Молодой инженер-конструктор разрабатывает методы оптимизации и модернизации, востребованные предприятиями энергетического сектора в России и за рубежом.
Производство электроэнергии в России по итогам 2022 года составило 1,167 трлн кВт·ч, превысив показатель прошлого года на 0,6%, сообщает Росстат. Основной поставщик с долей 69% – тепловые электростанции, которые в 2022-м увеличили выработку на 3,1%. Однако этот сектор энергетики отмечен высоким износом оборудования, и ключевую роль в его стабильной работе сегодня играют энергомашиностроители, занимающиеся модернизацией отрасли. Надежность и эффективность существующего теплообменного оборудования представляют собой серьезную проблему, для решения которой требуются инженерный талант и применение инновационных методов с использованием IT, считает специалист в области теплоэнергетики Артём Зверев. Инженер-конструктор Уральского турбинного завода, научный сотрудник Уральского энергетического института, преподаватель Уральского федерального университета, Артём Зверев рассказал нам о главных задачах российской теплоэнергетики и современных методах, используемых при оптимизации и модернизации предприятий. Научные разработки и авторские методики молодого специалиста позволяют проектировать современные паротурбинные установки, работающие не только на электростанциях в нашей стране и за рубежом, но и на новейших российских ледоколах.
Метод повышения надежности и эффективности теплообменного оборудования
Износ оборудования, по мнению экспертов, –
одна из наиболее острых проблем российского энергетического комплекса. Ситуацию
усугубляет запрет на ввоз в страну зарубежной аппаратуры и комплектующих, так
что модернизация фонда сегодня осуществляется исключительно силами российских
специалистов в области энергетики.
Уральский турбинный завод (УТЗ) относится к числу крупнейших
энергомашиностроительных предприятий России: здесь производят турбины для парогазовых энергоблоков, кораблей с
атомной энергоустановкой, мусоросжигательных заводов, малых АЭС. Важнейшее
подразделение завода – Специальное конструкторское бюро турбин, инженеры которого разрабатывают новое теплоэнергетическое
оборудование для российских и зарубежных предприятий и занимаются модернизацией
уже существующего. Среди актуальных проблем, которые решают сотрудники бюро,
в том числе инженер-конструктор Артём Зверев, – потеря эффективности
теплообменных аппаратов, использующихся в российской энергетике. Молодому
специалисту удалось решить эту проблему, найдя оптимальную форму и материал для
изготовления деталей установки.
«Одна из причин, приводящих к износу и
снижению теплопередачи таких аппаратов, – эрозия теплообменных трубок и
нарушение их герметичности из-за высоких скоростей пара, – объясняет
инженер-конструктор УТЗ Артём Зверев. –
Исследуя проблему, я проанализировал влияние на теплопередачу конструкций самых
распространенных теплообменных аппаратов, а также различных материалов».
Результатом исследования, проведенного Артёмом с применением 3D-моделирования,
стала разработка методики профилирования труб в
трубных пучках. Инженер-конструктор спроектировал трубную систему, в
которой вместо стандартных латунных трубных пучков, имеющих свойство быстро
выходить из строя, предложил использовать пучки из значительно более прочной
нержавеющей стали, а для повышения теплообмена – применить сложную форму
профиля. Сделанные им расчеты показали, что витая накатка усиленной стальной
трубы приводит к увеличению площади теплообмена и повышению эффективности
аппарата.
Авторский метод Артёма
Зверева был внедрен в практику УТЗ, результатом
чего стали успешные проекты модернизации различных теплообменных аппаратов, в
том числе сетевых подогревателей, маслоохладителей, сальниковых подогревателей,
на электростанциях по всей России. Модернизация по новой методике привела к
тому, что по сравнению со стандартным оборудованием эффективность теплообменных
аппаратов выросла на 3%, а срок их службы – на 10 лет. Инновационный подход
Артёма принес ему в 2022 году победу во Всероссийском инженерном конкурсе, где он представил
свой проект.
Использование компьютерных технологий
Развитие российской
энергетики невозможно без освоения новейших технологий. В марте этого года
правительство утвердило стратегию в области цифровой трансформации
топливно-энергетического комплекса России до 2030 года, цель которой –
достижение цифровой зрелости основных участников отрасли. Среди технологий,
внедрение которых предусмотрено стратегией, – инструменты информационного
моделирования.
Ведущие предприятия отрасли активно используют IT-технологии уже сегодня. Метод
3D-проектирования, создания моделей и расчета их на прочность без реальных
опытов, разработанный Артёмом Зверевым, применяет в своих проектах модернизации
Уральский турбинный завод. Авторский подход инженера-конструктора используется для
модернизации энергетического комплекса в России и других странах, а также при
создании паротурбинных установок для ледоколов.
«Работа современного машиностроительного комплекса невозможна без трехмерного проектирования, – говорит Артём Зверев. – Создание трехмерных объектов с использованием сложносоставных сборок позволяет ускорить проектирование деталей, работа над которым вручную занимает гораздо больше времени, и с высокой точностью просчитать модели на прочность».
Используя метод Артёма, во время проектирования деталей инженер может оперативно менять различные параметры, вносить правки, добавлять новые детали, создавать сложные сборки деталей. После проектирования модель просчитывается на прочность, также с использованием программных комплексов. Это позволяет экономить на производстве опытных образцов и снимает необходимость проводить с ними тесты вживую. Кроме того, метод дает возможность по одной модели создать на компьютере целую линейку теплообменных аппаратов, обладающих разными параметрами, что также экономит время конструктора и обеспечивает точность расчетов.
Трехмерное моделирование по методу Артёма Зверева сегодня используют на оборудовании, работающем на электростанциях в Монголии, Ирана, Беларуси и Казахстана. Выполненные им чертежи и 3D-модели применялись также при разработке и создании паротурбинных установок для серии новых российских ледоколов проекта «22220» – крупнейшего ледокола в мире «Арктика», а также «Сибири» и «Урала». Мощные и надежные судовые турбины, изготовленные на УТЗ, гарантируют кораблям высокую маневренность и возможность круглогодичной навигации в руслах сибирских рек и в арктических льдах, толщина которых достигает трех метров.
Развитие кадрового потенциала
Одной из проблем, которые тормозят развитие российской энергетики, эксперты называют недостаток квалифицированных специалистов, особенно в регионах. Для усиления кадрового потенциала необходимо качественное образование студентов профильных специальностей и активное привлечение к работе молодых профессионалов, обладающих навыками в области современных технологий. Чтобы сформировать интерес к энергетике и желание работать в этой сфере, необходимо раннее погружение студентов в профессию, считает Артём Зверев.
«Одной из основных проблем я считаю недостаток заинтересованности у студентов ввиду того, что они не понимают, о чем ведет речь преподаватель, – говорит инженер-конструктор. – А причина этого в том, что преподаватель сам зачастую теоретик и просто читает студентам литературу по той или иной теме. Заинтересованности же можно добиться, если объяснять все на реальных примерах, а по возможности и показывать работу над проектами вживую, проводя экскурсии на предприятия”.
Личный опыт Артёма Зверева подтверждает эту мысль: после лекций, которые он как преподаватель проводит для своих студентов на УТЗ, их заинтересованность в профессии возросла в разы. В Уральском федеральном университете сотрудник научно-исследовательской лаборатории теплообменных аппаратов Артём Зверев преподает студентам 3D-моделирование и расчеты физических процессов в программном комплексе Ansys. В этом году за преподавательскую деятельность Артём был отмечен благодарственным письмом Министерства просвещения.
Привлечение к преподавательской работе специалистов, которые обладают не только производственным опытом, но и серьезным научным багажом, – надежный способ обеспечить энергетическую отрасль молодыми профессионалами. Теми, от кого завтра будет зависеть создание и внедрение в практику инновационных технологий – обязательного условия успешного строительства и модернизации энергообъектов, гарантии устойчивости и независимости энергетической системы страны.
Автор Андрей Метельников.
