17.04.2013 Журнал Концерна Силовые машины «Мегаватт», №1 2013
Для реализации инновационных проектов в сфере атомной энергетики «Силовые машины» создали современную производственную площадку в промышленной зоне «Металлострой» в Колпинском районе Санкт-Петербурга. Инвестиции в проект составили 7 млрд рублей. С советских времён это первый в России новый машиностроительный завод по выпуску турбин и первая площадка, где будут создаватся турбины, в сердце которых — роторы, изготовленные по уникальной сварной технологии.
Сварные роторы состоят из поковок (дисков), что позволяет снять ряд проблем, связанных с изготовлением крупных цельнокованых роторов, а также повысить качество поковок металла дисков. Кроме того, сварные роторы легче, чем цельнокованые тех же размеров, что даёт возможность оптимизировать конструкцию ротора и снизить затраты на металл, идущий на его производство. Они обладают большей тепловой стабильностью по сравнению с массивными цельноковаными, а значит, опасность прогибов сварных роторов при эксплуатации турбин минимизируется. Новый метод сварки роторов обеспечивает не только безопасность турбины, но и вдвое снижает время на её изготовление, отсюда — экономия средств. Производство становится дешевле и выгоднее как для заказчика, так и для производителя оборудования.
Сегодня в мире традиционно используются разные технологии изготовления роторов паровых турбин: сборная конструкция, когда на основной вал ротора нанизываются диски; цельнокованая, при которой роторы вытачиваются из цельной поковки; сварная. Для того чтобы сделать заготовку ротора тихоходной паровой турбины для атомной электростанции из цельной поковки, необходимо взять слиток весом больше 600 тонн и срезать всё лишнее, чтобы осталась 200-тонная поковка. Для этого требуется специальное литейное и кузнечное оборудование. В России подобного оборудования нет, а за границей на заводы, способные изготовлять такие заготовки, очередь расписана на годы вперёд, и в ней стоят предприятия, представляющие самые разные отрасли промышленности. К тому же доставка таких заготовок на завод-производитель турбинного оборудования является непростой логистической операцией.
«Силовые машины» поставили перед собой амбициозную задачу создания и внедрения в России технологии сварки роторов своими силами, чтобы встать в один ряд с крупными мировыми производителями турбинного оборудования, обладающими подобной технологией. Была разработана комплексная научно-исследовательская программа, включающая в себя большую научно-изыскательскую, технологическую проработку и создание натурных образцов для проверки принятых решений в реальном масштабе создаваемых конструкций. Для реализации новой технологии было приобретено и установлено в новом заводском комплексе в Металлострое современное высокотехнологичное оборудование, соответствующее последним мировым достижениям в области сварки, термической обработки, контроля и испытания роторов мощных паровых турбин. В частности, можно назвать уникальный разгонно-балансировочный стенд для вакуумной балансировки и динамических испытаний облопаченных роторов. «Силовые машины» стали одной из немногих компаний в мире, обладающих подобным оборудованием.
Благодаря реализованным мероприятиям появилась возможность изготовлять сварные роторы массой до 350 тонн и длиной до 17 метров. Для обеспечения высокого качества производственных процессов и выпускаемой продукции в ходе изготовления «Силовые машины» используют один из самых современных комплексов неразрушающего контроля, включающий в себя ультразвуковое оборудование, созданное на основе принципа фазированных решёток, и рентгено-телевизионный комплекс, позволяющий просвечивать конструкции большой толщины.
«Одним из ключевых мероприятий в 2012 году стала работа над макетом сварного ротора тихоходной турбины для АЭС большой мощности, — говорит заместитель технического директора по подготовке производства начальник технического управления Ленинградского Металлического завода (ЛМЗ) Михаил Тюхтяев. — В начале прошлого года детали макета прибыли в комплекс в Металлострое, где в условиях, полностью соответствующих условиям изготовления штатных роторов, был выполнен полный комплекс технологических операций: механическая обработка, сварка, термообработка и контроль, чтобы ещё раз убедиться в правильности принятых решений и учесть влияние масштабного фактора».
С учётом значительных габаритов 90-тонного макета только процесс нагрева занял трое суток. Затем была зажжена дуга на вертикальном стенде автоматической сварки. «Сварка первого прохода замковой части сварного соединения — самый настоящий «адреналин», ведь стоимость изделия очень высока, а от ошибок, к сожалению, никто не застрахован. Особенность технологии сварки состоит в том, что стабильность и повторяемость процесса должна с первого раза обеспечивать необходимое качество сварного соединения, исключающее наличие недопустимых дефектов»,— комментирует главный сварщик ЛМЗ Вячеслав Никитин.
После выполнения сварки корневой части был произведён контроль качества: визуально с помощью видеоэндоскопа, рентгено-телевизионной аппаратуры, ультразвука. «Через некоторое время на стенде были закончены работы по сварке второго и третьего швов макета, а к середине мая 2012 года выполнен контроль замковой части швов, — продолжает Вячеслав Никитин. — Затем макет ротора был скантован в горизонтальное положение и установлен на горизонтальный стенд автоматической сварки под слоем флюса, после чего начался нагрев макета и отработка технологии автоматической сварки».По завершении сварочных работ макет ротора прошёл механообработку, после чего был выполнен окончательный 100-процентный контроль сварных соединений.
Результаты по-настоящему порадовали всех участников работ. «По итогам проведения полного комплекса работ, связанных с контролем качества сварных соединений и предусмотренных стандартами Росатома, было получено заключение о полном соответствии качества сварных соединений требованиям конструкторско-технологической документации», — с гордостью сообщает Михаил Тюхтяев.
Успешное завершение испытаний стало важной вехой для «Силовых машин», поскольку возможность изготовления сварных роторов для мощных тихоходных турбин атомных электростанций — дополнительная и очень солидная составляющая конкурентоспособности компании. Сейчас усилия специалистов направлены на опробование разнообразных вариантов, обеспечивающих получение стабильно высоких результатов в процессе изготовления сварного ротора. Руководство компании поставило задачу: необходимо максимально использовать все временные, интеллектуальные и технические ресурсы для отработки и успешного внедрения созданной технологии.
В 2013 году главным объектом для технических специалистов «Силовых машин» станет ротор турбины на суперсверхкритические параметры пара, изготовленный из разных материалов (композитный ротор). Уже подготовлены варианты технологий, которые будут опробованы в ближайшее время. Для проекта установлены сжатые сроки: разработка и исследования технологий сварки должны быть завершены уже в этом году.
«Мы не только разработали и применили уникальную технологию изготовления сварных роторов, но ещё и обрели важный профессиональный опыт, провели большую работу по повышению квалификации сотрудников, создали команду единомышленников. Ничуть не преувеличу, если скажу, что сварка роторов — это высший уровень сварочного мастерства, поэтому своим сотрудникам и специалистам нашего комплекса в Металлострое могу поставить только отличную оценку, — резюмирует Вячеслав Никитин. — Впервые в России была разработана и реализована собственная технология изготовления сварных роторов, и это не только дополнительное преимущество для нашей компании, но ещё и очень значимый прецедент для отечественного машиностроения».