Введение к работе
Актуальность работы
В современных условиях существенно возросла актуальность и важность проведения конверсии оборонных отраслей промышленности. В условиях значительного сокращения военного заказа, конверсия имеет решающее значение для сохранения потенциала оборонных предприятий. При этом следует иметь в виду, что конверсия должна проводиться с учетом профиля данного конкретного предприятия, с использованием имеющихся уникальных наукоёмких, конструктивных разработок и технологий. Только в этом случае удается сохранить способность предприятий выполнять наряду с конверсионными и оборонные заказы. Для предприятий авиационного двигателе-строения наиболее целесообразным и эффективным способом осуществления конверсии является создание наземных газотурбинных установок различного назначения.
Конверсия высокотемпературных, современных авиационных двигателей позволит создать высокоэффективные наземные газотурбинные приводы нового поколения за счет использования последних достижений авиационного двигателестроения. Это подготавливает базу для дальнейшего совершенствования наземной газотурбинной техники. Следует особо подчеркнуть, что осуществление конверсии двигателя с истребителя позволяет расширить номенклатуру авиационных двигателей, конвертированных для наземного применения. Последнее обстоятельство весьма актуально в условиях существенного уменьшения числа разработок новых авиационных двигателей, особенно для пассажирских самолетов.
Актуальность конверсии современного двигателя, находящегося в эксплуатации, усиливается еще благодаря наличию возможности использования результатов длительной эксплуатации стационарной модификации для увеличения ресурса и надежности авиационного двигателя-прототипа. Использование такого подхода позволит существенно уменьшить затраты на создание ресурсных модификаций авиационных двигателей.
Таким образом, конверсия современного высокотемпературного двигателя для истребителя в привод наземных газотурбинных установок является актуальной и важной народнохозяйственной задачей, решение которой затрагивает также интересы обороноспособности страны.
Целью работы является разработка научных основ конверсии современного высокотемпературного двигателя для истребителя в привод наземных газотурбинных установок. Работа направлена на обобщение опыта создания стационарного привода АЛ-31СТ методом конверсии авиационного короткоресурсного двигателя четвертого поколения АЛ-31Ф.
Задачи исследования
Обосновать целесообразность и возможность конверсии авиационного двигателя АЛ-31Ф в привод наземных газотурбинных установок.
Сформулировать научно-технические принципы конверсии двигателя для истребителя в привод наземных газотурбинных установок.
Разработать научную концепцию обеспечения заданного ресурса при конверсии короткоресурсного авиационного двигателя в стационарный газотурбинный привод. Осуществить доводку стационарного привода АЛ-31СТ по параметрам прочности и ресурсу.
Разработать и реализовать методы обеспечения заданных экологических характеристик стационарного привода АЛ-31СТ.
Разработать и внедрить систему автоматического управления стационарного привода. Обобщить опыт доводки и эксплуатации системы автоматического управления двигателя АЛ-31 СТ.
Разработать и внедрить методологию эксплуатации стационарного привода с использованием сервисных ремонтно-диагностических центров.
На основе анализа результатов эксплуатации двигателя АЛ-31СТ разработать методологию реконверсии для создания ресурсных модификаций авиационных двигателей.
Научная новизна
Сформулированы научно-технические принципы конверсии короткоресурсного авиационного двигателя для истребителя в привод стационарной газотурбинной установки.
Разработана новая методология обеспечения ресурса стационарных двигателей, базирующаяся на комплексном использовании результатов доводки и эксплуатации авиационных двигателей-прототипов.
Разработаны принципы создания экологических камер сгорания авиационного типа, соответствующих мировому уровню. Разработаны основы моделирования и методики автономных испытаний предложенной камеры сгорания, позволяющие радикально сократить затраты на ее создание.
Разработана методика создания модуля-гомогенизатора, который является базовым элементом экологической камеры сгорания и может служить основой для дальнейшего снижения уровня выбросов вредных веществ и разработки семейства экологических камер сгорания.
Разработаны и реализованы научные принципы построения и функционирования системы автоматического управления стационарного привода, обеспечивающие достижение высоких показателей его надежности и безотказности. Обобщен опыт доводки и эксплуатации системы автоматического управления двигателя АЛ-31 СТ.
Впервые разработана и внедрена методология эксплуатации с использованием сервисных ремонтно-диагностических центров.
Впервые разработана методология реконверсии основных элементов двигателя для создания ресурсных модификаций авиационного двигателя-прототипа.
Разработанные конструкции элементов и систем двигателя, устройства и способы испытаний защищены 68 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения.
Практическая значимость
Реализация разработанных подходов позволяет осуществлять конверсию высокотемпературных короткоресурсных авиационных двигателей. Предложенная методология обеспечения ресурса наземных газотурбинных приводов на основе использования результатов доводки и эксплуатации авиационных двигателей-прототипов обеспечивает существенное сокращение сроков и стоимости конвертирования.
Созданный модуль-гомогенизатор является основой разработки широкого класса низкоэмиссионных камер сгорания для различных газотурбинных установок, а также для применения в других топливосжигающих устройствах. Методология моделирования и автономных испытаний экологической камеры сгорания позволяет радикально сократить затраты на ее создание.
Предложенные принципы построения и функционирования системы автоматического управления являются достаточно универсальными и могут быть реализованы в газоперекачивающих агрегатах различного типа.
Разработанная методология реконверсии позволяет существенно сократить сроки и стоимость создания ресурсных модификаций авиационных двигателей.
Реализация результатов работы
Разработанные научно-технические принципы и методы позволили создать газотурбинный стационарный привод АЛ-31СТ путем конвертирования высокотемпературного короткоресурсного двигателя АЛ-31Ф, предназначенного для истребителя. Двигатель АЛ-31СТ в феврале 1996 года успешно прошел межведомственные испытания и был рекомендован для промышленной эксплуатации.
Лидерный образец двигателя АЛ-31СТ проходит промышленную эксплуатацию в составе ГПА-Ц-16 на компрессорной станции «Карпинская» (Тюментрансгаз). Модернизированный агрегат ГПА-Ц-16Л с двигателем АЛ-31СТ в августе 1998 года прошел межведомственные испытания и готовится к поставке в эксплуатирующую организацию.
Газогенератор двигателя АЛ-31СТ используется в совместном проекте с итальянской фирмой Nuovo Pignone в газоперекачивающем агрегате PGT-21S. В настоящее время завершаются пуско-наладочные работы первого агрегата на компрессорной станции «Алмазная» (Пермтрансгаз).
В разной стадии готовности находятся проекты использования двигателя АЛ-31СТ в газоперекачивающих агрегатах «Яуза-16» (СП «Люлька Купер», г.Москва), «Нева-16» (АО «Кировский завод», г. Санкт-Петербург), «Волга-16» (АО «Авиадвигатель», г. Казань). Экономический эффект от вне-
дрения привода АЛ-31СТ только за счет уменьшения расхода топлива составляет 1 500 000 руб. в год на один двигатель в ценах июля 1998 г.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на ряде международных и всесоюзных симпозиумах и конференциях, а также на научных семинарах и отраслевых конференциях, в том числе на III всесоюзной конференции «Современные проблемы двигателей и энергетических установок летательных аппаратов» (Москва, 1986 г.), на XVI Гагаринских чтениях (Москва, 1986 г.), на IX всесоюзной конференции по космической энергетике (Куйбышев, 1986 г.), на XII научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ЦИАМ (Москва, 1987 г.), на всесоюзном семинаре по газотурбинным и комбинированным установкам им. проф. Уварова (Москва, 1987 г.), на конференции «Снижение выбросов оксидов азота при сжигании жидких и газообразных топлив в энергетике и транспорте» (Москва, 1989 г.), на X международном симпозиуме по воздушно-реактивным двигателям (Ноттингем, Англия, 1991 г.), на международном симпозиуме «Двигатели - человеку Земли» (Москва, 1996 г.), на X всероссийской межвузовской конференции «Газотурбинные и комбинированные установки и двигатели» (Москва, 1996 г.), на третьем международном симпозиуме «Потребители-производители компрессоров и компрессорного оборудования» (Санкт-Петербург, 1997 г.), на международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателей в Поволжском регионе» (Самара, 1997 г.), на семинаре в Международной академии информации (Москва, 1998 г.), на всероссийской научной конференции «Физико-химические проблемы сжигания углеводородных топлив» (Москва, 1998 г.), на международном симпозиуме «Двигатели и экология» (Москва, 1998 г.), на XLV научно-технической сессии РАН по проблемам газовых турбин (Санкт-Петербург, 1998 г.), на семинарах кафедр 201 и 203 МАИ (Москва, 1998 г.)
Публикации
Основное содержание диссертационной работы опубликовано в монографии и 98 печатных работах, включая 68 авторских свидетельств и патентов на изобретения.
