Один из ярких примеров – газотурбинные двигатели ПС-90А, которые были разработаны для самолетов, и на их основе были созданы мощные и востребованные сегодня индустриальные двигатели. Так, ПС-90А поднимает в воздух президентский борт Ил-96-300ПУ, а его промышленные версии транспортируют газ и вырабатывают электроэнергию в сложных климатических условиях северных и южных регионов.
Этот пример показывает, как высокие авиационные технологии трансформируются под «наземные» задачи. Компанией, переносящей разработки авиационной отрасли с неба на землю, является Объединенная двигателестроительная корпорация Госкорпорации Ростех.
Этот лонгрид «Суверенной экономики» о том, как технологии «неба» стали работать на земле.
Высочайшая надежность. Двигатель для «Борта №1»
ПС-90А создан пермским конструкторским бюро Павла Соловьева в 1980-х годах. В конце 1982 года был объявлен конкурс на унифицированный двигатель с тягой 16 тонн для пассажирских самолетов нового поколения Ту-204 и Ил-96. Руководством страны была поставлена задача обеспечить конкурентоспособность отечественных самолетов с лучшими образцами зарубежных компаний.
За его создание взялись пермские конструкторы. Как итог, разработка опытно-конструкторского бюро Павла Соловьева одержала победу в конкурсе. По сложности конструкции будущий ПС-90А заметно отличался от всего того, что производилось в стране ранее. Испытание Д-90А, так он назывался первоначально, показало существенное преимущество пермского двигателя по удельному расходу топлива и массе.
При его создании инженеры применяли передовые решения: монокристаллические лопатки турбины высокого давления, передовые для своего времени гранульные сплавы для деталей турбин, керамические теплозащитные покрытия. Применение в двигателе звукопоглощающих конструкций второго поколения позволило ПС-90А снизить уровень шума.
В 1987 году двигателю было присвоено имя создателя - Павла Соловьева, и он стал называться ПС90А. После успешного прохождения многочисленных летных испытаний в 1992 году отечественный двигатель получил Сертификат типа и Сертификат на соответствие нормам ИКАО по шуму и эмиссии. Благодаря высокой надежности и своим характеристикам самолеты с ПС-90А могут летать в любую точку мира без ограничений.
Впервые ПС-90А поднял в воздух самолет Ил-96-300 в 1988 году. Этот самолет является одним из самых надежных широкофюзеляжных самолетов в мире и сегодня выполняет роль борта №1 для Президента России. «Борт № 1» – самолет Ил-96-300ПУ специального летного отряда – оснащен четырьмя такими двигателями.
За годы эксплуатации ПС-90А зарекомендовал себя настолько хорошо, что остается единственным в России двигателем четвертого поколения для отечественной магистральной авиации.
Пермские конструкторы постоянно улучшают характеристики ПС-90А, цель одна - повысить надежность и бесперебойность его работы. Все новые разработки успешно подтверждаются стендовыми испытаниями и внедряются в конструкцию двигателя.
ПС-90А соответствует требованиям для полетов двухдвигательных самолетов по правилам ETOPS-120. Правила ETOPS позволяют самолету лететь с одним двигателем около двух часов. Это означает, что лайнер сможет благополучно долететь до ближайшего аэродрома.
ПС-90А1 создан для широкофюзеляжного транспортного самолета Ил-96-400Т. Он отличается увеличенной до 17,4 тонн тягой, звукопоглощающими конструкциями второго поколения и оснащен малоэмиссионой камерой сгорания.
В 2009 году создана модификация ПС-90А2 для среднемагистрального пассажирского самолета Ту-204СМ. В нем применена новая турбина высокого давления, новейшая система автоматического управления. Если сравнивать его с прошлыми версиями, то у двигателя снизилась трудоемкость обслуживания и увеличен ресурс основных деталей.
Двигатель ПС-90А – одно из важнейших достижений российских конструкторов в ХХ веке. Он полностью оправдал доверие – он доказал свою эффективность и безопасность на самом высоком уровне и сегодня продолжает поднимать в небо самолеты.
Технологический мост. Как авиационный двигатель стал «наземным»?
«Приземлить» авиадвигатель – сложнейшая задача. Если снятый с крыла двигатель просто поставить на компрессорную станцию или в энергоустановку, он не будет вырабатывать электроэнергию и транспортировать газ по магистральным газопроводам.
Трансформировать авиационные технологии для объектов топливно-энергетического комплекса смогли конструкторы Объединенной двигателестроительной корпорации Ростеха. Они провели колоссальную работу, фактически создав на базе газогенератора авиадвигателя совершенно новое изделие для промышленности. Им удалось сохранить все преимущества базовой силовой установки, а именно ее эффективность, компактность, надежность – и при этом учесть совершенно новые условия эксплуатации.
«Главным преимуществом конвертации авиационных газотурбинных двигателей для промышленного применения являются высокие параметры, а также возможность использования высоконадежных, конструктивно и технологически доведенных, освоенных в серийном производстве узлов двигателей, их деталей и агрегатов. При создании индустриального газотурбинного оборудования мы исходим из специфических требований ТЭК, что меняет подход к проектированию», – отмечают в ОДК.
Для понимания различий авиационного и наземного двигателей, рассмотрим их принцип работы. В авиадвигателе воздух поступает внутрь, сжимается компрессором. В сжатом виде попадает в камеру сгорания, куда впрыскивается топливо, оно воспламеняется. Так рождается энергия, раскручивающая турбину и вентилятор, от чего создаётся реактивная тяга, обеспечивающая полёт самолета.
В наземных двигателях принцип похож, но есть существенное отличие: отработавшие газы не выбрасываются наружу в виде тяги, они передают энергию дальше. В одном случае – на оборудование в газоперечивающем агрегате для транспортировки газа. В другом - на генератор для выработки электроэнергии.
Для такой смены применения потребовались серьезные изменения:
1. Изменение конструкции
В индустриальных двигателях нагрузки отличаются от тех, которые должны выдерживать силовые установки для авиации, плюс требования к их весу тоже разные. Чтобы «наземные» приводы справилась с новыми вызовами, инженеры усилили конструкцию. Например, увеличена жесткость корпусных деталей двигателя и повышены требования к обеспечению соосности валов, проще говоря, усовершенствован центр вращения для разных деталей. За счет применения более массивных деталей и креплений индустриальный двигатель стал тяжелее и при этом может выдерживать высокие нагрузки долгое время.
Изменилась и конструкция в принципе. По сути, от авиационного двигателя в «наземном» остается только газогенератор, к нему добавляется свободная силовая турбина и, соответственно, эта силовая турбина уже приводит в действие нагнетатель в газоперекачивающем агрегате или генератор в энергоустановке. Для создания промышленных двигателей конструкторы ОДК переработали узел камеры сгорания, систему топливопитания, маслосистему, опоры, заново были разработаны несколько типов силовых турбин и трансмиссий.
2.Рабочая среда и топливо
Наземные установки работают в условиях, с которыми авиационные двигатели в основном не сталкиваются. В добываемом природном газе часто обнаруживаются механические или химические примеси, также в двигатели может попадать пыльный или влажный морской воздух, который усиливает образование коррозии. Поэтому чтобы двигатель мог работать при любых условиях, в конструкции применяют специальные сплавы и защитные покрытия.
3.Режим работы
Промышленные турбины, в отличие от авиационных, годами работают в режиме 24/7. Чтобы обеспечить надежность при такой нагрузке были усовершенствованы системы охлаждения и управления. Таким образом индустриальные двигатели оптимизировали под длительный непрерывный цикл работы.
«Обеспечение российского топливно-энергетического комплекса современным отечественным оборудованием – одна из наших приоритетных задач. ОДК имеет многолетний опыт и компетенции, мы представляем широкую линейку надежных газотурбинных двигателей для энергетической инфраструктуры и нефтегазовой отрасли», – отмечают в компании.
Для создания промышленного двигателя мощностью 10 МВт применен компрессор высокого давления ПС-90А и специально разработанная одноступенчатая силовая турбина, которая вращается с огромной скоростью – частота вращения 9000 об/мин. Это обеспечивает высокий КПД.
Для создания промышленного двигателя мощностью 12 МВт был применен компрессор высокого давления двигателя ПС-90А и новый узел – двухступенчатая силовая турбина.
В двигателе мощностью 16 МВт использован уже модифицированный компрессор высокого давления ПС-90А с вновь добавленной ступенью для увеличения расхода воздуха и специально разработанные силовые турбины с частотами вращения 5300 и 3000 об/мин.
В более мощной версии мощностью 25 МВт – модифицированный компрессор низкого и высокого давления ПС-90А и специально разработанные турбина низкого давления и силовая турбина с частотой вращения 5000 об/мин.
Что важно, двигатели мощностью 16 и 25 МВт имеют улучшенные экологические характеристики, для чего были специально разработаны два типа малоэмиссионных камер сгорания.
Полный цикл. Сервис, который учитывает все факторы
Универсальность и надежность линейки индустриальных двигателей на базе ПС-90А позволяют ОДК выполнять ключевые задачи ТЭК.
Например, на базе ПС-90ГП-25 серийно производится полностью российский газоперекачивающий агрегат ГПА-25. Современные технические решения, заложенные в конструкцию двигателя, обеспечивают эффективную работу агрегата – экономичную эксплуатацию при максимальной производительности.
Кроме того, ПС-90ГП-25 мощностью 22,5 МВ применяются в составе быстровозводимых газотурбинных агрегатов ГТА-25 и ЭГЭС-25П для энергетики. Двигатели типа ПС-90ГП-25, обладая высокими показателями надежности и безотказности, успешно работают на объектах ТЭК в разных климатических условиях: в крымском городе Саки, в северных Якутске и Усинске, в приморском Южно-Сахалинске.
Пермские двигателестроители первыми в России внедрили особый вид сервиса своих электростанций – полное фирменное обслуживание оборудования в течение всего его жизненного цикла. Все заботы о ремонте, техобслуживании берет на себя «ОДК-Авиадвигатель» – разработчик и производитель электростанций. А заказчик при этом платит только за фактически отработанные машино-часы. Сегодня по программе продажи жизненного цикла работает больше 80 пермских электростанций. Это самая прогрессивная и эффективная модель сервиса на рынке – сервис будущего.
За каждым двигателем, газоперекачивающим агрегатом, энергетической установкой, созданной на базе промышленных версий ПС-90А, ведется постоянный контроль, они постоянно совершенствуются.
«Ключевое преимущество – наша способность предлагать типовое, унифицированное и комплексное решение «под ключ», обеспечивая технологический суверенитет и предсказуемость на десятилетия вперед», - подчеркивают в компании.
ОДК обеспечивает полный цикл сервисного сопровождения двигателей на протяжении всего периода их эксплуатации. Цель – обеспечить работоспособность, высокие показатели надёжности оборудования.
«ОДК имеет все необходимые компетенции для сервисного обслуживания и ремонта индустриальных двигателей. Это гарантирует полное сервисное сопровождение оборудования и обеспечит его надежную работу на протяжении всего жизненного цикла газотурбинных двигателей», – подчеркивают в корпорации.
Сейчас ресурс до капитального ремонта большинства модификаций промышленных двигателей, созданных на базе газогенератора ПС-90А, достигает 30 000 часов. При самой интенсивной эксплуатации в составе энергетических агрегатов двигатели работают практически непрерывно в течение четырёх лет (остановы выполняются 2 раза в год на несколько дней для проведения технического обслуживания). И это не предел! Наработка многих двигателей без капитального ремонта достигает 50 000 часов. Абсолютный лидер отработал без ремонта более 80 000 часов.
Назначенный ресурс промышленных двигателей на базе ПС-90А на заре их создания был ограничен 100 000 часами. Благодаря конструкторским решениям назначенный ресурс увеличили до 150 000 часов, что соответствует примерно 17 годам интенсивной эксплуатации.
Широта применения индустриальных двигателей, созданных на базе газогенератора ПС-90А, говорит сама за себя: на объектах по всей стране их работает свыше 990 единиц.
Компания «ОДК Инжиниринг», которая входит в Объединенную двигателестроительную корпорацию Ростеха, поставила около 200 газоперекачивающих и энергетических агрегатов на этой платформе суммарной мощностью свыше 3 ГВт. Они стали основой «кровеносной системы» российской газотранспортной сети и установлены на всех ключевых артериях страны: «Сила Сибири», «Турецкий поток», Единая система газоснабжения Северо-Запада России.
Поэтому, когда вы у себя дома включаете газовую плиту, очень высока вероятность, что газ к вам дошел от месторождения благодаря надежной работе индустриальных газотурбинных двигателей.
Итог и взгляд в будущее
Авиадвигатель ПС-90А надежен и эффективен. Его конструкция изначально создавалась под высочайшую планку качества. Не случайно именно он стал «сердцем» президентского самолета. Поэтому, когда встал вопрос о «приземлении» авиатехнологий, выбор пал на ПС-90А. На базе газогенератора этого двигателя созданы новые «сердца» газотурбинных установок и электростанций. Уже несколько десятков лет они обеспечивают топливно-энергетическую независимость России.
Цифры подтверждают успех использования авиатехнологий в промышленности. Турбины на базе ПС-90А наработали более 34 миллионов часов на объектах заказчиков, прокачали миллиарды кубометров газа, обеспечили электроэнергией и теплом города и промышленные объекты. Все это результат кропотливого труда сотрудников Объединенной двигателестроительной корпорации Ростеха, которые доказали, что российские инженерные решения и технологии успешно работают как в небе, так и на земле.
СУВЕРЕННАЯ ЭКОНОМИКА
2025