На сегодняшний день по всему миру продано более 350 штук газовых турбин SGT800. За последние годы SGT800 становится ведущей газовой турбиной в мире для применения в ПГУ в своем мощностном ряду 50-60 МВт. Турбина демонстрирует высокий КПД в простом цикле (до 40% в зависимости от версии) и может эффективно работать в комбинированном цикле и когенерации. В комбинированном цикле КПД может превышать 60% при пониженном расходе топлива. Максимальный КПД SGT800 на ТЭЦ в версии ПГУ SCC800 достигает 90%–92% за счёт полного использования тепловой энергии выхлопных газов для парового отопления или централизованного теплоснабжения. Наработка установленного парка SGT800 в настоящее время достигла более шести миллионов часов работы. Преимущества газовой турбины Siemens SGT800: лучшая газовая турбина в семействе высокоэффективных газовых турбин, промышленная конструкция для надежной работы, двухтопливная система сухого подавления выбросов (DLE) третьего поколения без необходимости впрыска воды или пара для подавления уровня Nox, высокая эффективность (простой цикл, когенерация, ПГУ), конкурентоспособная стоимость жизненного цикла, время запуска 15 минут, от команды на запуск до полной мощности, концепция сервисного обслуживания – всё проводится на площадке, длительные интервалы между проведением ТО. Надежность турбины SGT800 обеспечивают простота конструкции, долговечность элементов, использование проверенных технологий при ее создании. Привод генератора осуществляется со стороны компрессора ГТУ, что позволяет получить простую и эффективную осевую систему отвода выхлопных газов. Модульная конструкция, малое число узлов и длительный срок их службы, доступность для проведения осмотров – все это обеспечивает большие интервалы между инспекциями и капитальными ремонтами, а также низкую стоимость эксплуатации.
Для крупных энергогенерирующих компаний и предприятий нефтегазового сектора вопрос поддержания и обеспечения жизненного цикла импортного газотурбинного оборудования Siemens SGT800, включая такие высокотехнологичные детали как рабочие лопатки турбин газогенератора SGT800. Долгое время капитальные части горячего тракта газовых турбин зарубежного производства ГТУ Siemens SGT800 практически полностью выпускались за границей. Полноценные технологии их производства передавались в Россию лишь в исключительных случаях, что усложняло эксплуатацию и обслуживание такого оборудования. Сегодня отсутствие отечественного производства критически важных компонентов горячего тракта турбин является одной из главных проблем сервисного обслуживания ГТУ. Решение этой задачи позволяет значительно повысить технологическую независимость страны. Однако, спустя три года после ухода западных компаний с рынка российские предприятия получили первые результаты кропотливой работы по разработке и локализации технологий производства наиболее востребованных компонентов турбин. Так, одним из ярких и прорывных примеров импортозамещения в энергетике стал проект по локализации одних из ключевых компонентов горячего тракта турбины Siemens SGT-800. В рамках реализации проекта разработана технология полного цикла изготовления рабочих и сопловых лопаток, топливных форсунок, надроторных вставок и ряда расходных материалов, необходимых для проведения сервисных работ. Компания успешно завершила испытания пилотного образца рабочей лопатки первой ступени турбины SGT-800 с заготовкой монокристаллической структуры. За счет особенностей лигатуры сплава и однородности структуры лопатки отличаются повышенными характеристиками жаропрочности и, как результат, увеличенным эксплуатационным ресурсом. Налажен серийный выпуск комплектов, включающий расширенный контроль качества и комплексные испытания, в том числе в составе работающих энергетических установок. На заключительных этапах проекта выполнена перфорация охлаждающих отверстий и нанесение жаростойкого и теплозащитного покрытий по собственной сертифицированной технологии. Также были проведены контрольные испытания пропускной способности системы охлаждения лопаток, металлографические исследования, адгезионные испытания покрытий, результаты которых продемонстрировали полное соответствие техническим характеристикам оригинального образца производства компании Siemens.
При создании технологии локализации «монокристалла Siemens SGT-800» использовались международные методологии PDP и PPQ, применяемые в турбиностроении. На сегодняшний день можно отметить следующие ключевые достижения проекта: проведены комплексные испытания с последующей верификацией характеристик разрабатываемого изделия, что позволило разработать полный комплект технической документации; освоены технологии литья крупногабаритных заготовок лопаток методом высокоскоростной направленной кристаллизации до получения годной монокристаллической структуры, ранее не использовавшиеся в РФ; разработан и сертифицирован отечественный аналог жаропрочного никелевого сплава CMSX-4 совместно с ведущими российскими научными институтами; оптимизированы режимы горячего изостатического прессования (ГИП) и вакуумной термической обработки, обеспечивающие микроструктурную однородность и долговечность деталей; аттестованы технологии прецизионной механической обработки, высокоскоростного эрозионного сверления охлаждающих отверстий и нанесения комплекса защитных покрытий.
Одной из трудоемких задач реализации проекта стала оригинальность структуры сплава – рабочие лопатки турбины монокристальной структуры на сегодняшний день являются наиболее технологически емкими в производстве. Создание технологии производства монокристальных лопаток позволило совершенствовать композиции жаропрочных никелевых сплавов (ЖНС), в частности создать класс сплавов, не содержащих в своем составе элементов упрочнителей границ зерен (так называемые безуглеродистые ЖНС). Это в свою очередь позволило реализовать системы легирования и режимы вакуумной термической обработки. Следует отметить, что монокристаллические лопатки турбины являются примером практически единственного применения монокристаллов в качестве конструкционного материала. Важнейшим направлением развития монокристаллических сплавов на никелевой основе является повышение жаропрочности - способность конструкционных материалов работать под напряжением в условиях повышенных температур без заметной остаточной деформации и разрушения. Достигнутые улучшения жаропрочных свойств обеспечиваются в первую очередь на основе совершенствования комплекса легирующих элементов, введением в сплавы таких тугоплавких элементов, как Та, Re и Ru, которые обеспечивают заметное увеличение прочности межатомных связей, существенно повышают сопротивление ползучести и возникновению усталостных трещин, а также значительное улучшение структурной стабильности.
Наиболее эффективным средством защиты рабочих поверхностей лопаток, подверженных воздействию высокотемпературных топливо-воздушных смесей, стало использование жаростойкого и теплозащитного покрытий, что позволяет значительно (более чем на 50°С) снизить рабочую температуру стенок пера лопатки, и снизить воздействие высокотемпературной газовой коррозии, и, следовательно, повысить ресурс изделия. Для формирования слоя жаростойкого покрытия, применялись порошки MCrAlY. Помимо этого, компания выполнила нанесение покрытия методами высокоскоростного газопламенного напыления (HVOF) и плазменного напыления в среде с низким давлением LPPS (VPS). Используемые компанией теплозащитные покрытия представляют собой комбинацию из внешнего керамического и внутреннего-промежуточного жаростойкого слоев. В качестве материала керамического слоя применялся диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия (системы ZrO2+YSZ). Жаростойкий внутренний слой обеспечил когезию жаростойкого подслоя с керамикой, и как следствие длительное препятствие сколам керамического слоя. Используемый способ нанесения – атмосферное плазменное напыление (APS). Таким образом, в рамках локализации производства лопатки SGT-800 были разработаны технологии точного литья заготовок с монокристаллической структурой, проведены механическая обработка базовых и установочных поверхностей с высокой точностью, высокоскоростное сверление отверстий пленочного охлаждения, сборка деталей с использованием вакуумной пайки, нанесение жаростойких и теплозащитных покрытий, контроль качества. Монокристаллическая рабочая лопатка SGT-800, полностью произведенная в России, успешно прошла все стадии изготовления и финальной обработки. Запуск серийного производства позволит российскому рынку сервисного обслуживания газотурбинных установок снизить зависимость от зарубежных поставщиков.
Копирование и реверс-инжиниринг лопастей горячего тракта Gas Turbine Blades Siemens SGT800