как за рубежом  в г. Адриа (Италия) и на КС «Сивас» (Турция), так и в России: ЖКХ города Звенигорода, ООО «ЛУКойл-Западная Сибирь», Пермская ТЭЦ-13, ТЭЦ-1 в г. Уфе, на Сахалине (проект «Сахалин-2») и др.

Несмотря на значительное количество ГТУ, которые эксплуатируются в различных регионах, компания планомерно и своевременно проводит работу по обеспечению надежности оборудования. При этом используется богатый опыт, приобретенный в процессе эксплуатационного сопровождения обширного парка авиационных газотурбинных двигателей, таких как семейство двигателей серии Д-30, ПС-90А.

Комплекс работ по обеспечению надежности включает следующие мероприятия:

  • техническое обеспечение получения оперативной (практически ежедневной) информации о проявившихся в процессе эксплуатации дефектах изделий и доведение поступивших данных по компьютерной сети до соответствующих подразделений предприятия для анализа и выдачи требуемых рекомендаций;
  • еженедельное рассмотрение состояния эксплуатации оборудования на оперативных совещаниях генерального конструктора с выдачей указаний для проведения соответствующих работ по устранению недостатков;
  • ежемесячный анализ результатов мониторинга уровня показателей надежности на оперативных совещаниях генерального конструктора;
  • ежемесячное рассмотрение на совещаниях рабочих групп у главных конструкторов по соответствующему тематическому направлению проявившихся в эксплуатации дефектов (рабочие группы сформированы из руководителей подразделений ОАО «Авиадвигатель», «Пермского моторного завода» с участием, при необходимости, представителей других предприятий-смежников);
  • периодическая оценка надежности по результатам эксплуатации за полугодие и год с выпуском соответствующих отчетов, на базе которых составляются комплексные планы мероприятий по повышению надежности;
  • проведение работ по повышению надежности комплектующих ГТУ покупных изделий (агрегатов, датчиков, входящих в отдельные системы ГТУ).
    Появление такого типа работы обусловлено тем, что в процессе эксплуатации периодически выявляются проблемы с состоянием надежности покупных комплектующих изделий (ПКИ), которые могут в значительной мере снизить надежность ГТУ в целом. В таких условиях разработчик ГТУ вынужден активизировать работу по поиску альтернативных поставщиков отдельных ПКИ с целью замены существующих и таким образом сформировать по данному вопросу возможную конкурентную среду.

Все приведенные организационные работы направлены на достижение необходимого уровня надежности наземных газотурбинных установок.

Как известно, наземная ГТУ рассматривается заказчиком как установка непрерывного действия, которая должна обеспечивать бесперебойную работу в продолжение длительного, насколько это возможно, промежутка рабочего времени. Таким образом, остановка работающей установки является крайне нежелательным событием.
Допускаемый уровень появления таких ситуаций отражается показателем То - средней наработкой на отказ, приводящей к останову ГТУ. В случае останова время на поиски и устранение причин отказа и, следовательно, на введение установки в дальнейшую эксплуатацию должно быть минимальным. Допускаемый уровень по этому событию учитывается коэффициентом готовности Кг.
Суммарное время на проведение плановых и внеплановых работ (в случае останова ГТУ по причине отказа) также должно быть не выше уровня, обозначаемого коэффициентом технического использования Кти. Следует отметить, что этот показатель не предусмотрен новым ГОСТом Р 52527-2006, введенным в действие с 1.03.06 г., (ISО 3977-9:1999) «Установки газотурбинные. Надежность, готовность, эксплуатационная технологичность и безопасность».
Случаи невозможности пуска ГТУ не должны превышать уровень, определяемый коэффициентом надежности пуска - Кпуск.
В соответствии с ГОСТом 29328-92 «Установки газотурбинные для привода генератора. Общие технические условия» вышеупомянутый перечень показателей является нормируемым, т.е. для них установлены нормативные уровни.
Необходимо добавить, что, в связи с отсутствием в отрасли Методики определения и оценки показателей надежности наземных ГТУ, компанией «Авиадвигатель» была выпущена в 1999 году «Методика № 99-170», утвержденная ИТЦ «Оргэнергоинжиниринг». В этот документ, кроме упомянутого выше нормативного перечня показателей надежности наземных установок, был введен ряд показателей, использующихся для оценки надежности авиационных двигателей.

К таким показателям относятся:

  • наработка на досрочный съем ГТУ для отправки в ремонт в заводских условиях  Тдсд, ч;
  • наработка на неисправность ГТУ, устраненную в эксплуатации, Тнуэ, ч.
Рис. 3

Целесообразность контроля этих показателей для наземных установок была подтверждена их практической эксплуатацией. Она показала, что досрочный съем двигателя, а также уровень устраняемых дефектов в условиях эксплуатации являются существенными факторами, находящимися в зоне внимания эксплуатанта. Кроме того, исходя из зарубежного опыта мониторинга показателей надежности авиационных ГТД, а также реализованного впервые на двигателе ПС-90А в отечественной авиапромышленности, данная методика предусматривает скользящую ежемесячную оценку показателей надежности ГТУ в формате «на конец месяца, как среднее за 12 месяцев», то есть с учетом предшествующих 11 месяцев. Скользящая оценка позволяет проводить ежемесячный мониторинг на основе достаточной статистической выборки.

На рис. 3 представлена иллюстрация мониторинга показателя То установки ГТУ-16П в формате «на конец месяца, как среднее за 12 месяцев».

Рис. 4

Результаты мониторинга показателей надежности - То, Тдсд, Тнуэ наземных ГТУ по состоянию на 1 сентября текущего года представлены на рис.4. Как показали результаты эксплуатации, нормируемые показатели наземных установок разработки ОАО «Авиадвигатель», включая Кг, Кти, Кпуск, соответствуют действующим требованиям.

Максимально достигнутые наработки ГТУ без съема с эксплуатации, с учетом продления разрешенной наработки по техническому состоянию, составляют на 1 сентября: по ГТУ-2,5П - 28035 ч, по ГТУ-4П - 38069 ч, ГТУ-12П - 27110 ч. Уровень накопленной суммарной наработки всех эксплуатирующихся наземных установок - 5,5 млн. часов.

Эти показатели являются серьезной основой для дальнейшего совершенствования системы работ по обеспечению надежности наземных ГТУ в эксплуатации.

Валерий ЧЕРНОВ,
заместитель генерального конструктора по эксплуатации ОАО «Авиадвигатель».

Анатолий КИМ,
начальник отдела надежности ОАО «Авиадвигатель»