26.01.2024 Газета «Силовые машины», №1 (660)
На ЛМЗ впервые изготовили сварной ротор среднего давления (РСД). На разработку и внедрение уникальной технологии ушло два года.
Работа для команды
Идея применить сварной РСД вместо традиционного цельнокованого пришла к специалистам СКБ «Турбина» при работе над проектом модернизации «трехсотки» на Рефтинской ГРЭС. Такое решение значительно расширило бы возможности нашей компании. Особенность сварного ротора в том, что две его половины при работе подвергаются воздействиям разных температур и соответственно разным напряжениям. В цельнокованом изделии, изготовленном из одного материала, разницу воздействий решали за счет применения насадных дисков со шпоночными пазами, которые выступают концентраторами напряжения. Сварной ротор позволяет избежать данных сложностей, но тут есть свои вызовы – требуется соединить разнородные, трудно свариваемые стали. Предстоял масштабный НИОКР, включающий в себя оценку свариваемости и сопротивляемости основных материалов технологическим трещинам при сварке и термообработке, подбор сварочных материалов, разработку и отработку технологий наплавки, сварки и термообработки элементов сварного ротора на кольцевых образцах, а также исследования и испытания сварных соединений.
– Мы провели патентные исследования, искали и не нашли технологию сварки таких марок стали ни в Европе, ни в Азии, ни в других регионах. Есть технологии соединения разнородных сталей, но с таким типом легирования и таким содержанием хрома, углерода, никеля – нет, – рассказывает главный сварщик Алексей Мошкин.
Создание новой технологии стало большим командным проектом, в котором помимо отдела главного сварщика (ОГС) участвовали СКБ «Турбина», отдел главного металлурга, специалисты цеха тихоходных турбин и дирекции по качеству ЛМЗ, НПО ЦКТИ.
Каждой стали – свой нагрев
Основным этапом работ являлась отработка технологии сварки и термообработки на кольцевых образцах с целью получить сварные соединения для последующих исследований и испытаний их фактических свойств. Проведение всех сварочно-наплавочных работ выполнялось при непосредственном участии и техническом руководстве специалистов ОГС на всех этапах отработки технологии. После сварки и термообработки кольцевые образцы были разрезаны на сегменты и отправлены в ЦКТИ для исследований и испытаний фактических свойств сварных соединений. Отдельный вызов был связан с поиском сварочных материалов.
Первую технологию, основанную на импортной продукции, разработали к концу 2021 года, но уже в феврале 2022-го, с обострением ситуации в мире, потребовалось срочно искать отечественные сварочные материалы на замену и вновь отрабатывать технологию сварки и термообработки.
Исследование показало: нельзя сварить одним материалом разнородные марки стали – предварительно нужно выполнить на одной части ротора предварительную переходную наплавку, провести ее местную термообработку, механообработку под сварку и лишь затем выполнять сварку двух половин ротора (сначала на вертикальном стенде c заполнением корневой части, потом на горизонтальном, под флюсом с заполнением основной части разделки). Следующим этапом было проведение местной термообработкой сварного шва без нагрева всего изделия.
– Если раньше мы обвешивали ротор термопарами и сажали в печь, то здесь, из-за применения разнородных сталей, требовалось применение местной резистивной термообработки, для этого потребовалось сначала провести предварительное температурное моделирование термообработки, которое выполнили СКБ «Турбина» и НПО ЦКТИ. Мы смоделировали все этапы: как устанавливать нагревательные элементы, какую дать мощность, как будет проходить отвод тепла, прогреется ли все сечение до нужной температуры, нет ли рисков деформации. Все теоретические выкладки подтвердились практикой, термообработка ротора прошла успешно, -говорит Алексей Мошкин.
Подарок себе ко дню рождения
Поскольку это первый такой ротор, непосредственно процесс изготовления (после подтверждения всех технологических решений) занял около полугода. В дальнейшем же изготовление подобных роторов потребует не больше полутора месяцев. На всех этапах проведения НИОКР и изготовления ротора участвовали сотрудники ОГС – слишком велика была ответственность и цена ошибки, а в случае дефектов никто бы не знал, что с ними делать, учитывая новизну технологий. Огромный личный вклад внесли сотрудники бюро оборудования и аттестации сварки ОГС – главные специалисты Вадим Котов и Виктор Новиков, ведущие инженеры-технологи Павел Шестаков и Константин Гиршович. Результаты положительного контроля изготовленного ротора были получены 24 ноября – как говорят сварщики, сами себе сделали подарок ко дню рождения ОГС (30.11.1960 г.).
– Сейчас ротор идет по дальнейшей технологической цепочке, наша работа завершена, качество подтверждено. Но я все равно пристально слежу за его судьбой и поставлю для себя точку, только когда турбина успешно отработает до первого планово-предупредительного ремонта, – говорит Алексей Мошкин.
Предстоит новое путешествие
В ОГС разработали программу обучения дополнительного персонала работе на технологическом оборудовании, применяющемся при сварке роторов, обучили пять сварщиков сборочно-сварочных цехов ЛМЗ, которые закрепили полученные знания сваркой образцов для НИОКР, а в дальнейшем и сваркой штатного ротора для Рефтинской ГРЭС. Этот проект позволил еще и подготовиться к сварке роторов низкого давления для тихоходной турбины – эта операция запланирована на второй квартал. Да, на «тихоходнике» технология уже реализована, работа будет не с нуля и с учетом полученного опыта, но сварка роторов – не конвейерное производство, а практически искусство, которое каждый раз ставит новые задачи и требует высокого мастерства, так что возвращение к ротору К-1200, по словам Алексея Мошкина, станет новым большим и сложным путешествием в эту технологию. Что же касается Рефтинской ГРЭС, для нее предстоит сварить еще три ротора, что позволит коллегам набить руку на новой технологии, а компании обеспечит дополнительную компетенцию. Учитывая действующий парк «трехсоток», ждущих модернизации, это бесценно.