книги из ГПНТБ / Бауман, Н. Я. Технология производства паровых и газовых турбин

ВВЕДЕНИЕ

Пионером отечественного энергетического турбиностроения является Санкт-Петербургский металлический завод, основанный

ного производства завод приступил в 1904 г. и с этой целью при­ обрел право на изготовление турбин конструкции французской фирмы Рато. Первая паровая турбина по ее чертежам была из­ готовлена заводом в 1907 г. После изготовления эта турбина была установлена на заводской электростанции, где и работала под наблюдением заводских работников. Таким образом, на ее создании и эксплуатации учились заводские инженеры, техники и рабочие.

Зарождение отечественного турбиностроения проходило в трудной конкурентной борьбе с иностранным капиталом, имев­ шим значительное влияние на экономику дореволюционной

ного турбиностроения в России, добиваясь от царского правительства поощрения импорта иностранных машин. Доста­ точно сказать, что когда на Санкт-Петербургском металлическом заводе была изготовлена первая турбина, в России уже эксплуа­ тировалось 37 импортных паровых турбин. Сдерживало развитие турбиностроения также и широкое использование в различных энергетических установках дизельных двигателей, которые при малых мощностях были достаточно выгодными.

В первые годы после начала производства турбин заказов на энергетические турбины у Санкт-Петербургско.го металлического завода было мало — от одной до шести турбин в год. Турбины в основном изготовлялись небольшие, мощностью 50—300 кВт. Однако, несмотря на трудности экономического характера, руко­ водство Санкт-Петербургского металлического завода проявило достаточную дальновидность, продолжая развивать производст­ во энергетических паровых турбин. После освоения производства турбин конструкции фирмы Рато, с целью скорейшего накопле-

3

ния опыта, завод наладил выпуск турбин немецкой фирмы —• «Всеобщая компания электричества» (АЭГ).

Однако завод не встал на путь слепого копирования ино­ странных образцов. Уже на первой турбине, построенной по чер­ тежам фирмы Рато и установленной на электростанции завода, были проведены многочисленные опыты и исследования, такие, как, например, испытания рабочих колес па прочность, определе­ ние коэффициента трения пара на лопатках, изучение особеннос­ тей заделки рабочих лопаток в ободе и др.

С 1910 г. завод начал выпускать турбины собственной кон­ струкции.

Опыт изготовления и эксплуатации первых турбин и прове­ денные исследования позволили заводу внести в конструкцию своих турбин много нового и оригинального. Так, например, применявшиеся в зарубежных турбинах слабые штампованные диски были заменены коваными; вместо крепления лопаток заклепками были применены Т-образные хвостовые канавки; кон­ струкция цилиндра была облегчена; передний подшипник отде­ лен от цилиндра, что намного увеличило надежность работы машины.

Среди стационарных энергетических паровых турбин, выпу­ щенных заводом в дореволюционный период, семь турбин были теплофикационными с промежуточным отбором пара, использо­ вавшегося для местной теплофикации отдельных промышленных предприятий. Одна из теплофикационных турбин мощностью 1250 кВт (наиболее мощная из всех ранее выпущенных), изго­ товленная в 1914 г., была установлена на электростанции завода и, так же как и первая турбина, послужила объектом изучения с целью дальнейшего совершенствования теории и практики турбиностроения.

Всего с 1907 г. по 1917 г. Санкт-Петербургский металлический завод изготовил 26 стационарных паровых турбин суммарной мощностью 8976 кВт. Медленные темпы развития стационарного энергетического турбиностроения в дореволюционной России определялись в основном большой зависимостью экономики страны от иностранного капитала.

В лучших условиях находилось развитие судового турбино­ строения, что определялось, в известной мере, большим значени­ ем морского флота для военных нужд. Техника производства судовых турбин в России была более высокой. Например, турбин­ ная мастерская Балтийского завода, выпускавшая турбины для военно-морского флота, являлась одной из лучших в Европе. G 1910 г. до 1917 г. на заводах Петрограда было изготовлено 88 судовых турбин общей мощностью 1440 тыс. л. с. Единичная мощность судовых турбин достигала 13—16 тыс. л. с.

Подлинный расцвет отечественного энергетического турбино­ строения начался после Великой Октябрьской социалистической революции. В 1918 г. конструкторское бюро Ленинградского ме-

4

таллического завода возобновило работу по проектированию турбин. Дальнейший рост паротурбиностроения оказался нераз­ рывно связанным с осуществлением Ленинского перспективного плана развития народного хозяйства страны — исторического плана ГОЭЛРО, принятого IX съездом РКП (б) и утвержденно­ го Всероссийским съездом Советов в декабре 1920 г.

В 1922 г. был организован ленинградский машиностроитель­ ный трест, объединивший ряд предприятий по производству раз­ личных типов энергетического оборудования — котлов и турбин. Этот год можно считать датой начала советского турбиностроения, масштабы которого вскоре намного превзошли масштабы турбиностроения в царской России.

Задачи, поставленные планом ГОЭЛРО, непосредственно от­ носились к развитию Ленинградского металлического завода, бывшего в то время основным предприятием в стране, изготов­ лявшим энергетические паровые турбины. В 1924 г. им создается первая советская паровая турбина мощностью 2000 кВт, а уже в 1926 г. выпускается турбина мощностью 10 тыс. кВт. В 1926— 1927 гг. на ЛМЗ началось строительство нового паротурбинного цеха, рассчитанного на выпуск крупных паровых турбин мощно­ стью до 100 тыс. кВт.

В декабре 1927 г. XV съезд ВКЩб) принял Директивы о со­ ставлении первого пятилетнего плана развития народного хозяй­ ства, а в апреле 1929 г. съезд Советов СССР его утвердил. Ос­ новной задачей в этом плане ставилось опережающее развитие тяжелой промышленности, в том числе и энергомашиностроения. Выполняя Директивы Партии, турбиностроители Ленинградского металлического завода уже в первом году первой пятилетки (1929—1933 гг.) значительно увеличили выпуск турбин.

Период первых предвоенных пятилеток стал для отечествен­ ного турбиностроения периодом больших количественных и ка­ чественных изменений. Вслед за постройкой нового мощного паротурбинного цеха на Ленинградском металлическом заводе проводилась реконструкция ряда машиностроительных заводов под турбинное производство, строились новые турбинные заво­ ды. Характерная особенность этого периода в области развития

'техники турбиностроения: создание новых систем мощных паро­ вых турбин собственной оригинальной конструкции; техническое перевооружение производства, обеспечившее организацию серий­ ного выпуска мощных двухцилиндровых турбин; разработка более' рациональной системы технологической подготовки тур­

бинного производства.

В 1929 г. на ЛМЗ было закончено строительство нового паро­ турбинного цеха. В этом же году здесь, была начата подготовка производства для выпуска (современных в мировом турбиностроении) паровых турбин типа АК-25-1 и АК-50-1, первая мощ­ ностью 24 тыс. кВт, и вторая — 50 тыс. кВт. Это были двухци­ линдровые турбины, имевшие в целях повышения экономичности

5

большое количество ступеней. Выпуск первых семи турбин типа АК-25-1 состоялся в 1930 г., а первой турбины АК-50-1 — в 1931 г. Этим было положено начало серийного производства крупных турбин, ранее еще не имевшего примеров в практике мирового паротурбиностроения.

В1930 г. мелкое и среднее турбиностроение было решено пе­ редать на ленинградский Кировский завод (ЛКЗ), бывший «Красный Путиловец», оставив на ЛМЗ производство только наиболее крупных турбин, мощностью 25 тыс. кВт и выше.

Впоследовавшие пять лет ЛМЗ изготовил, смонтировал и

ввел в эксплуатацию нескрлько турбин АК-25-1 и АК-50-1. В про цессе их эксплуатации произошло несколько поломок рабочих лопаток. Потребовалось проведение больших экспериментальных и теоретических исследований, а также работ непосредственно на электростанциях для приведения в надежное состояние систем облопачивания этих машин. При этом применялись уточненные методы расчетов, проводилась экспериментальная настройка лопаток и осуществлялись другие мероприятия, в результате ко­ торых аварии лопаточного аппарата были полностью изжиты.

Освоив производство этих турбин, ЛМЗ перешел к изготов­ лению новых мощных паровых турбин полностью собственной оригинальной конструкции. Самостоятельная конструкторская работа завода была посвящена созданию теплофикационных турбин, отвечавших требованиям народного хозяйства страны в годы первых пятилеток. Первой крупной турбиной конструкции ЛМЗ, выпущенной в 1933 г., была теплофикационная турбина типа АТ-25-1 мощностью 25 тыс. кВт при частоте вращения ро­ тора 3000 об/мин с отбором пара до 100 т/ч. Турбины этого типа обеспечили развитие теплофикации страны в течение первых трех пятилеток. Широкое применение получила также турбина типа АП-25-1 мощностью 25 тыс. кВт с регулируемым промыш­ ленным отбором пара до 150 т/ч. Первая турбина этого типа была выпущена в 1936 г.

В1938—1939 гг. на ЛМЗ были изготовлены турбины собст­ венной конструкции мощностью 50 и 100 тыс. кВт типа АК-50-2, АП-50-1 и АК-100-1 — рекордные по мощности турбины с часто­ той вращения ротора 3000 об/мин. Выпуск этих турбин ознаме­ новал собой крупный прогресс советского турбиностроения.

В1934 г. вступил в строй второй гигант советского турбино­ строения — Харьковский турбогенераторный завод им. С. М. Ки­ рова (ХТГЗ), изготовлявший до Великой Отечестйенной войны стационарные энергетические турбины типа АК-50 и АК-Ю0 на 1500 об/мин. В 1935 г. изготовление турбин средней и малой мощ­

6

им. К. Е. Ворошилова (ТМЗ). Перед Великой Отечественной войной, в мае 1941 г. им была выпущена первая турбина типа АТ-12-1, установленная в г. Ижевске. В период Великой Отече­ ственной войны ТМЗ был единственным заводом в стране, вы­ пускавшим турбинное оборудование, в том числе в большом количестве турбинные лопатки для использования их в качестве запасных частей к работающим турбинам.

Впериод предвоенных пятилеток в турбиностроении, наряду

срешением сложных конструкторских задач решались и не ме­ нее сложные проблемы технологического характера. Особо важ­ ной из технологических задач, решенных в годы первых пятиле­ ток, было создание и совершенствование системы технологичес­ кой подготовки производства турбин. Здесь следует отметить, что до начала 30-х годов технологических подразделений в сис­

теме управления турбинным производством на ЛМЗ вовсе не существовало. Функции технологов выполнялись самими масте­ рами, нормировщиками и так называемыми эскизниками. По­ следние находились в распоряжении мастеров и составляли эскизы заготовок, эскизы обработки на станках наиболее слож­ ных деталей, выписывали наряды на выполнение работ по от­ дельным операциям. В наряде указывались лишь объем и содер­ жание работы, которую должен был выполнить рабочий, но не давалось никаких указаний о том, каким методом надо было вы­ полнить эту работу. Постоянных технологических процессов не было.

Наибольшее влияние на технологию производства турбин оказывали старшие мастера сборочных работ. Все детали изго­ товлялись на станках по их заказу, по их техническим указани­ ям. В то время еще не существовало стройной системы допусков, без которой сейчас нельзя представить никакое производство. Отсутствовали зафиксированные на чертежах технические тре­ бования к изготовлению деталей. Сопряжение даже основных частей турбины осуществлялось не по заранее установленным допускам, а по техническим указаниям старших мастеров сбо­ рочных работ, основанным на их производственном опыте. Широко применялась обработка деталей по размерам, опреде­ ленным измерениями фактических размеров ранее изготовленных деталей, или, как говорят, «по месту». Такая система организа­ ции технологической подготовки производства сохранялась на ЛМЗ до конца 20-х годов. В то время она удовлетворяла завод, так как производство турбин продолжало оставаться мелким и единичным. Заказов на новые турбины было мало. Завод в ос­ новном занимался восстановлением и ремонтом старых машин.

К концу 20-х годов (1926—1929 гг.), в связи с возрастанием количества выпускаемых новых турбин стала возникать необхо­ димость существенного изменения всей системы управления и, главное,— системы технологической подготовки турбинного про­ изводства. Методы обработки и сборки турбин без заранее раз-

7

работанной технологической документации, без допусков, по за­ мерам с места и техническим указаниям мастеров сборки стали абсолютно непригодными для серийного выпуска крупных тур­ бин, требующего строгого соблюдения технологической дисци­ плины.

Учитывая новые высокие требования к организации произ­ водства, в 1929—1930 гг. на ЛМЗ и Л КЗ стали создавать техно­ логические службы как самостоятельные органы в системе управления производством. В задачу этих служб входила разра­ ботка технологических процессов на основе новейших достижений науки и техники, с учетом накопленного опыта производства турбин. В состав технологических служб привлекались старые опытные мастера турбинного производства и молодые инженеры. Важную роль в обеспечении технологических служб инженерны­ ми кадрами сыграл втуз, организованный при ЛМЗ в 1930 г. Первый выпуск инженеров из этого втуза состоялся в 1932 г. Приход на производство высококвалифицированных инженеров: содействовал быстрому совершенствовангію технологической подготовки производства, повышению ее качества, техническому перевооружению производства на серийный выпуск турбин.

Кбольшим работам, выполненным в начале тридцатых годов

вобласти коренного совершенствования системы технологиче­ ской подготовки производства, относятся: разработка техничес­ ких требований к обработке деталей; определение рациональных допусков и посадок для основных элементов турбин; проведение классификации деталей и типизации технологических процессов;,

подготовка предложений по широкой унификации деталей, как базы для снижения циклов технологической подготовки произ­ водства и циклов изготовления самих турбин. В целом можносказать, что в этот период закладывались научные основы тех­ нологии тяжелого турбиностроения.

Создание на предприятиях технологических служб явилось высоко прогрессивным мероприятием и ознаменовало началонового периода в развитии отечественного турбиностроения. Раз­ рабатываемые этими службами технологическая документация

исредства оснащения производства явились необходимыми ис­ ходными данными для научной организации труда как всех, структурных подразделений управления производством, так и са­ мого производства. Начиная с 1933—1934 гг., обработка деталей без заранее разработанной технологии была полностью изжита..

На ЛМЗ закладывались основы конструирования, технологии

иорганизации советского паротурбиностроения. Все другие за­ воды нашей страны, подключавшиеся к производству турбин,, пользовались опытом ЛМЗ, который оказывал им большую тех-. ническую помощь.

Выдающихся успехов советское турбиностроение добилось в годы послевоенных пятилеток. Турбинные заводы приступили к производству турбин особо больших мощностей (100, 200 и;

8

300 МВт) с высокими, сверхвысокими и сверхкритическими па­ раметрами пара. В 1947 г. на НЗЛ изготовлением первой экспе­ риментальной газовой турбины мощностью 1000 кВт было поло­ жено начало отечественному газотурбиностроению. В связи с развитием газовой промышленности НЗЛ стал основным по­ ставщиком газотурбинных установок для газоперекачивающих станций газопроводов.

Выполнение задач, поставленных планами развития народно­ го хозяйства в послевоенный период, характеризовалось широ­ ким вводом в эксплуатацию мощных турбоблоков (по 200 и 300 МВт), созданием агрегатов мощностью 500 МВт на ХТГЗ и одновального и двухвального по 800 МВт на ЛМЗ.

Развитию техники турбиностроения содействовала специали­ зация турбинных заводов. Так, ЛМЗ и ХТГЗ в основном выпус­ кают конденсационные паровые и энергетические газовые турби­ ны большой единичной мощности (от 100 МВт и выше). ТМЗ выпускает теплофикационные турбины мощностью от 50 МВт и выше, а также газовые турбины для газоперекачивающих стан­ ций мощностью от 6 МВт.

Выполнение больших государственных задач по развитию народного хозяйства страны способствовало росту выпуска тур­ боблоков бол-ьшой единичной мощности. Решениями XXIV съез­

метров пара, надежности и экономичности турбин, автоматиза­ ция турбоустановок, повышение их маневренности. Наряду с соз­ данием новых конструкций турбин будет осуществляться корен­ ное совершенствование технологии производства, оснащение турбинных заводов новейшей техникой.

Широкое дальнейшее развитие получат специализация заво­ дов и кооперирование их на базе осуществляемой широкой уни­ фикации и типизации отдельных частей турбин. Крупным шагом в развитии технологии турбиностроения является создание спе­ циализированного завода турбинных лопаток.

Большой вклад в развитие теоретических и практических ос­ нов турбиностроения внесли отечественные ученые и спе­ циалисты. Чл. корр. АН СССР А. А. Радциг, автор одного из первых русских учебников по паровым турбинам, и чл. корр. АН СССР М. И. Яновский, разработавший методы расчета на прочность деталей турбин, вложили много труда в развитие тео^ рии турбиностроения в России и подготовку инженерных кадров.

Зарождение и развитие советского турбиностроения тесно связано с именем проф. д-ра техн. наук М. И. Гринберга (1896—

9