Досягнення і проблеми українського газотурбобудування (виступ академіка НАН України Артема Артемовича Халатова)
Saved in:
| Published in: | Вісник НАН України |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2013
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/67313 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Досягнення і проблеми українського газотурбобудування (виступ академіка НАН України Артема Артемовича Халатова) / А.А. Халатов // Вісн. НАН України. — 2013. — № 5. — С. 94-97. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859775407034728448 |
|---|---|
| author | Халатов, А.А. |
| author_facet | Халатов, А.А. |
| citation_txt | Досягнення і проблеми українського газотурбобудування (виступ академіка НАН України Артема Артемовича Халатова) / А.А. Халатов // Вісн. НАН України. — 2013. — № 5. — С. 94-97. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вісник НАН України |
| first_indexed | 2025-12-02T08:59:05Z |
| format | Article |
| fulltext |
94 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2013, № 5
ДОСЯГНЕННЯ І ПРОБЛЕМИ
УКРАЇНСЬКОГО ГАЗОТУРБОБУДУВАННЯ
Виступ академіка НАН України Артема Артемовича Халатова
© А.А. Халатов, 2013
Газотурбостроение — наукоемкая и высо-
котехнологичная область техники, является
одной из ведущих и наиболее устойчиво ра-
ботающих отраслей промышленности Укра-
ины. Сегодня в мире только 10 стран (в том
числе Украина) обладают полным циклом
проектирования, производства и ремонта газо-
турбинной техники. Быстрое развитие газо-
турбостроения в ХХ в. определило конструк-
тивное совершенство и высокий КПД в про-
стом (до 40%) и сложном (более 60%) циклах.
Факторами роста отрасли являются большая
удельная мощность, низкий уровень вредных
выбросов в атмосферу, эксплуатационная
надежность, ремонтопригодность и развитая
служба сервиса. Сегодня наибольшая еди-
ничная мощность ГТУ простого цикла до-
стигла 375 МВт («Сименс», Германия), а
ПГУ — превысила 650 МВт.
Основу инфраструктуры газотурбострое-
ния Украины составляют ГП НПКГ «Зоря»—
«Машпроект», (Николаев), ГП «Ивченко-
Прогресс» и ОАО «Мотор-Сич», (Запоро-
жье), ОАО «Турбоатом» (Харьков), ОАО
«Сумское МНПО им. М.В. Фрунзе», Кри-
ворожский турбинный завод «Констар». В
эту структуру входят также институты НАН
Украины, работающие в области проблем
материаловедения, сварки металлов, ремон-
та, прочности и надежности, теплофизики,
электродинамики, химии и горения топлив.
В 2007 г. при Отделении физико-тех-
нических проблем энергетики НАН Украи-
ны создана Комиссия по промышленным
газовым турбинам и электроприводам, ока-
зывающая научно-техническую поддержку
отрасли. В состав Комиссии входят ведущие
ученые и специалисты институтов НАН
Украины, высшей школы, газотурбинной
промышленности Украины. Подготовка ин-
женерных кадров ведется в университетах
Киева, Харькова, Николаева, Запорожья.
Отличительной чертой газотурбострое-
ния Украины является широкая номенклату-
ра из делий — для авиации, военно-мор ско го
флота, газотранспортной системы и энерге-
тики. Предприятием «Зоря»–«Маш проект»
создано более 30 типов главных и ускори-
тельных корабельных газотурбинных устано-
вок, которыми оснащены около 30% газотур-
бинных кораблей мирового флота. Продук-
ция предприятия составляет 33% суммарной
мощности газотурбинных двигателей мор-
ских транспортных средств мира, продажа
корабельных ГТД осуществляется в 20 стран
мира. Свыше 660 приводных и энергетических
газовых турбин мощностью от 6 до 25 МВт
установлены в России, Беларуси, Казахстане,
Туркменистане и других странах. В послед-
ние годы предприятием создана энергетиче-
ская ГТУ мощностью 110 МВт, которая экс-
плуатируется в России в составе ПГУ-325
(КПД = 52%), для ГТС разработан проект вы-
сокотехнологичной регенеративной ГТУ-16Р
мощностью 16 МВт с КПД около 40%, в ста-
дии завершения проект энергетической газо-
вой турбины ГТЭ 45/60 мощностью 60 МВт.
Газотурбинные авиационные двигатели,
со зданные в ГП «Ивченко-Прогресс», при-
меняются на 54 типах летательных аппаратов
95ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2013, № 5
ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ
в 122 странах мира. На 2012 г. суммарная на-
работка парка авиадвигателей составила бо-
лее 2,1 млн часов. Недавно для газотранспорт-
ной системы был разработан проект приво-
дного ГТД АИ-312 мощностью 12 МВт с КПД
около 38%, проводится работа по проектиро-
ванию ГТД АИ-28 для серии гражданских са-
молетов АН-148, АН-158, АН-168, АН-178.
В настоящее время можно назвать следу-
ющие тенденции развития современного га-
зотурбостроения:
1. Рост температуры газа перед турбиной
до 1500–1600°С в энергетических ГТУ и до
1750–1800°С в авиационных ГТД.
2. Повышение степени сжатия воздуха в
компрессоре до 30–35 в энергетических ГТУ
и до 40–45 — в авиационных ГТД, разработ-
ка осевых компрессоров для энергетических
ГТУ с расходом воздуха до 800 кг/с.
3. Разработка новых жаропрочных материа-
лов и жаростойких теплозащитных покрытий.
4. Обеспечение длительной и надежной
работы промышленных ГТУ на режиме мак-
симальной мощности (полный ресурс — до
150–200 тыс. ч; ресурс лопаток — 25–50 тыс. ч;
наработка на отказ — не менее 5 тыс. ч; ре-
сурс работы до первого капитального ремон-
та — до 30 тыс. ч).
Основные научно-технические проблемы
газотурбостроения состоят в следующем:
1. Термогазодинамика высоконагружен-
ных осевых компрессоров и высокотемпера-
турных газовых турбин.
2. Тепловые процессы в системах внут-
реннего и внешнего охлаждения лопаток
высокотемпературных газовых турбин.
3. Эффективные теплозащитные покры-
тия для лопаток газовых турбин и камер
сгорания.
4. Новые сплавы с повышенной жаро-
прочностью и жаростойкостью, пригодные
для монокристаллического литья.
5. Снижение эмиссии NОx и СО при сго-
рании различных топлив.
6. Новые технологии литья, сварки, меха-
нической обработки изделий ГТД и ГТУ,
восстановительного ремонта лопаток.
7. Высокоточные методы расчета трех- и
четырехмерного компьютерного проектиро-
вания.
Часть этих вопросов изучается в институ-
тах НАН Украины. В Институте электро-
сварки им. Е.О. Патона исследуют новые
технологические процессы сварки и пайки
металлов, теплозащитные покрытия, ремонт
и восстановление деталей ГТД. В Институте
Рис. 1. Динамика роста температуры газа перед турбиной для авиационных и стационарных ГТД
96 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2013, № 5
ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ
ской теплофизики (ИТТФ НАН Украины)
создаются инновационные системы охлаж-
дения и новые поверхности теплообмена
вихревого типа для регенераторов газовых
турбин. В Институте проблем машиностро-
ения им. А.Н. Подгорного проводится ак-
тивная работа по развитию методов ком-
пьютерного моделирования проточной ча-
сти высоконагруженных газовых и паровых
турбин.
Главной проблемой современного газотур-
бостроения остается охлаждение лопаток.
Как показывает статистика фирмы «Роллс-
Ройс» (Великобритания), за последние 50 лет
рост температуры газа перед турбиной ГТД
на 80% обеспечивался за счет создания и
совершенствования систем внутреннего и
внешнего охлаждения лопаток. Уже к концу
ХХ в. температуры газа перед турбиной в
ГТД для гражданских и боевых самолетов,
а также в стационарных ГТУ практически
сравнялись между собой (рис. 1). Таким об-
разом, проблемы создания систем охлажде-
ния для различных типов ГТД и ГТУ стали
идентичными.
Сопловой аппарат и лопатка современной
газовой турбины представляют собой нау-
коемкое и высокотехнологичное изделие
(рис. 2), стоимость которого достигает 5000
долларов США за единицу. В ИТТФ НАН
Украины разработана новая концепция си-
стемы внутреннего охлаждения сопловых
аппаратов первой ступени с интенсивными
вихревыми структурами, которая реализо-
вана в конструкции ГТД АЛ-31Ф для луч-
шего в мире боевого самолета СУ-27 и его
модификаций. В этом же Институте в содру-
жестве с ГП НПКГ «Зоря»—«Маш про ект»
создается перспективная лопатка с циклонно-
вихревым охлаждением передней кромки ра-
бочей лопатки, выполняются исследования
новой концепции осциллирующего пленоч-
ного охлаждения, эффективность которого
почти в два раза выше эффективности тради-
ционных схем пленочного охлаждения.
В 80-е годы ХХ в. в ИТТФ совместно с
ИЭС им. Е.О. Патона проводилась разра-
ботка перспективной лопатки с внутристе-
Рис. 3. Лопатка авиационного ГТД с перспективной
системой внутристеночного охлаждения
Рис. 2. Внутренний вид современной лопатки высоко-
температурной газовой турбины авиационного ГТД
проблем материаловедения им. И.Н. Фран-
цевича созданы титановые сплавы, ультра-
высокотемпературная керамика, пористые
материалы. В Институте проблем прочно-
сти им. Г.С. Писаренко разрабатываются ме-
тоды и средства обеспечения надежности и
долговечности ГТД. В Институте техниче-
97ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2013, № 5
ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ
ночным охлаждением (рис. 3). В такой
лопатке радиальные каналы охлаждения
располагаются очень близко к внешней по-
верхности, что существенно улучшает усло-
вия охлаждения. В охлаждающих каналах
малого размера реализуется течение, соот-
ветствующее распределению давления газа
по профилю и высоте лопатки, что упроща-
ет условия охлаж дения и эксплуатации.
Суммарная толщина стенки такой лопатки
не превышает 2,0 мм, а в области выходной
кромки она составляет всего 0,4–0,5 мм.
Как показывают расчеты, при температуре
обтекающего газа 1800°C расход охладителя
составляет всего около 5%, а средняя эффек-
тивность охлаждения достигает 0,67. К со-
жалению, после распада СССР эти работы в
Украине были прекращены, но получили ак-
тивное развитие в России и США.
Несмотря на определенные успехи, газо-
турбостроение Украины в последние годы
испытывает серьезные проблемы. Оно фак-
тически не имеет государственно-финан со-
вой поддержки по разработке перспективной
техники; научно-технический задел, накоп-
ленный отраслью в советский период, бли-
зок к исчерпанию. В связи с этим не удалось
создать планируемые ГТЭ-110+ мощностью
140 МВт и ГТЭ-110М мощностью 160 МВт,
а также ПГУ-430 и ПГУ-500 на их основе.
Хотя Украина сохраняет свои позиции на
международном рынке, но уже отмечается
некоторое отставание от мировых произво-
дителей в технологиях проектирования, про-
изводства и доводки ГТД и ГТУ. На несколь-
ко лет задерживается выход на рынок пер-
спективной энергетической газовой турбины
ГТЭ-45/60 МВт с перспективой создания на
ее основе ПГУ-85 и ПГУ-170 средней мощ-
ности. Крайне необходима государственная
поддержка создания и серийного выпуска
ГТУ-16Р («Зоря»—«Маш проект») для газо-
транспортной системы и авиационного дви-
гателя АИ-28 («Ивченко-Прогресс»).
Для поддержки газотурбинной отрасли
назрел вопрос создания в Украине научно-
технического центра перспективного разви-
тия газотурбостроения (по типу ЦИАМ,
ВИАМ, ЦКТИ в России), а пока его роль по
отдельным направлениям выполняют ин-
ституты нашей Академии. Украине крайне
необходима Национальная программа раз-
вития и внедрения газотурбостроения по
типу программ, существующих в США, Япо-
нии, Западной Европе (например, E3, ATS,
NGGT).
Мировой опыт показывает, что восстанов-
ление утерянных позиций на мировом рын-
ке либо невозможно, либо потребует во мно-
го раз больших затрат, чем те, которые не-
обходимы сегодня для научно-тех ни чес кой
поддержки украинского газотурбостроения.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-67313 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0372-6436 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T08:59:05Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Халатов, А.А. 2014-09-01T17:30:42Z 2014-09-01T17:30:42Z 2013 Досягнення і проблеми українського газотурбобудування (виступ академіка НАН України Артема Артемовича Халатова) / А.А. Халатов // Вісн. НАН України. — 2013. — № 5. — С. 94-97. — рос. 0372-6436 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/67313 ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Вісник НАН України Невиголошені виступи Досягнення і проблеми українського газотурбобудування (виступ академіка НАН України Артема Артемовича Халатова) Article published earlier |
| spellingShingle | Досягнення і проблеми українського газотурбобудування (виступ академіка НАН України Артема Артемовича Халатова) Халатов, А.А. Невиголошені виступи |
| title | Досягнення і проблеми українського газотурбобудування (виступ академіка НАН України Артема Артемовича Халатова) |
| title_full | Досягнення і проблеми українського газотурбобудування (виступ академіка НАН України Артема Артемовича Халатова) |
| title_fullStr | Досягнення і проблеми українського газотурбобудування (виступ академіка НАН України Артема Артемовича Халатова) |
| title_full_unstemmed | Досягнення і проблеми українського газотурбобудування (виступ академіка НАН України Артема Артемовича Халатова) |
| title_short | Досягнення і проблеми українського газотурбобудування (виступ академіка НАН України Артема Артемовича Халатова) |
| title_sort | досягнення і проблеми українського газотурбобудування (виступ академіка нан україни артема артемовича халатова) |
| topic | Невиголошені виступи |
| topic_facet | Невиголошені виступи |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/67313 |
| work_keys_str_mv | AT halatovaa dosâgnennâíproblemiukraínsʹkogogazoturbobuduvannâvistupakademíkananukraíniartemaartemovičahalatova |