Необходимость продолжения эксплуатации импортного оборудования в условиях продолжающегося санкционного давления все больше подталкивают отечественных эксплуатантов обращаться к современным инструментам импортозамещения, в том числе цифровым двойникам, быстрому прототипированию и аддитивному производству. Возможность максимально точно и быстро осуществить процесс обратного проектирования какого-либо компонента или детали особенно востребована в таких отраслях, как энергетика, где эксплуатация газотурбинных установок (ГТУ) сопряжена с целым комплексом сложных и ответственных технических задач. 

 

 

Андрей Берюхов, к.т.н., 
директор бизнес-направления «Аддитивное производство» ООО «Горизонт покрытий»

 

 

Что может предложить в данный момент сегмент услуг по реверс-­инжинирингу данному виду клиентов? Ранее мы рассказывали о комплексной методике реализации проектов по обратному проектированию компонентов оборудования ответственного назначения, позволяющей минимизировать риски аварий и сократить количество и время на поиск оптимального конструкторского решения [1]. Этот подход включает в себя следующие ключевые факторы успешной реализации проекта:

 

1) Максимальное внимание к сбору исходной информации по проекту до начала формирования плана работ (обычно это опросный лист для заказчика). Это позволяет получить наиболее полную картину о состоянии технического вопроса и спланировать эффективный набор этапов и процедур по диагностике характеристик изделия, его изготовлению и дальнейшей верификации.

 

2) Использование широкого набора CAE-инструментов (таких как математическое моделирование условий эксплуатации, МКЭ-анализ) и технологий цифрового двой­ника. Это позволяет минимизировать риски транслирования ошибочных конструкторских решений в «металл».

 

3) Применение лучших практик в методах диагностики характеристик материала изделия-­эталона (использование лабораторного оборудования для определения механических характеристик материала, твердости, химического состава и т. д.), параметров покрытий и шероховатости поверхностей. Это позволяет с наибольшей точностью определять не только геометрические характеристики изделия-эталона (с использованием широко распространенных методов оптического 3D-сканирования и координатно-­измерительной машины [КИМ]), но и комплекс других параметров, влияющих на эксплуатационные характеристики деталей и входящих в содержание конструкторской документации (КД).

 

4) Поэтапное выполнение работ (эскиз — ­КД — материальный образец — ­верификация), когда на каждом этапе анализируются ранее полученные результаты и совместно с заказчиком определяются и планируются следующие шаги по реализации проекта. В том числе отдельное внимание уделяется разработке и согласованию программы и методики испытаний (ПМИ) изделия-­аналога, чтобы максимально полно проверить все решения, внесенные в конструкцию изделия в процессе работ по обратному проектированию, а также минимизировать риск выхода из строя всего агрегата в случае неуспеха испытаний непосредственно в составе системы.

 

Предлагаю рассмотреть несколько примеров из нашей практики реализации проектов по реверс-­инжинирингу компонентов ГТУ.

 

Пример 1. Форсунка горелочного устройства ГТУ GE/Alstom GT13E2 (рис. 1, 2)

 

На входе в проект имели:
1) Образец оригинального устройства.
2) Оригинальную запасную часть, которая производится вендором литьем или по технологии 3D-печати (SLM).
3) Отсутствие технической и эксплуатационной документации.
4) Информацию о том, что на одну турбину устанавливается 48 горелок. Ресурс оригинальной горелки составляет 45000 часов.
5) Задачу:— заказчику требуется наладить снабжение сопловыми частями горелок.

 

Рис. 1

Рис. 2

 

Рис. 3

 

Далее совместно с заказчиком был сформирован поэтапный план выполнения работ по проекту (рис. 3).
В настоящий момент выполняется этап 1 неразрушающей диагностики образца изделия, в рамках которого с помощью инструментов оптического 3D-сканера и КИМ создана предварительная 3D-модель изделия (рис. 4) и разработан согласованный с заказчиком план разрушающих исследований.

 

Рис. 4

 

 

Пример 2. Аддитивное производство болтов крепления термозащиты

 

Другим примером проектов по обратному проектированию элементов энергетического оборудования стала разработка технологии аддитивного производства болтов крепления керамических плиток камеры сгорания ГТУ Ansaldo Energia АЕ64.3А. В данном случае оригинальные изделия производятся методом прецизионного литья, что продиктовано сложной геометрией внутренних каналов для продувки охлаждающей газообразной средой (рис. 5).

 

Рис. 5

 

Что мы имели на входе в проект:
1) Оригинальное изделие, которое производится вендором литьем.
2) Отсутствие технической и эксплуатационной документации.
3) Известен материал — Inconel 939.
4) Потребность — не менее 300 шт. в год.
5) Задачу: наладить заказчику снабжение комплектами болтов.

 

На первом этапе работ по проекту после изучения наружной и внутренней геометрии была создана предварительная 3D-модель детали, переработанная с учетом технологических особенностей и возможностей 3D-печати. Далее были проведены температурный (рис. 6) и скоростной CFD-расчеты (рис. 7), в ходе которых проверялись параметры эффективности охлаждения конструкции болта за счет прохождения потока газовой среды-­охладителя.

 

Рис. 6

Рис. 7

 

После верификации цифровой модели изделия была выполнена технологическая подготовка процесса 3D-печати методом SLM (рис. 8) и изготовлена тестовая партия изделий (рис. 9) для проведения дальнейших испытаний на стендовом оборудовании.

 

Рис. 8

 

Рис. 9

 

 

Таким образом, рассмотрев вышеприведенные примеры проектов, можно сказать, что комплексный подход к процессу обратного проектирования и технологии аддитивного производства могут эффективно решать задачи импортозамещения и ремонта сложного энергетического оборудования, каким являются газотурбинные установки.

 

Литература
1. А. Берюхов. Комплексный подход к реализации проектов по обратному проектированию // Ритм машиностроения. 2024. № 3. С. 26–28.

 

Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 3-2025