Раздел 1. Общие вопросы технологической подготовки производства

1. Научные основы технологии турбостроения

   1. История развития турбостроения и технологии производства турбин в России

Интенсивное развитие Российской империи в конце XIX - начале XX в. потребовало применения новых методов получения механической и электриче­ской энергии.

Основанный в 1857 г. Санкт-Петербургский металлический завод к 1904 г. приобрел право на изготовление паровой турбины конструкции фран­цузской фирмы «Рато». По ее чертежам в 1907 г. была изготовлена первая в России стационарная паровая турбина. До этого времени в стране эксплуати­ровались лишь импортные турбины, которых насчитывалось тридцать семь шт. Производство турбин сдерживалось, в частности тем, что при низкой потребно­сти в электричестве использование в энергетических установках маломощных дизельных двигателей было достаточно выгодным. Поэтому до 1910 г. Санкт- Петербургский металлический завод выпускал от одной до шести турбин в год и небольшой мощности: 50—300 кВт.

Первая турбина, выпущенная в 1907 г., была установлена на электростан­ции самого завода и явилась базой для проведения многочисленных опытов и исследований.

После освоения производства паровых турбин фирмы «Рато» завод начал выпуск турбины немецкой фирмы «Всеобщая компания электричества» (АЕГ).

Результаты натурных, т.е. проводимых в условиях эксплуатации испыта­ний позволили внести в конструкцию турбин много нового и оригинального. В частности, были проведены работы по определению коэффициента трения пара на лопатках, испытания рабочих колес на прочность, изучение особенно­сти заделки рабочих лопаток в ободе и др.

Полученные данные привели к следующим конструктивным решениям:

• применявшиеся в зарубежных конструкциях слабые штампованные диски были заменены коваными;

7

• крепление лопаток с помощью заклепок было заменено на установку лопаток с Т-образным хвостиком в соответствующую расточку на диске;

• передний подшипник был отделен от цилиндра, что облегчило изго­товление корпуса турбины и повысило надежность ее работы;

• была упрощена конструкция цилиндра.

С 1910 г. Металлический завод начал выпускать турбины собственной конструкции.

За период с 1907 по 1917 гг. завод изготовил 26 стационарных паровых турбин суммарной мощностью 8976 кВт. Семь из них были теплофикационны­ми с промежуточным отбором пара, который использовали для местной тепло­фикации отдельных промышленных предприятий.

Наиболее мощная из всех выпущенных Металлическим заводом тепло­фикационная турбина (1250 кВт), изготовленная в 1914 г., была установлена на электростанции завода. Как и первая, выпущенная в 1907 г., она работала под наблюдением заводских работников и служила объектом изучения в целях дальнейшего совершенствования теории и практики турбостроения.

Более высокими темпами осуществлялось развитие производства судо­вых паровых турбин. Толчком к этому послужила потеря флота в Русско- японской войне (1904-1905). Возрождение после Цусимского сражения (1905) Русского императорского флота потребовало создания мощных и надежных су­довых турбин. Техника производства их в России была весьма высокой. Тур­бинная мастерская Балтийского судостроительного завода в Санкт-Петербурге считалась одной из лучших в Европе. Большой вклад в разработку конструкций судовых паровых турбин и их производство внес профессор кафедры паровых машин и основ машиностроения, генерал корпуса инженеров-механиков флота, адъюнкт прикладной механики, Ьопопз сайка Георгий Николаевич Пио- Ульский. В качестве конструктора и консультанта Балтийских судостроитель­ных заводов в процессе сотрудничества с турбинными заводами Броун-Бовери Г. Н. Пио-Ульский разработал проекты паровых турбин для 32500-тонных крейсеров-дредноутов «Кинбурн» и «Измаил». После октября 1917 г. он ока­зался не у дел. С 1918 по 1919 гг. он преподавал в Донецком политехническом институте, в Новочеркасске. В 1920 г. в Екатеринодаре Г. Н. Пио-Ульский участвовал в организации политехнического института. С 1921 г. жил в эми-

8

грации. С первых дней пребывания за границей и до смерти (1938), Пио- Ульский был профессором технического факультета Белградского университе­та. Он напечатал на сербском языке учебник аэродинамики и курс паровых турбин в четырех частях. Позже этот учебник был переведен на французский язык и переиздан во Франции.

С 1910 по 1917 гг. на заводах Петербурга-Петрограда было изготовлено 88 судовых турбин общей мощностью 1440 тыс. л.с. Единичная мощность су­довых турбин достигала 13-16 тыс. л.с.

В 1918 г. конструкторское бюро Металлического завода возобновило ра­боты по проектированию турбин.

Новый этап развития производства турбин связан с реализацией плана ГОЭРЛО, который был принят в 1920 г. на VIII Всероссийском съезде Советов.

План ГОЭЛРО стал первой в истории России комплексной программой кардинальной перестройки промышленности, транспорта, сельского хозяйства, социально-бытовой и культурной сферы на базе электрификации. В соответ­ствии с планом шло развитие отечественного энергомашиностроения, что поз­волило к 1934 г. полностью отказаться от импорта энергетического оборудова­ния.

Задачи, поставленные планом ГОЭЛРО, непосредственно касались Ме­таллического завода, бывшего в то время основным предприятием страны, из­готовлявшим энергетические паровые турбины. Однако небольшая турбинная мастерская не могла служить базой для выполнения плана ГОЭЛРО. На таком фундаменте в 1920-1921 гг. страна могла ввести в эксплуатацию только 12000 кВт новых мощностей.

В 1922 г. в Петрограде был организован машиностроительный трест, ко­торый объединил ряд предприятий по производству различных типов энергети­ческого оборудования - котлов и турбин. Этот год можно считать началом со­ветского турбиностроения, масштабы которого вскоре намного превзошли масштабы турбиностроения царской России. В 1924 г. Ленинградский металли­ческий завод (ЛМЗ) начал (на старых производственных площадках) строи­тельство и изготовил первую советскую паровую турбину мощностью 2000 кВт, а уже в 1926 г. выпустил турбину мощностью 10000 кВт.

9

В декабре 1927 г. XI съезд Всесоюзной Коммунистической партии (большевиков) (ВКП(б)) принял Директиву о составлении первого пятилетнего плана развития народного хозяйства, а в апреле 1929 г. съезд Советов СССР его утвердил. Основной задачей ставилось опережающее развитие тяжелой про­мышленности, в том числе и энергомашиностроения. С этой целью в 1926-1927 гг. было начато строительство на территории ЛМЗ нового корпуса (вернее, па­ротурбинного завода), рассчитанного на серийный выпуск крупных паровых турбин мощностью 25, 50 и 100 тыс. кВт.

В 1929 г. строительство нового паротурбинного цеха было закончено. То­гда же здесь началась подготовка производства для серийного выпуска (совре­менных в мировом турбиностроении) паровых турбин типа АК-25-1 и АК-50-1, первая мощностью 24 тыс. кВт и вторая - 50 тыс. кВт. Это были двухцилин­дровые турбины, имевшие в целях повышения экономичности большое количе­ство ступеней и вспомогательного оборудования. Выпуск первых семи турбин типа АК-25-1 состоялся в 1930 г., а первой турбины АК-50-1 - в 1931 г. Так было положено начало серийного производства крупных турбин, ранее не имевшего примера в практике мирового паротурбиностроения.

В 1930 г. мелкое и среднее турбиностроение было решено передать на Ленинградский Кировский завод (ЛКЗ), бывший «Красный путиловец», оставив на ЛМЗ производство только наиболее крупных турбин мощностью 25 тыс. кВт и выше.

В последовавшие пять лет ЛМЗ изготовил, смонтировал и ввел в эксплуа­тацию ряд турбин АК-25-1 и АК-50-1. В процессе их эксплуатации произошло несколько поломок рабочих лопаток. Потребовалось провести ряд больших экспериментальных и теоретических исследований, а также ряд работ на элек­тростанциях для приведения в надежное состояние систем облопачивания этих машин. При этом применялись уточненные методы расчетов, проводилась экс­периментальная настройка лопаток и осуществлялись другие мероприятия, поз­волившие предотвратить аварии лопаточного аппарата.

Освоив производство этих турбин, ЛМЗ перешел к изготовлению новых мощных паровых турбин собственной оригинальной конструкции. Самостоя­тельная конструкторская работа завода была посвящена созданию теплофика­ционных турбин, отвечавших требованиям народного хозяйства страны в годы

10

первых пятилеток. Первой крупной турбиной конструкции ЛМЗ, выпущенной в 1933 г., была теплофикационная турбина типа АТ-25-1 мощностью 25 тыс. кВт при частоте вращения 3 ООО об/мин, с отбором пара до 100 т/ч. Турбины такого типа обеспечили развитие теплофикации страны в течение первых трех пятиле­ток. Широкое применение получила также турбина типа АП-25-1 мощностью 25 тыс. кВт с регулируемым промышленным отбором пара до 150 т/ч. Первая турбина этого типа была выпущена в 1936 г.

В 1938-1939 гг. на ЛМЗ были изготовлены турбины собственной кон­струкции типа АК-50-2, АП-50-1 и АК-50-1, рекордные по мощности - 50 и 100 тыс. кВт, с частотой вращения ротора 3 000 об/мин. Выпуск этих турбин ознаменовал собой прогресс советского турбиностроения.

В 1934 г. вступил в строй второй гигант советского турбиностроения - Харьковский турбогенераторный завод им. С. М. Кирова (ХТГЗ), изготовляв­ший до Великой Отечественной войны стационарные энергетические турбины типа АК-50 и АК-100 на 1 500 об/мин. В 1935 г. изготовление турбин средней и малой мощности было организовано на Невском машиностроительном заводе им. В. И. Ленина (НЗЛ), а теплофикационных турбин малой мощности - наЛКЗ.

На Урале в 1938 г. (в Свердловске) был построен Уральский турбинный завод, ныне ЗАО «Уральский турбинный завод» (УТЗ).

Перед Великой Отечественной войной, в мае 1941 г., на УТЗ была выпу­щена первая турбина типа АТ-12, которую установили в г. Ижевске. В годы войны УТЗ был единственным заводом в стране, выпускавшим турбинное обо­рудование, а также в большом количестве турбинные лопатки в качестве запас­ных частей к работающим и восстанавливаемым турбинам. В 1949 г. УТЗ объ­единился с размещенным на его территории моторным заводом и до недавнего времени носил название «Турбомоторный завод» (ТМЗ).

В послевоенные годы турбинные заводы приступили к производству тур­бин больших мощностей (100, 200, 300, 500 МВт) с высокими и сверхвысокими параметрами пара.

В 1947 г. на НЗЛ была изготовлена первая отечественная стационарная газовая турбина мощностью 1000 кВт. В последующие годы НЗЛ стал основ­ным поставщиком газовых турбин для компрессорных станций газопроводов.

11

Развитие атомной энергетики потребовало выпуска турбин мощностью 800 и 1000 МВт.

Специализация турбинных заводов способствовала развитию техники турбостроения. Так, ЛМЗ стал специализироваться на выпуске конденсацион­ных паровых и энергетических газовых турбин, а ТМЗ - на выпуске теплофи­кационных турбин мощностью от 6 до 25 МВт.

Параллельно с развитием производства турбин шло создание технологи­ческих служб и подготовка специалистов-технологов.

Следует отметить, что до 1930-х гг. технологических подразделений в си­стеме управления турбинным производством на ЛМЗ не было. Постоянных технологических процессов не существовало. В цехе был только один инженер- технолог - консультант с группой эскизников. Технологию производства кон­тролировали старшие мастера сборочных работ. Все детали изготовлялись на станках по их заказам и техническим указаниям. Единственным технологиче­ским документом был наряд на работу. В то время еще не существовало единой системы допусков, без которой сейчас нельзя представить никакое производ­ство. Отсутствовали зафиксированные на чертежах технические требования к изготовлению деталей. Сопряжения даже основных деталей турбины осу­ществлялись не по установленным заранее допускам, а по техническим указа­ниям старших мастеров сборочных работ, основанным на их производственном опыте. Широко применялась обработка деталей по размерам, определенным измерениями фактических размеров ранее изготовленных деталей, или, как го­ворят, «по месту». Такая система технологического руководства производством существовала в старой турбинной мастерской Металлического завода и сохра­нялась до конца 1920-х гг. Рассчитанная на высококвалифицированных рабо­чих с большим производственным стажем и опытом, она в то время соответ­ствовала уровню развития производства, так как оно продолжало оставаться мелкосерийным и единичным. Заказов на новые турбины было мало. Завод за­нимался в основном восстановлением и ремонтом старых турбин.

Задание первой пятилетки в корне изменило положение на заводе, по­требовало набора большого числа новых рабочих. На завод прибывала в основ­ном молодежь, не имеющая опыта турбинного производства. А технологиче­

12

ская документация потребовалась не только рабочим, но и организаторам про­изводства: планировщикам, диспетчерам, а также и нормировщикам.

Отсутствие технологической документации порождало несогласован­ность работы отдельных звеньев нового производства. Методы обработки дета­лей и сборки турбин без заранее разработанной технологической документа­ции, без допусков по замерам по месту, годные при единичном изготовлении мелких турбин, стали негодными для серийного производства крупных турбин с большим количеством оригинальных деталей (от 3 до 5 тыс.), сковывали раз­витие производства. Положение с каждым днем становилось все более ката­строфическим¹. Основной причиной создавшегося беспорядка явилось, как ука­зано выше, то, что строительство новой материально-технической базы - нового паротурбинного цеха - не сопровождалось разработкой новой соответ­ствующей системы управления и технологической подготовки производства. Из-за отсутствия технологической подготовки производства образовался колос­сальный разрыв между уровнем материально-технического обеспечения и уровнем организации работ.

Особо острой проблемой при организации технологической службы стало отсутствие инженеров-технологов. Из-за революционных преобразований и по­литических репрессий к этому времени почти не осталось специалистов старой школы. Такое положение в начале первой пятилетки было не только на ЛМЗ.

В связи с создавшимся положением было решено поручить Высшему со­вету народного хозяйства (ВСНХ) СССР совместно со Всесоюзным централь­ным советом профессиональных союзов (ВЦСПС) и Народными комиссариа­тами просвещения (Наркомпросом) республик организовать в виде опыта одно- два предприятия-школы, в которых сочеталась бы подготовка кадров (низших, средних и высших) с постоянной работой на производстве.

Первый в стране завод-втуз был организован на ЛМЗ в 1930 г. Первыми студентами стали в основном рабочие завода, окончившие в этом же году ве­черний рабочий механический техникум при ЛМЗ. Первый выпуск инженеров состоялся в 1932 г. Инженеры специальности «Производство паровых турбин» составили костяк инженерно-технических работников паротурбинного корпуса:

¹ Семячкин П. П. В борьбе за встречный // Неизведанными путями. Л., 1967. С. 36.

13

технологов, конструкторов по оснастке, мастеров. Они же стали основной си­лой по ликвидации прорыва, образовавшегося в паротурбинном строительстве.

Приход на производство молодых инженеров-выпускников втуза ЛМЗ содействовал быстрому совершенствованию технологической подготовки, по­вышению ее качества, техническому перевооружению производства на серий­ный выпуск турбин.

В начале 1930-х гг. в области коренного совершенствования системы технологической подготовки производства была осуществлена разработка тех­нических требований к обработке деталей, рациональных допусков и посадок для основных элементов турбин, классификация деталей и типизация техноло­гических процессов², подготовка предложений по широкой унификации дета­лей как базы для снижения циклов технологической подготовки производства и циклов изготовления самих турбин. В целом можно сказать, что в этот период закладывались научные основы технологии тяжелого турбиностроения.

Создание на предприятиях технологических служб явилось высоко про­грессивным мероприятием и ознаменовало начало нового периода в развитии отечественного турбиностроения. Разрабатываемые этими службами техноло­гическая документация и средства оснащения производства явились необходи­мыми исходными данными для научной организации труда как всех структур­ных подразделений управления производством, так и самого производства. Начиная с 1933-1934 гг., обработка деталей без заранее разработанной техно­логии была полностью изжита.

На ЛМЗ в годы первых предвоенных пятилеток закладывались основы конструирования, технологии и организации отечественного турбиностроения.

Все другие заводы создавали свои технологические службы, пользуясь опытом ЛМЗ, которые оказывали им техническую помощь. Большой вклад в развитие теоретических и практических основ турбиностроения внесли отече­ственные ученые и специалисты.

Чл.-кор. АН СССР А. А. Радциг, автор одного из первых русских учебни­ков по паровым турбинам, и чл.-кор. АН СССР М. И. Яновский, разработавший

² Аронов И.С. Практика типизации технологических процессов и планирования по типовым маршрутам // Тр. Ленинградской конференции по типизации технологических процессов. Л., 1940. С. 173.

14

методы расчета на прочность деталей турбин, вложили много труда в развитие теории турбиностроения в России и подготовку инженерных кадров.

Зарождение и развитие советского турбиностроения тесно связано с име­нем проф., д-ра техн. наук М. И. Гринберга (1896-1957), более 30 лет являвше­гося главным конструктором ЛМЗ. Под его руководством спроектированы пер­вые советские мощные одновальные турбины АК-50-2, АК-100-1, АП-50-1 (50 и 100 тыс. кВт), а также другие уникальные турбины. Им создана целая школа ученых в области турбиностроения, которые выполнили большое число теоре­тических и экспериментальных работ, способствовавших быстрому развитию советского турбиностроения.

На Уральском турбомоторном заводе в Свердловске (ныне Екатеринбург) значительных успехов добились главные конструкторы отделов паровых и га­зовых турбин Д. П. Бузин и М. М. Ковалевский.

Разработанные под руководством Д. П. Бузина конструкции теплофика­ционных турбин получили высокую оценку эксплуатационников, а коллектив ведущих специалистов завода был удостоен Ленинской и Государственной премий.

Впервые в качестве самостоятельной дисциплины технология производ­ства турбин была включена в учебный план специальности «Производство па­ровых турбин» втуза ЛМЗ, созданного в 1930 г. Преподавателем этого курса был инженер турбинного цеха ЛМЗ Б. В. Шостакович, один из авторов первого труда по технологии турбиностроения, освещающего в основном опыт ЛМЗ. Опыт ЛМЗ, в частности по обработке крупных деталей и по типизации техно­логических процессов, нашел также отражение в известных трудах проф. А. П. Соколовского, тесно сотрудничавшего с технологами турбинных заводов Ленинграда и содействовавшего повышению их деловой квалификации.

Первым учебником для высших учебных заведений по курсу «Техноло­гии турбостроения» являлась книга Н. Я. Баумана, М. И. Яковлева и

Н. Н. Свечкова «Технология производства паровых и газовых турбин» (1973).

В 1962 г. в Уральском политехническом институте была открыта кафедра «Турбостроение». Ее основателем и первым заведующим стал проф. Н.Я. Бау­ман. Основной задачей кафедры являлась подготовка инженеров-технологов по производству паровых и газовых турбин.

15