Владимир Карнозов,
Пермь - Москва
Разработанные для авиации газовые турбины находят более
широкое применение в качестве приводов станций перекачки
углеводородного топлива и выработки электроэнергии. Такова
реальность современной России, благодаря которой
поддерживаются десятки тысяч рабочих мест на
высокотехнологичных предприятиях авиационной и нефтегазовой
отраслей, а также создается опережающий научно-технический
задел на будущее.
Статистика по выпуску газовых турбин на мощностях пермского
промышленного кластера дает следующие цифры: в период с 1992
г. по середину 2019 г. заказчикам отгрузили около пятисот
авиационных двигателей семейства ПС-90А и 1018 наземных
силовых установок для топливно-энергетического комплекса на
базе газогенератора этого мотора и его предшественника –
авиадвигателя Д-30 III серии. Точка отсчета выбрана не
случайно. Именно в 1992 году Пермь прекратила сборку моторов
Д-30Ф6 для комплектации истребителей-перехватчиков МиГ-31, а
также Д-30 III серии для пассажирских самолетов Ту-134.
Весной того же года датируется сертификат типа на изделие
следующего (четвертого) поколения ПС-90А, предназначенного
для установки на авиалайнеры Ил-96 и Ту-204. Тогда же начат
серийный выпуск газоперекачивающих агрегатов (ГПА) и
газотурбинных двигателей (ГТД) для наземного применения.
«Сегодня основным видом продукции пермского кластера
«Объединенной двигателестроительной корпорации» (ОДК)
выступают наземные силовые установки; это очень успешное
направление бизнеса. Оно спасло нас в девяностые годы, когда
наблюдалось снижение спроса на авиационные двигатели», -
прокомментировал ситуацию Александр Иноземцев. Он
возглавляет АО «ОДК-Авиадвигатель» - опытно-конструкторское
бюро (далее – «Авиадвигатель».). А
управляющий директор АО «ОДК-ПМ»
(далее – «Пермский моторный завод», ПМЗ) Сергей Попов
сообщил журналистам: сегодня доля авиационной продукции в
финансовом обороте составляет примерно 30-40% против 60-70%
для наземной техники. Если считать «поштучно», то крен в
сторону последней увеличится еще больше. Реализация уже
подписанных контрактов в течение следующих нескольких лет
привет к дальнейшему расширению доли газоперекачивающего
оборудования в загрузке предприятия. Выпуск новых ГТУ по
заказам Газпрома увеличится на 20-25%, а с учетом
ремонтно-профилактических работ – на 50%.
Главным «драйвером» процесса служат мощные проекты по
транспортировке углеводородного топлива, такие как «Сила
Сибири», «Алтай», «Турецкий поток», «Северный поток» и
другие. Потребность в отечественных ГПА еще более возрастает
вследствие ужесточения американских санкций по отношению к
российской нефтегазовой отрасли. Купить на Западе
оборудование для газоперекачки становится все труднее, а
посему гиганты отрасли чаще обращаются за помощи к местным
производителям. В том числе – высокотехнологичным
предприятиям авиационной отрасли, обладающим необходимым
опытом, научно-техническими и производственными
возможностями для исполнения срочных и долгосрочных заказов
на сложную продукцию машиностроения. А также –
высококвалифицированными кадрами: численность трудового
коллектива «Авиадвигатель» составляет три, ПМЗ – десять
тысяч человек.
Тогда как твердые заказы на наземную технику множатся,
таковые по авиационной линии пока что идут в рост не столь
быстро. Причин здесь несколько. Во-первых, задержка
программы авиалайнера МС-21 из-за отказа европейских и
японских фирм продавать волокно для выпуска изделий из
композиционных материалов. Нам требуется пару лет для
постановки производства собственной продукции подобного
рода. Во-вторых, отстает от ранее заявленных графиков выпуск
военно-транспортного Ил-76МД-90А и самолетов специального
назначения на его базе. Хотя есть полная уверенность, что
затруднения и по МС-21, и по Ил-76 носят временный характер
и будут решены в течение года-двух, де-факто имеет место
отсрочка размещения твердых заказов на комплектацию новых
самолетов силовыми установками.
Основные направления
Сегодня пермские конструкторы и технологи трудятся по
четырем крупным направлениям. Первое: запуск в большую серию
сертифицированного в октябре прошлого года базового ПД-14 и
создание на его базе семейства авиационных двигателей и
промышленных турбин. Второе: проектирование и подготовка
мощностей для выпуска сверхбольшого турбовентиляторного
мотора ПД-35. Третье: расширение производства существующих и
перспективных ГТУ главным образом в интересах нефтегазового
сектора. Четвертое: обеспечение бесперебойной эксплуатации
парка самолетов МиГ-31, Ту-134, Ил-96, Ту-204 и МС-21 на
весь срок эксплуатации путем создания современной ремонтной
базы их силовых установок.
Кроме того, в рамках распределения работ среди предприятий
ОДК ПМЗ реализует программы создания двух центров
компетенции – по изготовлению монокристаллических лопаток
для широкой линейки двигателей и валов для всех газовых
турбин в корпоративной линейке. В частности, рядом с
литейным цехом, выпускающим заготовки для лопаточных машин,
будет возведен новых цех механической обработки общей
площадью 12 тыс. кв. м. Разработка соответствующей
документации займет остаток текущего и часть следующего
года, а строительство завершится летом 2022-го. А в рамках
обширной программы ПД-35 ПМЗ создает необходимую
производственную базу, в том числе на территории загородной
станции, где сегодня на открытых и закрытых стендах проходят
тестирование вновь собранные ПД-90А и ПД-14.
Опережающий рост заказов на наземную технику: плохо или
хорошо? Поскольку наш ресурс – авиационный, некоторым
читателям может быть обидно за недостаточно быстрое развитие
самолетных проектов в сравнении с бурно растущей
«нефтянкой». Обиду подогревают отдельные парламентарии и
СМИ, часто противопоставляя «сырьевую экономику»
«высокотехнологичному производству с большой добавленной
стоимостью». Справедливости ради надо отметить, что
современная «нефтянка» - весьма технологичная отрасль,
которая в XXI веке развивается именно по пути внедрения
последних достижений научно-технического прогресса, в том
числе – по линии авиации. О некоторых из них мы расскажем в
этом и последующих материалах.
Россия выбрала путь рыночной экономики в условиях
глобализации, суть которой – свободная конкуренция на
международном рынке за заказы на те товары и услуги, что
пользуются спросом у платежеспособных заказчиков. Сегодня
зарубежные страны покупают у нас нефть и газ в объемах,
исчисляемых сотнями миллиардов долларов, и
военно-техническую продукцию – на десятки миллиардов. К
сожалению, отечественные пассажирские самолеты популярностью
не пользуются. Мы лишь надеемся, что запуск в производство
полностью нового МС-21, а также модернизированных Ил-96-400
и SSJ-100 и, позднее, российско-китайского CR929, вернут
нашу страну на международный рынок гражданской авиации. И в
перспективе пары-тройки десятилетий мы вновь займем на нем
достойную нишу. Ну а пока этого не случилось, нужно
использовать альтернативные пути поддержки и развития
ключевых предприятий авиационной отрасли, таких как ПМЗ и
«Авиадвигатель». Заметим, что все перечисленные выше типы
летательных аппаратов предполагается оснастить или
переоснастить пермскими моторами.
Линейка авиационных двигателей
Конкретно для применения на МС-21-300 сертифицирован ПД-14,
а для укороченного МС-21-200 предназначен ПД-14А,
«дросселированный» по тяге с 14 до 12,54 тонн. Удлиненный
МС-21-400 с крылом большей площади получит ПД-14М с тягой
15,6 тонны. А его вариант повышенной дальности полета -
ПД-16 увеличенной двухконтурности с соответствующей
величиной в пределах 17,5-17,6 тонны.
Самым же крупным в линейке с тягой 18,7 тонн (+33,5% к
базовому ПД-14) будет ПД-18Р с понижающим редуктором между
турбиной и компрессором. Последний обещает крайне низкий
удельный расход топлива, на уровне 0,506 кг/кгс*ч (+4%). Это
ниже, чем у ближайших конкурентов по классу тяги: линейки
PW1000 фирмы Pratt&Whitney (США) и LEAP-1 компании CFM
International (США и Франция). Создать такой мотор можно в
течение пяти-шести лет с момента запуска соответствующей
программы.
Наверное, ПД-18Р подойдет новому среднему
военно-транспортному самолету (СВТС), в конкурсе на лучший
проект которого участвуют «Ильюшин» и «Туполев». Кроме того,
в будущем возможна ре-моторизация Ил-476 на ПД-16 или ПД-18Р
(оба находятся в размерности существующего ПС-90А76) и
SSJ100 на ПД-10 (ПД-7/8).
На Ил-96-400М раннего выпуска предлагались двигатели ПС-90А3
(вариант ПС-90А2, сертифицированного в 2010 году) и
улучшенный вариант ПС-90А3М. Однако самолетостроители
остановили выбор на проверенных временем ПС-90А1, коими
комплектуются грузовые Ил-96-400Т. Затем, в 2022 году выйдет
двухмоторный вариант с ПД-35. Его испытания планируется
завершить в течение следующей пары лет. Этот же мотор вполне
подойдет и для перспективного широкофюзеляжного CR929.
Согласно расчетам специалистов из Поднебесной, регулярно
посещающих Пермь для поиска взаимовыгодных решений, новой
машине потребуются моторы взлетной тягой 34,8 тонны.
Между Китаем и Западной Европой
Заметим, что китайцы разрабатывают собственный мотор
AEF3500, впервые представленный в виде макета масштаба 1:2 и
отдельных элементов компрессора на выставке Airshow China
2018. Однако у фирмы-разработчика AECC нет достаточного
опыта разработки турбореактивных двигателей для пассажирских
самолетов. Покамест и магистральный CR919 (156-174 места), и
региональный ARJ-21 (70-105) оснащаются западными LEAP-1C и
CF-34, соответственно, а иных реактивных лайнеров в Китае не
делают. Впервые показанный на пекинской выставке гражданской
авиации 2011 года в виде масштабной копии мотор CJ-1000A, по
утверждению местных специалистов, «не получился».
Возможно, по данной причине возник интерес к применению
ПД-14 на CR919. Китайские товарищи уже приезжали в Пермь с
соответствующими просьбами. Следующий визит намечен на конец
августа – начало сентября. Реалистичным подобный вариант
будет при выполнении двух условий. Первое: интенсивно
вводимые Белым домом сборы и ограничения на торговлю между
КНР и США усилятся вплоть до запрета на экспорт американских
двигателей. Второе: «Авиадвигатель» проведет «валидацию»
сертификата типа на ПД-14, а ПМЗ – сертификацию его
производства на соответствие требованиям европейского
агентства по авиационной безопасности EASA.
Как нам пояснили пермские коллеги, поиск европейского
одобрения по ПД-14 ведется по двум независимым направлениям.
«Авиадвигатель» пытается получить одобрение (признание)
российского сертификата типа в 2020 году. Причем без
проведения дополнительных тестов, коль скоро разработчик
«учел все их требования» в ходе проектирования и испытаний.
Этот процесс называется «валидацией». Генеральный
конструктор Иноземцев даже порой использует термин «теневая
сертификация». Он впервые возник применительно к Ил-96-400Т
в конце прошлого века, когда машина получила одобрение
Федеральной авиационной администрации США (U.S. FAA). Между
тем, недавно моторостроители получили по линии Минпромторга
трехлетний государственный контракт на совершенствование
ПД-14 с целью его полного соответствия новым требованиям
авиационных властей.
Со своей стороны, ПМЗ прилагает усилия для сертификации
производства ПД-14. От российских структур оно уже получено
прошлым летом. Затем заводчане обратились к EASA. Несколько
месяцев заняла работа по составлению и переводу с русского
языка на английский требуемой документации. Первый
двухнедельный аудит европейцы провели в марте. Объем
проверок оказался очень большим и проводился на более
серьезном уровне, чем тот, что применяется в практике
отечественных госрегуляторов. Был сделан ряд замечаний,
которые требуется устранить, что и делается. Следующий раунд
запланирован на октябрь. Завершающие инспекции записаны на
весну и лето следующего года. Кульминацией процесса будет
получение желаемого документа во второй половине 2020-го.
Побывали в Перми и представители Airbus. Они попросили о
встрече вскоре после новостей о сертификации ПД-14 с целью
поближе познакомиться с состоянием программы. Главное
внимание уделили состоянию дел с постановкой серийного
выпуска на ПМЗ. Гостям показали цеха и испытательную станцию
со складированными там готовыми моторами для третьего
летного МС-21 (с номерами 14, 15 и 16). Формально их
передали «Иркуту» в декабре, но оставили на ответственном
хранении, пока машина не достигнет определенного уровня
готовности. Пермяки рады бы продавать серийную продукцию на
Запад, но не верят в эту возможность по политическим
причинам. «Американцы будут стоять насмерть, не пуская нас с
нашими моторами на их рынки сбыта. А повод для санкций
придумать можно всегда. Дело тут не в Крыме; просто идет
жесткая конкурентная борьба, применяются меры
государственного протекционизма», - поясняет Александр
Иноземцев.
Линейка наземной техники
Сегодня линейка наземной техники насчитывает 17 моделей на
базе газогенераторов Д-30 III и ПС-90А. Всего выпущено 656
установок для механического привода и насосных агрегатов
(суммарная наработка – 15,3 млн часов) и 362 газовые турбины
для энергетики (13,2 млн часов). Ближайшими целями является
освоение в производстве «двухтопливных» вариантов серийных
изделий, способных работать как на керосине, так и на газе.
А также переход на мало-эмиссионные камеры сгорания,
затребованные Газпромом и другими покупателями. Следующая
перспектива – создание на базе газогенератора ПД-14 ГПА
мощностью 12-16 мВт. Соответствующий проект идет по
контракту с Газпромом.
Менее ясная ситуация – по анонсированному лет пять назад
агрегату на 32 мВт на основе газогенератора Д-30Ф6. Попытки
получить средства на его разработку от отечественных
структур пока успеха не достигли. Но интерес рынка
сохраняется, особенно на китайском направлении. Партнеры
Газпрома из Поднебесной несут обязательства по оснащению
веток трубопроводов с российским газом, проходящим по
территории страны-импортера. Если торговая война между США и
КНР отметится дальнейшей эскалацией, Пекин будет вынужден
закупать аналоги американских ГТД и ГПА в России. В
частности, 32-мегаватную установку выпускает фирма General
Electric, и сегодня она весьма популярна по всему миру,
включая и заказчиков в наших странах.
Тема 32-мегаватной установка интересна еще и тем, что в
настоящее время ПМЗ заново осваивает выпуск элементов
газогенератора для Д-30Ф6. Напомним, что сборка таких
двигателей для МиГ-31 прекратилась в 1992 году, когда был
завершен 1357-й образец. К настоящему времени ресурс горячей
части парка моторов в значительной степени исчерпан, и встал
вопрос об изготовлении ремонтных комплектов для АРЗ 218. На
протяжении последней пары лет ПМЗ перезапустил производство
компрессора высокого давления, а в настоящее время
занимается турбиной. Эти и другие элементы будут
отправляться в Гатчину и использоваться при проведении
тяжелых форм техобслуживания на силовых установках
истребителей-перехватчиков. На рубеже 2022 года завод будет
способен фактически собрать первый полностью новый
газогенератор. Реализация соответствующей программы пойдет
легче и результативнее, если поднять серийность за счет
производства ГПА и ГТД на единой базе. Подобное развитие
событий станет еще одним примером, как наземная и
авиационная тематика поддерживают друг друга.
Сегодня самая мощная наземная турбина пермской сборки
(«заказ 87») обладает мощностью 25 мВт. К настоящему времени
выпущено 75 ГТД-25. Используется газогенератор ПС-90А, а
свободная турбина делается очень тяжелой, - до двух тонн
(что сравнимо с весом всего авиадвигателя). «Главное тут не
масса, а надежность», - пояснили заводчане. И добавили, что
полностью укомплектованный комплект поставки (ГПА плюс
обвязка) весит восемь тонн. Производство растет по линии
проекта «Сила Сибири», всего там требуется свыше полусотни
товарных образцов. Первые восемь из них отгрузят в текущем
году, и вдвое больше – в следующем.
Единая база
Программа «ПС-90ГП» - наземный вариант ПС-90А для
газоперекачки – стартовала в 1999 году. Первая серийная
турбина передана на эксплуатацию в 2006-м. К настоящему
времени создана линейка мощностью от 10 до 25 мВт.
Ключевое отличие авиационного и наземного применения –
большая разница по наработке, ведь ГПА и ГТД работают
практически постоянно, с выключением лишь на короткую
профилактику. Промышленная турбина пермского изготовления –
лидер по наработке: уже «намолотила» более ста тысяч часов.
Это близко к соответствующему показателю для лидера парка
самого популярного в мире турбовентиляторного двигателя
CFM56.
Некоторые ГПА и ГТД прошли через три и более
капремонта/переборки. Столь интенсивная эксплуатация
позволяет выявить «слабые места» и внести изменения в
конструкторскую и производственную документацию. В
результате не только наземные турбины, но и их авиационные
аналоги становятся надежнее, увеличивается срок их
эксплуатации и промежуток времени между капремонтами.
Сегодня время до капитального ремонта ГТУ составляет 25 тыс.
часов, в ближайшей перспективе его увеличат до 35 тыс.
часов.
Другой пример того, как авиационное и наземное направления
поддерживают друг друга, касается темы Д-30 III. Хотя выпуск
авиамотора прекратился в 1992 году (собрано 3050 штук), его
газогенератор до сих пор делают для наземной тематики.
Исторически он послужил основой для выпуска самых первых
пермских агрегатов наземного применения. Сегодня выпускают
ГПА и ГТД мощностью от 2,5 до 7 мВт. Производство деталей
позволяет поддерживать «на крыле» парк Ту-134 как деловой
авиации, так и военной. А до недавнего времени – и
регулярных пассажирских рейсов по центральному расписанию,
которые окончательно прекратились ранее этим летом. Согласно
требованию эксплуатирующих организаций, завершение
эксплуатации Ту-134 намечено на 2033 год. До назначенной
даты ПМЗ обязан обеспечить соответствующую техническую
поддержку, включая капремонт и переборку моторов Д-30 III.
Задача решается путем создания «страхового фонда
двигателей-доноров» и использованием части номенклатуры
комплектующих к ГПА/ГТД.
Заметим, что сборка наземных турбин выполняется в Цехе №51,
где также проводятся переборки ранее поставленных ГПА/ГТД и
авиационных двигателей Д-30 III. Все работы здесь идут по
авиационным стандартам, в том числе и по наземной тематике.
Что, кстати, весьма импонирует Газпрому и другим заказчикам.
Общая мощность цеха с числом занятых порядка 230 сотрудников
- 80 новых и более ста ремонтных турбин. Рост объемов
производства по сравнению с 2018 годом – полтора раза.
«Следующий год он будет еще больше!», - пообещали заводчане.
Проводятся мероприятия по повышению общей пропускной
способности до 240 агрегатов и более. Они также позволят
собирать здесь новое поколение силовых машин мощностью до 40
мВт.
Состояние программы ПД-14
Рядом с Цехом №51 расположен другой, где собирают ПС-90А и
ПД-14. Здесь занято 362 сотрудника, включая 75 – на участке
ПД-14, среди них 25 квалифицированных сборщиков. Мощность
цеха – семь двигателей в месяц, цикл сборки - от 14 до 22
дней, в зависимости от количества дополнительных датчиков и
прочего, что актуально для моторов, идущих на испытания.
Мощность участка ПД-14 – 12 двигателей в год, которая «по
факту» составляет 24, поскольку первые экземпляры проходят
«двойной цикл сборки». Трудоемкость сборки серийного ПД-14
будет значительно меньше ПС-90. Так, количество
трубопроводов сокращено наполовину, до 250. Кроме того,
нагрузка на цех снижена путем поставки готовых модулей от
предприятий-смежников: коробки приводов по кооперации – от
ММПП «Салют», компрессора низкого давления (КНД) - от НПО
«Сатурн», компрессора высокого давления (КВД) и турбины
низкого давления (ТНД) - от Уфимского МПО. По сравнению с
ПС-90, степень локализации производства на ПМЗ сокращена с
70-80 до 40-45%. Общее количество внешних поставщиков - 120.
В середине августа завершилась комплектация и началась
финишная сборка моторов с номерами 17 и 18. Они
предназначаются для второго летного МС-21 в варианте с
ПД-14. Передача их «Иркуту» запланирована на 1 квартал 2020
года. Следующий за ними мотор №19 станет первым,
предназначенным для серийного самолета, который поступит в
коммерческую эксплуатацию. Заметим, что пока что мощность
сборочного цеха существенно превышает общезаводскую, которая
составляет четыре ПД-14 в год. Согласно действующему плану,
через пять лет она возрастет до пятидесяти.
По состоянию на середину августа в цехе находился мотор
номер 14. Он проходил дооснащение с монтажом дополнительных
блоков под новые испытания. Этот экземпляр предназначен для
навески на левое крыло; его «дублер» - с номером 15, на нем
значительно меньше дополнительных датчиков. В качестве
резервного на первый МС-21/ПД-14 идет мотор с номером 16.
Возможно, мотор №14 будет подвергнут дополнительным
испытаниям по новым требованиям ИКАО – на стойкость к
попаданию потока твердых нелетучих частиц (вулканическая
активность).
Испытания продолжаются
Специально для программы испытаний было собрано 13 моторов,
причем первая пара – на «Авиадвигателе», все последующие –
на ПМЗ. Это позволило сократить время подготовки к серийному
выпуску. Документация передавалась в цифровом виде. ПД-14
стал первым пермским двигателем, полностью выполненным «в
цифре», по безбумажной технологии, включая документооборот.
Для этого 2600 рабочих мест на «Авиадвигателе» оборудовано
компьютерами, а на ПМЗ ежедневный контакт с разработчиком по
цифровым каналам осуществляют порядка 400 технологов.
Сертификационная программа включала 150-часовой цикл
непрерывных горячих испытаний. Общая наработка на наземных
стендах – более 2600 часов. Основная часть – на моторе №12,
включая испытания на 1500 циклов «взлет-посадка»,
завершенные в прошлом месяце. Они были разбиты на два этапа,
500 и 1000 циклов. Подтверждена возможность безопасной
наработки 1500 циклов перед проведением тяжелой формы
техобслуживания. Следующие цели – две и, затем, пять тысяч
циклов. Как правило, за цикл принимается запуск и работа в
течение десяти минут, включая две – на взлетном режиме.
Летные испытания проводились на летающей лаборатории
Ил-76ЛЛ, на одном из четырех пилонов которого вместо
штатного Д-30КП установлен ПД-14. Последовательно были
задействованы два мотора, с номерами 7 и 11. К настоящему
времени под крылом самолета они наработали 270 часов,
включая 200 в воздухе. Сейчас Ил-76ЛЛ готовят к третьему
циклу испытаний.
Для получения разрешения на начало летных испытаний МС-21
достаточно подтвержденного ресурса 500 циклов. К моменту
поставки товарного самолета авиакомпании, что ожидается во
второй половине 2022 года, цифры должны быть увеличены до
7500. Пока что «Иркут» заказал на ПМЗ только пять моторов –
по два на каждый из двух прототипов и один резервный.
Сертификация МС-21/ПД-14 планируется к середине 2022 года.
Согласно расчетам пермяков, они выигрывают у PW1500 по
стоимости летного часа 3-5%. Расходы топлива – чуть выше, но
у ПД-14 меньшее число лопаточных ступеней, а, значит, его
легче и быстрее обслуживать на земле.
Идет системная работа по созданию инфраструктуры, включая
центры поддержки заказчиков и ремонтные станции. Со
следующего лета по линии Минпромторга на нее выделяется
бюджетное финансирование до 2030 года общим объемом 36 млрд
рублей с коррекцией по реальному числу самолетов у
эксплуатирующих организаций. Кроме прочего, оно пойдет на
создание пула подменных двигателей, складов запасных частей.
Один из центров поддержки разместится в московском авиаузле.
Словом, у новейшего российского авиалайнера будет не просто
конкурентоспособная отечественная силовая установка, но и
мощная наземная база обеспечения его бесперебойной
эксплуатации.
