В 1992 году с Газпромом был заключен договор о совместной деятельности по разработке газотурбинного двигателя в качестве привода насосов для перекачки газа по магистральным трубопроводам.
При этом решались важные задачи: обеспечение конструкторов и работников производства оплачиваемой работой, сохранение кадров, их знаний, опыта в проектировании и изготовлении газотурбинных двигателей.
При проектировании, изготовлении и испытаниях двигателя АЛ-31СТ (такая марка была присвоена наземному варианту газотурбинного двигателя) коллектив столкнулся с новыми для него проблемами, ранее неизвестными, и потому потребовались новые знания и опыт других предприятий, в том числе зарубежных.
«В начале 90-х годов в Газпроме возникла острая потребность в отечественных газотурбинных двигателях для газоперекачивающих агрегатов нового поколения, — рассказывает заместитель генерального конструктора Евгений Ювенальезич Марчуков. — Они необходимы для поэтапной реконструкции и модернизации всей газотранспортной системы Газпрома.
Газоперекачивающие агрегаты составляют у газовиков основу (около 85 %) компрессорного хозяйства, осуществляющего транспортировку газа и газового конденсата. Имея значительные мощности, компрессорное хозяйство Газпрома нуждается тем не менее в техническом перевооружении из-за большого износа агрегатов, из-за низкого коэффициента полезного действия, из-за увеличивающихся выбросов вредных веществ в атмосферу (оксидов азота и углерода).
Технической базой перевооружения стали газотурбинные приводы, создаваемые на оборонных предприятиях России и стран СНГ.
НПО «Люлька-Сатурн», традиционный создатель турбореактивных двигателей для военной авиации, включилось в разработку новой техники — привода нагнетателя газоперекачивающего агрегата мощностью 16 мегаватт.
У этой темы вначале было много скептиков. Они предполагали, что двигатель, созданный на базе боевого двигателя, имеющего большие нагрузки, но сравнительно небольшие ресурсы, не сумеет обеспечить длительную стационарную работу газоперекачивающего агрегата. Эти опасения, как показала в дальнейшем эксплуатация, не подтвердились».
Техническое задание на разработку газовой турбины на базе двигателя АЛ-31Ф, установленного на всемирно известном самолете Су-27 и его модификациях, НПО «Люлька-Сатурн» получило в 1992 году. В том же году началось проектирование газовой турбины, названной АЛ-31СТ (стационарной). «Конечно, — по словам ведущего конструктора Н.Н. Булычева, — внедрение этих конструкторских решений — наступание на горло песне авиационного конструктора, так как многие разработки требовали принципиально нового «наземного подхода». И все-таки создатели авиационных двигателей АЛ, используя свой мощный научно-технический потенциал, за короткий срок разработали газотурбинные двигатели для привода газоперекачивающих агрегатов и для энергоустановок к электростанциям нового поколения».
«Проблемы, конечно, возникали, — говорит В. Беркович, — к примеру, серьезные трудности с разработкой и изготовлением автоматики регулирования двигателя, об испытаниях его на специальных стендах, где вместо керосина — газ. И, главное, ресурс двигателя, который должен быть в 100 раз больше, чем у двигателя военного назначения».
И еще особенность АЛ-31СТ в том, что проверить правильность конструкторских решений можно только непосредственно при эксплуатационных испытаниях на компрессорной станции при перекачке газа.
Проблемы постепенно снимались, и первые же испытания покажут, что двигатель работоспособен.
«Для обеспечения большей надежности, высоких параметров и сокращения сроков доводки, разработчики, создавая АЛ-31СТ, стремились внести минимум изменений в базовый двигатель.
Изменению подверглись лишь некоторые элементы АЛ-31Ф. Их называет главный конструктор Виктор Викторович Куприк:
— компрессор низкого давления из-за перепроектирования проточной части на меньший расход воздуха;
— камера сгорания — из-за перехода на газообразное топливо и обеспечения низкого уровня выбросов вредных веществ;
— наружный контур — из-за изменения внешнего диаметра компрессора низкого давления;
— система уплотнений опор — из-за перехода на лабиринтные уплотнения вместо масляных контактных уплотнений для повышения ресурса;
— система управления — в связи с применением электронной системы управления Series-4 американской фирмы «Компрессор Контролз Корпорейшн».
Ходовая часть, диски, валы, подшипники газотурбинного привода, включая и компрессор низкого давления, изменению не подвергались».
Силовая турбина для газотурбинного привода с частотой вращения 5300 об/мин была спроектирована вновь. По предложению генерального конструктора В.М. Чепкина она была объединена с нагнетателем природного газа осевого типа в одном блоке. Ее эксплуатация была начата практически без доводочных работ.
Первый образец газотурбинного привода АЛ-31СТ был собран в марте 1994 года и поступил на испытания на стенд НПО «А. Люлька-Сатурн». Один из стендов в Тураеве, предназначенных для испытаний базового двигателя АЛ-31Ф, был переоборудован для испытаний АЛ-31СТ на газообразном топливе с системой управления Series-4 для отработки запуска, системы управления, оценки характеристик. Этот образец газотурбинного привода используется и сейчас для экспериментальных работ.
Второй образец газотурбинного привода АЛ-31СТ, собранный в июне 1994 года, пройдя комплекс испытаний на стенде, в сентябре того же года поступил на компрессорную станцию «Карпинская» ДАО Тюментрансгаза для опытной эксплуатации. Газотурбинный привод АЛ-31СТ был установлен вместо газотурбинного привода НК-16СТ (КБ Н.Д. Кузнецова), при этом системы, обслуживающие газотурбинный привод в газоперекачивающем агрегате, претерпели минимальные изменения.
С сентября по декабрь 1994 года были проведены подготовительные и монтажные работы, выполнена пусконаладка. С января 1995 года начата опытная эксплуатация газотурбинного привода, наработка его за первый этап эксплуатации составила 1175 часов.
Для обеспечения непрерывной работы на выделенном для АЛ-31СТ рабочем месте на НПО «А. Люлька-Сатурн» принято решение использовать для опытной лидерной эксплуатации два газотурбинных привода АЛ-31СТ. Такое решение ускорило темп доводки АЛ-31СТ, позволило оперативно внедрить разрабатываемые мероприятия с проверкой их в реальных условиях эксплуатации. Оперативному внедрению мероприятий способствовал созданный на базе Краснотурьинского производственно-технического предприятия ДАО Тюментрансгаза (в 12 км от компрессорной станции «Карпинская») центр диагностики и восстановительного ремонта. Ряд мероприятий, требующих частичной разборки газотурбинного привода, был внедрен в условиях центра. Там же проводилась углубленная инспекция состояния элементов газотурбинного привода. Центр диагностики сократил сроки внедрения и контроля.
«Модульная конструкция газотурбинного привода АЛ-31СТ, — по словам Валерия Вадимовича Белоконя, — обеспечивает замену узлов без дополнительных работ по подгонке, балансировке и испытаниям».
Центр диагностики и восстановительного ремонта, который мы создали совместно со специалистами Газпрома, позволяет выполнять многие трудоемкие технологические операции: комплексное диагностирование технического состояния, замену модулей, отдельных узлов, и деталей, частичную разборку для устранения повреждений лопаток компрессора, промывку и очистку узлов и деталей.
Поэтому цикл восстановительного ремонта не превышает 15–20 дней, а это очень удобно и важно для эксплуатации.
В 1996 году АЛ-31СТ прошел межведомственные испытания и рекомендован для серийного изготовления.
На Уфимском машиностроительном производственном объединении под руководством генерального директора Валерия Павловича Лесунова началось освоение его серийного производства.
По всем параметрам и характеристикам он полностью соответствует требованиям технического задания, согласованного с РАО «Газпром».
По сравнению с приводом НК-16СТ Самарского ОКБ, для замены которого используется АЛ-31СТ, он имеет расход топливного газа на 900—1000 кг/ч меньше. При средней годовой наработке газоперекачивающего агрегата 5600 часов экономия в расходе топливного газа при использовании газотурбинного привода АЛ-31СТ составляет 8 000 000 нм3, что соответствует экономии 400 000 долларов США в год.
Необходимо также отметить низкий уровень безвозвратных потерь масла (0,28…0,30 кг/ч), что тоже вместе с периодичностью технического обслуживания через 2000–3000 часов вносит экономию в эксплуатационные расходы.
Конструкторы продолжают работу по дальнейшему совершенствованию конструкции газотурбинного привода, его характеристик, снижению трудоемкости изготовления.
