Один из ярких примеров – газотурбинные двигатели ПС-90А, которые были разработаны для самолетов, а 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. В итоге 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. Испытания двигателя Д-90А, как он назывался первоначально, показали существенное преимущество пермского двигателя по удельному расходу топлива и массе.
При его создании инженеры применили 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 ПС-90А. 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 эти двигатели подняли в воздух Ил-96-300 в 1988 году. Он 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 очень хорошо и остается востребованным в отечественной магистральной авиации.
Пермские конструкторы постоянно совершенствуют характеристики ПС-90А, цель одна – повысить экономичность, экологичность, 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. Они позволяют самолету лететь с одним двигателем около двух часов. Это означает, что лайнер сможет благополучно долететь до ближайшего аэродрома.
Сегодня на базе ПС-90А ОДК Госкорпорации Ростех создана линейка двигателей для российских самолетов. Среди модификаций стоит отметить ПС-90А-76 для новых грузовых самолетов семейства Ил-76МД-90А, который также рассматривается для модернизации существующего авиапарка Ил-76.
ПС-90А1 создан для широкофюзеляжного транспортного самолета Ил-96-400Т. Он отличается увеличенной до 17,4 тонн тягой, звукопоглощающими конструкциями второго поколения и оснащен малоэмиссионной камерой сгорания.
В 2009 году создана модификация ПС-90А2 для среднемагистрального пассажирского самолета Ту-204СМ. В ней применены новая турбина высокого давления и новейшая система автоматического управления. По сравнению с предыдущими версиями снижена трудоемкость обслуживания и увеличен ресурс основных деталей.
Двигатель ПС-90А – одно из важнейших достижений российских конструкторов ХХ века. Он полностью оправдал доверие, доказав 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 установить 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 Госкорпорации Ростех. Они провели колоссальную работу, фактически создав на базе газогенератора авиадвигателя новое изделие для промышленности. Им удалось сохранить преимущества базовой силовой установки – 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, затем в сжатом виде попадает в камеру сгорания, куда впрыскивается топливо. Оно воспламеняется, образуя энергию, которая раскручивает турбину и вентилятор, создавая реактивную тягу, обеспечивающую полет самолета.
В наземных двигателях принцип похож, но есть существенное отличие: отработавшие газы не создают тягу, а передают энергию дальше – либо оборудованию в газоперечивающем агрегате для транспортировки газа, либо генератору для выработки электроэнергии.
Для такой смены применения потребовались серьезные изменения
Изменение конструкции
В индустриальных двигателях нагрузки отличаются от авиационных, и требования к массе также иные. Чтобы «наземные» приводы справились с новыми вызовами, инженеры усилили конструкцию. Например, увеличена жесткость корпусных деталей двигателя и повышены требования к обеспечению соосности валов. За счет применения более массивных деталей и креплений индустриальный двигатель стал тяжелее, но способен 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, которая приводит в действие нагнетатель в газоперекачивающем агрегате или генератор в энергоустановке. Для создания этого конструкторы ОДК переработали узел камеры сгорания, систему топливопитания, маслосистему, опоры, заново были разработаны несколько типов силовых турбин и трансмиссий.
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.
Режим работы
Промышленные турбины, в отличие от авиационных, годами работают в режиме 24/7. Для обеспечения надежности такой нагрузке были усовершенствованы системы охлаждения и управления. Так 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 с частотой 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 версии мощностью 16 МВт применен модифицированный компрессор высокого давления ПС-90А с дополнительной ступенью, а также 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.
Двигатели мощностью 16 и 25 МВт имеют улучшенные экологические характеристики, для чего были специально разработаны два типа малоэмиссионных камер сгорания.
Наземные двигатели на базе ПС-90А обеспечивают технологическую независимость отечественного топливно-энергетического комплекса, заменяя иностранное оборудование и по ряду параметров превосходят зарубежные аналоги.
Полный цикл. Сервис, который учитывает все факторы
Универсальность и надежность линейки индустриальных двигателей на базе ПС-90А позволяют ОДК выполнять ключевые задачи ТЭК. На базе ПС-90ГП-25 серийно производится полностью российский газоперекачивающий агрегат ГПА-25. Кроме того, ПС-90ГП-25 мощностью 22,5 МВ применяются в составе быстровозводимых газотурбинных агрегатов ГТА-25 и ЭГЭС-25П для энергетики. Двигатели типа 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 полное фирменное обслуживание оборудования на протяжении всего его жизненного цикла. Все заботы о ремонте, техобслуживании берет на себя «ОДК-Авиадвигатель» – разработчик и производитель электростанций, а заказчик оплачивает только фактически отработанные машино-часы. Сегодня по этой программе 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 ОДК.
Корпорация 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.
Ресурс до капитального ремонта большинства модификаций достигает 30 тыс часов, а наработка отдельных двигателей без капремонта – 50 тыс часов. Абсолютный рекорд – более 80 тыс часов. Назначенный ресурс увеличен до 150 тыс 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 Госкорпорации Ростех, 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 производства ОДК Госкорпорации Ростех.
Итог и взгляд в будущее
Авиадвигатель ПС-90А надежен и эффективен. Его конструкция изначально создавалась под высочайшую планку качества. Именно поэтому 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 млн часов, прокачали млрд куб газа и обеспечили электроэнергией и теплом города и промышленные объекты. Все это результат кропотливого труда сотрудников Объединенной двигателестроительной корпорации Госкорпорации Ростех, которые доказали, что российские инженерные решения и технологии успешно работают как в небе, так и на земле.
СУВЕРЕННАЯ ЭКОНОМИКА
2025