ГП Научно-производственный комплекс газотурбостроения "Зоря"-"Машпроект":
Александр
Головащенко, начальник управления маркетинга, к.т.н.
Владимир Спицын, зам. директора ЦНИОКР "Машпроект",
начальник КО
Анатолий Боцула, главный конструктор проекта
Сергей Коссе, инженер-конструктор II категории
Роль различных испытаний при создании и опытно-конструкторской отработке
газотурбинных двигателей трудно переоценить. Испытаниям подвергаются все
без исключения опытные и серийные (поставочные) двигатели. При проведении
испытаний огромная энергия, вырабатываемая двигателем, должна быть воспринята
и преобразована загрузочным устройством, роль которого может играть электрогенератор,
вырабатывающий электрическую энергию, компрессор, сжимающий воздух или другой
газ, и, наконец, гидротормоз, превращающий механическую энергию вращения
турбины в тепло, воспринимаемое водой.
Применение гидротормоза - не самый экономичный способ восприятия энергии
двигателя при его испытаниях (особенно по сравнению с выработкой электроэнергии,
которую можно продать). Однако в некоторых видах испытаний, например, при
выполнении тензометрирования рабочих лопаток, ступенчатом нагружении, определении
внешней характеристики силовой турбины и т. п. к нему приходится прибегать
для обеспечения работы двигателя на заданных режимах и выполнения необходимых
для его доводки проверок. При выполнении газодинамической и прочностной
отработки турбин газогенераторов на газодинамических стендах применение
гидротормозов становится обязательным условием.
Гидротормоз - это наиболее совершенный на сегодняшний день инструмент для
измерения генерируемой двигателем мощности, обеспечения требуемого соотношения
отбираемой от привода мощности и частоты вращения ротора турбины. Поэтому
уровень гидротормозостроения характеризует уровень двигателестроения.
В свое время испытательные подразделения ГП НПК газотурбостроения "Зоря"-"Машпроект"
оснащались исключительно иностранными гидротормозами. С некоторых пор предприятие
комплектует свои стенды гидравлическими загрузочными устройствами и гидротормозами
только собственной разработки. Несколько единиц гидротормозов изготовлено
для российских предприятий, ремонтных предприятий дальнего зарубежья. "Акула",
"Краб", "Парус" и др. - это далеко не полный перечень
гидротормозов, разработанных и изготовленных на предприятии. Можно с уверенностью
утверждать, что в Центре НИОКР "Машпроект" создана школа гидротормозостроения,
наличие которой позволило отказаться от закупок тормозов в дальнем зарубежье
(в других странах СНГ гидротормоза практически не выпускаются). Разработка
и поставка гидротормозов производится и для других предприятий и организаций,
разрабатывающих, изготавливающих и ремонтирующих газотурбинные двигатели
(в Российской Федерации, Греции, Индии, Китайской Народной Республике).
В 2002 г. с пермским ОАО "Авиадвигатель" был заключен контракт
на разработку, изготовление и поставку гидротормоза, получившего впоследствии
индекс ГТ-20/3000 "Осьминог".
В
соответствии с техническим заданием заказчика и конструкторским замыслом
"Осьминог" представлял собой концептуально новое изделие, не имеющее
аналогов в практике гидротормозостроения. Так, техническим заданием предусматривалось
использование тормоза с загрузкой по винтовой характеристике (имитация гребного
или воздушного винта), с загрузкой по нагрузочной характеристике с постоянной
частотой вращения турбины (имитация электрогенератора), а также с загрузкой
при постоянной мощности двигателя (имитация изменения нагрузки при постоянной
мощности привода). Кроме того, требовалось обеспечивать быстрое изменение
загрузки тормоза в широком диапазоне воспринимаемых мощностей.
Точность измерения должна быть высока и погрешность не превышать 0,5 %.
Качество гидротормоза (параметр, равный частному от деления величины
максимальной мощности, воспринимаемой гидротормозом, на минимальную мощность
при постоянной частоте вращения ротора) превышает 10. Такая широкая характеристика
гидротормоза стала возможной в результате: применения определенной конфигурации
рабочего диска; использования соответствующего требуемому сочетанию воспринимаемой
мощности и частоты вращения ротора соотношения расходов воды на входе в
гидротормоз, на сливе из него и т.д.
Корпус гидротормоза изготовлен из коррозионно-стойкой стали, а рабочий
диск - из титана.
Так как гидротормоз ГТ-20/3000 "Осьминог" предполагается использовать
и в качестве измерительной системы для испытаний двигателей, был выполнен
большой комплекс конструкторских проработок, связанный с обеспечением заданной
точности измерения крутящего момента, частоты вращения и мощности. Принятые
меры позволили выполнить заданные технические требования по точности измерения.
Гидротормоз оснащен детекторами металлической стружки на сливах из масляных
полостей и приспособлен для работы с системой виброконтроля заказчика.
Гидротормоз установлен на собственной раме, имеющей устройства для бескранового
его монтажа на испытательном стенде заказчика.
Система автоматического управления (САУ) гидротормозом обеспечивает
обмен данными с САУ газотурбинного двигателя и позволяет с виртуального
пульта управления задавать требуемую по программе загрузку (т.е. сочетание
поглощаемой мощности и частоты вращения ротора).
Гидротормоз ГТ-20/3000 "Осьминог" после испытаний, которые
проводились на стенде ГП НПКГ "Зоря"-"Машпроект", с
технологическим приводным двигателем UGT 15000 отгружен ОАО "Авиадвигатель".
При создании гидротормоза ГТ-20/3000 "Осьминог", который является
концептуально новым агрегатом, прошли апробацию и были успешно подтверждены
в процессе приемочных испытаний новые методики расчета и конструирования
подобных изделий.
В настоящее время в соответствии с рядом контрактов и запросов от компаний-разработчиков
и производителей турбинной техники НПКГ "Зоря"-"Машпроект"
разрабатывает аналогичные гидротормоза увеличенной мощности, рассчитанные
на более высокую частоту вращения.