Объединенная двигателестроительная корпорация объявила
об успешном испытании в сентябре 2025 года опытного образца новой
газотурбинной установки для транспортировки газа НК-36СТ-32. Двигатель
вышел на номинальную мощность 32 МВт. Насколько значимо это достижение?
Для тех, у кого нет времени читать технологические лонгриды, предлагаем краткую нарезку основных тезисов статьи.
«Газотурбинная установка НК-36СТ-32 создана на базе турбореактивного
двухконтурного двигателя с форсажной камерой НК-32, который используется
на самом мощном в мире сверхзвуковом самолете Ту-160».
«Одна лопатка турбины развивает мощность, равную мощности автомобиля
Формулы-1, а при частоте вращения порядка 12 тыс. оборотов в минуту на
нее действует центробежная сила величиной 18 тс».
«Температура газа существенно выше температуры плавления никелевого
сплава, из которого изготовлена лопатка. Представьте, что вам надо не
дать расплавиться кубику льда в печи, нагретой до 200 градусов».
«Одна лопатка, которых в одном колесе турбины порядка 70, стоит в восемь раз дороже равного ей по весу слитка серебра».
«Число стран, способных производить современные авиадвигатели,
меньше, чем членов космического или атомного клубов. Ни Индия, ни Китай,
ни Германия с Японией к ним не относятся. А вот Россия – в их числе».
«Самой мощной в мире промышленной ГТУ сейчас является SGT5-9000HL
компании Siemens – 593 МВт. Это огромный механизм длиной 13 м и массой
497 т. Авиационной родословной у нее нет».
«Первая в мире энергетическая ГТУ мощностью 100 МВт была изготовлена Ленинградским металлическим заводом (ЛМЗ) в 1967 году».
«В соответствии с контрактом с Siemens на выпуск лицензионных ГТУ
российским партнерам, включая ЛМЗ, запретили вести собственные
разработки».
«Это вынудило Россию подписать в 2022 г. соглашение на закупку 40
энергетических турбин… в Иране. Эти ГТУ разработки 1396 г. по местному
летосчислению (2017 г.) – наглядное свидетельство того благотворного
«средневековья», в которое погрузили Иран западные санкции».
«В 90-е годы заказы «Газпрома» буквально спасли отечественное
авиадвигателестроение. Самолеты тогда в России выпускались поштучно, в
то время как одних только ГТУ НК-12СТ, ставших основой советской
газотранспортной системы, было изготовлено около 2000 шт. Однако в
сегменте мощности свыше 25 МВт Россия до самого последнего времени
оставалась полностью зависимой от Запада».
«И вот наконец появилась первая отечественная ГТУ для газоперекачки мощностью 32 МВт. Таких не делали даже в СССР».
Кому интересно – читайте дальше.
Авиагазпром
Газотурбинная установка (ГТУ) НК-36СТ-32 создана на базе
турбореактивного двухконтурного двигателя с форсажной камерой (ТРДДФ)
НК-32, который используется на самом мощном в мире сверхзвуковом
самолете Ту-160 (фото ниже). НК-32, разработанный Самарским
научно-техническим комплексом имени Николая Кузнецова, – самый мощный
авиационный двигатель СССР и России, развивающий тягу на форсаже 25 тс.
Правда, прототип перспективного ПД-35 уже показал тягу свыше 35 тс,
однако пока лишь на стенде. Для сравнения: рекорд тяги среди
авиадвигателей ныне принадлежит GE9X, устанавливаемому на Boeing 777X.
Он выдал в 2017 г. 59,9 тс. Впрочем, тоже на стенде. Номинальная же его
взлетная тяга – 47,6 тс, что, впрочем, тоже впечатляет.
Как же соотносится максимальная тяга 25 тс НК-32 с мощностью в 32 МВт НК-36СТ-32 (на фото ниже)? Если коротко – никак.
Главным «продуктом» турбореактивного двигателя (ТРД) НК-32 является
струя газов, образующая эту самую тягу. Ее величина – основной параметр
такой силовой установки. А газотурбинный двигатель (ГТД) НК-36СТ-32
«производит» крутящий момент для привода центробежного нагнетателя
газоперекачивающего агрегата (ГПА), поднимающего давление природного
газа в трубопроводе. Струя раскаленных газов для него – бесполезный
выхлоп. Как правило, его просто «утилизируют» в атмосферу, хотя иногда
его тепло (температура до 900С) используют для нагрева паровых котлов
систем отопления и/или генерации электроэнергии. В любом случае, никакой
тяги эта струя не дает.
Разумеется, можно посчитать мощность НК-32 и в мегаваттах. Для этого
надо силу тяги умножить на скорость, с которой движется объект под
действием этой силы. Это так называемая тяговая мощность ТРД.
Максимальная скорость Ту-160 – 2230 км/ч (620 м/с), а максимальная тяга
НК-32 – 25 тс (245 166 Н), что дает фантастические 152 МВт. Для
сравнения: мощность на валах атомного ледокола «Арктика» с двумя
реакторами составляет всего 60 МВт.
Правда, 25 тс НК-32 выдает у Земли, на взлетном режиме. При полете на
большой высоте тяга любого ТРДДФ сильно снижается из-за разреженности
воздуха и скорости. Для НК-32 на высоте 15 км она составляет
приблизительно 15 тс. Что дает мощность порядка 90 МВт. Тоже не слабо.
Особенно если перемножить на 4 двигателя под крылом.
Впрочем, подобные пересчеты обычно используются лишь для того, чтобы
как-то сравнить параметры ТРД с характеристиками авиационных ГТД,
которые применяются для вращения воздушных винтов и называются
турбовинтовыми, а потому их основным показателем является мощность в
ваттах или, по традиции, в лошадиных силах. Таким образом удается как-то
сопоставить килограмм-силы с силами лошадиными. Однако это имеет смысл
только при сравнении схожих режимов полета на дозвуковых скоростях, но
не в случае сопоставления газоперекачивающей станции со сверхзвуковым
бомбардировщиком.
Кроме того, впечатляющая цифра тяговой мощности НК-32 относится к
форсажному режиму, который осуществляется за счет дожигания оставшегося в
выхлопной струе кислорода и нагнетаемого компрессорами и вентиляторами
через второй контур воздуха. Форсажная камера – это что-то вроде
ракетного ускорителя, «прицепленного» к ТРД.
Разумеется, у турбин ТРД тоже есть какая-то своя «крутящая» мощность.
Двигателисты компании Rolls-Royce (не путать с производителем
лимузинов) в своих рекламных материалах поражают воображение обывателей
такими фактами: одна лопатка турбины развивает мощность, равную мощности
автомобиля Формулы-1, а при частоте вращения порядка 12 тыс. оборотов в
минуту на нее действует центробежная сила величиной 18 тс, что
равняется нагрузке на подвеску двухэтажного лондонского автобуса.
Температура газа, с которым соприкасается лопатка, превышает температуру
базальтовой лавы, а давление соответствует давлению воды на глубине 500
метров. При этом температура газа существенно выше температуры
плавления никелевого сплава, из которого изготовлена лопатка, поэтому ее
выращивают из одного кристалла, покрывают жаростойким керамическим
покрытием, изнутри всю пронизывают воздушными каналами охлаждения и
перфорируют, чтобы охлаждающий воздух обдувал и внешнюю поверхность.
Чтобы понять, насколько сложна задача, которую решает это охлаждение,
представьте, что вам надо не дать расплавиться кубику льда в печи,
нагретой до 200 градусов. Добавьте сюда агрессивность среды,
неравномерность и нестационарность полей давления и температуры. И в
этих условиях до замены лопатка проходит путь в 20 млн км. Одна лопатка,
которых в одном колесе турбины порядка 70, стоит в восемь раз дороже
равного ей по весу слитка серебра.
В общем, не удивительно, что число стран, способных производить
современные авиадвигатели, меньше, чем членов космического или атомного
клубов. Ни Индия, ни Китай, ни Германия с Японией к ним не относятся. А
вот Россия – в их числе.
Словом, внутри ТРД, конечно, тоже кипит работа: в камере сгорания
полыхает топливо, выхлоп вращает турбины, но в целом, если говорить
конкретно о НК-32, почти вся энергия их вращения уходит на привод
компрессоров и вентиляторов, а полезную работу совершает струя газов,
толкающая самолет вперед. (Правда, в современных гражданских ТРДД с
большой степенью двухконтурности, типа ПД-14, нашего первого
гражданского авиадвигателя 5-го поколения, огромные вентиляторные
ступени работают, по сути, как воздушные винты, поэтому такие двигатели
называют турбовентиляторными).
Иное дело ГТД. Там есть еще и так называемая свободная (или силовая)
турбина, которая и выводит наружу крутящий момент для привода
электрогенератора или центробежного насоса для перекачки газа.
Собственно, у ТРД НК-32 и ГТД НК-36СТ-32 общего только так называемый
газогенератор – сердце двигателя, состоящее из камеры сгорания,
компрессора высокого давления и приводящей его турбины высокого
давления, где и стоят те самые монокристаллические охлаждаемые лопатки,
которые являются главным ноу-хау авиадвигателестроения. Впрочем, НК-32 –
двигатель 4-го поколения и рабочая температура газа на лопатках турбины
высокого давления в нем не превышает 1575K. Различаются двигатели и
тем, что НК-32 использует в качестве горючего керосин, а НК-36СТ –
природный газ, отбираемый из трубопровода.
В любом случае корректнее посчитать мощность НК-32 на дозвуковом,
крейсерском режиме полета без форсажа. Тяга НК-32 на крейсерском режиме –
14 тс (137 293 Н). Скорость – 850 км/ч (236 м/с). Получаем мощность
32,4 МВт.
Казалось бы, мы видим практически ту же цифру мощности, что объявлена
номинальной для НК-36СТ-32. Но на самом деле это лишь случайное
совпадение.
К примеру, самой мощной ГТУ, созданной на основе авиационного
двигателя, в настоящее время является General Electric LMS 100 мощностью
до 116 МВт. А создана она на базе CF6-80C2 с тягой «всего» 26,8 тс
(устанавливается на Boeing 747-400), что дает тяговую мощность 66,7 МВт
при крейсерской скорости полета 900 км/ч. Как видим, из ГТУ на базе
этого ТРД выжали гораздо больше.
НК-36СТ-32 на самом деле создан не непосредственно на основе НК-32, а
является дальнейшим развитием ГТУ НК-36СТ-25 мощностью 25 МВт,
созданного в 1995 г. Одна из отличительных особенностей – малоэмиссионая
камера сгорания, снижающая расход топлива и количество вредных
выбросов. Для гражданских авиадвигателей такая камера – норма, но для
ГТД на базе военного ТРДДФ ее пришлось создавать специально в 2015 году.
Но главное отличие авиационных ГТД от промышленных ГТУ на их основе –
это ресурс. Для НК-32 он составляет всего 2600 часов, что, впрочем,
типично для военного двигателя, чей ресурс редко превосходит 6 тыс.
часов. При этом для лучших гражданских ТРД назначенный ресурс (до
списания в утиль) может составлять 50 000 часов, а межремонтный ресурс
(время на крыле) – 25 000 часов. Назначенный ресурс НК-36СТ-32
составляет 120 000 часов, то есть почти 14 лет непрерывной работы (не
считая перерывов на неизбежный по регламенту капитальный ремонт).
Достигается это, как и в других ГТУ авиационного происхождения, за
счет снижения удельных нагрузок, а также путем оптимизации под
стабильную, длительную работу в тепличных условиях закрытого помещения, а
не под минимальную массу и быстрый разгон в самых суровых атмосферных
условиях. В частности, температура газа перед турбиной снижается на
50–150 градусов, частота вращения роторов уменьшается на несколько тысяч
об/мин. Однако по мере накопления опыта эксплуатации параметры работы
могут повышаться, за счет чего достигается большая мощность при том же
ресурсе, как в случае НК-36СТ-25 и НК-36СТ-32.
Вообще же самой мощной в мире промышленной ГТУ сейчас является
SGT5-9000HL компании Siemens – 593 МВт. Это огромный механизм длиной 13 м
и массой 497 т, специально разработанный для выработки электроэнергии.
Авиационной родословной у него нет. И раз уж мы решили окинуть взором
все важнейшие сферы применения ГТУ, скажем, что самой мощной корабельной
установкой этого типа является Rolls-Royce MT30 мощностью 40 МВт,
устанавливаемый на британские авианосцы типа «Королева Елизавета» и
созданный на базе авиационного Trent 800 (Boeing 777). Однако в самое
ближайшее время ее лавры должны похитить китайская CGT-40 мощностью 42
МВт.
Кстати, первая в мире энергетическая ГТУ мощностью 100 МВт была
изготовлена Ленинградским металлическим заводом (ЛМЗ) в 1967 году. Для
своего времени это было выдающееся достижение.
Не без сложностей, но это направление продолжало активно развиваться в
СССР. Однако в России сделали ставку на сотрудничество с зарубежными
производителями. В результате в соответствии с контрактом с Siemens на
выпуск лицензионных ГТУ российским партнерам, включая ЛМЗ, вообще
запретили вести собственные разработки в этой области. Лишь после 2014
года ситуация стала меняться и появились отечественные проекты.
Сегодня самая мощная отечественная энергетическая ГТУ имеет мощность
170 МВт. (Первая ГТЭ-170 производства ЛМЗ поставлена на Каширскую ГРЭС 3
марта 2025 года).
Однако серийное производство этого агрегата только разворачивается,
что вынудило Россию подписать в 2022 г. соглашение на закупку 40
энергетических турбин … в Иране. (Привыкаем к многополярному миру.) Эти
ГТУ разработки 1396 г. по местному летосчислению (2017 г.) – наглядное
свидетельство того благотворного «средневековья», в которое погрузили
Иран западные санкции. Теперь наша очередь ощутить все выгоды
технологической изоляции Запада.
Среди ГТУ, используемых специально для перекачки газа на
магистральных газопроводах, рекордсменом является General Electric
LM9000 мощностью до 75 МВт, созданная на базе GE90 тягой до 44 тс. Такие
мощные установки нужны, например, для газоперекачивающих станций
морских газопроводов, которым надо поднять давление, достаточное для
преодоления всего маршрута, поскольку промежуточных станций под водой не
поставишь.
К примеру, на головной компрессорной станции «Северного потока-1»
«Портовая» используются ГТУ производства Rolls-Royce: 6 агрегатов по 52
МВт и 2 по 27 МВт. Однако с их ремонтом и гарантийным обслуживанием
после 2014 года возникли очень большие проблемы.
На «Северном потоке-2» использовались ГТУ MS5002E мощностью по 32
МВт, собранные в России по лицензии GE. Производить мы их в дальнейшем
вряд ли сможем, но хоть с ремонтом и обслуживанием проблем меньше, хотя и
не намного. 14 таких же лицензионных агрегатов стоят и на самой мощной в
мире компрессорной станции «Русская» для «Турецкого потока».
Всего же на газопроводах России используется порядка 3000 ГТУ общей
мощностью более 47 000 МВт (средняя мощность получается 15,6 МВт). 80%
из них – отечественного производства. Но до сих пор все они имели
мощность до 25 МВт.
Среди них многие имеют авиационные гены:
- ГТУ-6ПГ мощностью 6 МВт на основе заслуженного ветерана Д-30 (Ту-134);
- НК-14СТ мощностью 10 МВт на базе легендарного НК-12 (Ту-95, Ту-22),
самого могучего турбовинтового двигателя в мире мощностью 15 000 л.с.
(11 МВт); - АЛ-31СТ мощностью 16 МВт на базе АЛ-31Ф (Су-27);
- ПС-90ГП-25 мощностью 25 МВт на базе ПС-90 (Ил-96, Ту-204);
- ПД-14ГП мощностью 16 МВт на базе ПД-14 (МС-21), нашего первого авиадвигателя 5-го поколения;
- АЛ-41СТ-25 мощностью 25 МВт на базе военного авиадвигателя 5-го
поколения АЛ-41 (Су-35С, Су-57), на чьей основе, кстати, предполагается
создание ГТУ мощностью 36 и 42 МВт.
Кстати, первый в СССР ГТУ для газоперекачки на базе авиадвигателя
появился в 1971 г. (на Западе подобная конверсия началась в начале
1960-х годов), после того как генеральный конструктор самарской фирмы
Николай Кузнецов предложил использовать отработавшие ресурс авиационные
НК-12 в качестве силовых приводов наземных установок. В то время
профильные ведомства отнеслись к этой инициативе весьма прохладно.
Желание Кузнецова спуститься с небес на землю казалось странным, и ему с
большим трудом удалось добиться постановления правительства по созданию
наземного двигателя НК-12СТ для газоперекачивающего агрегата мощностью
6,3 МВт на базе авиадвигателя НК-12МВ.
А сегодня любая двигателестроительная фирма считает для себя вопросом
жизни и смерти создание ГТУ для газоперекачки. В 90-е годы заказы
«Газпрома» буквально спасли отечественное авиадвигателестроение.
Самолеты тогда в России выпускались поштучно, в то время как одних
только ГТУ НК-12СТ, ставших основой советской газотранспортной системы,
было изготовлено около 2000 шт. Однако в сегменте мощности свыше 25 МВт
Россия до самого последнего времени оставалась полностью зависимой от
Запада.
И вот наконец появилась первая отечественная ГТУ для газоперекачки
мощностью 32 МВт. Таких не делали даже в СССР. Ни много ни мало, а это
значит, что в еще одной стратегической области Россия стала суверенной
державой.
Источник: НИКС - Компьютерный Супермаркет