2. Разборка гпа и определение технического состояния узлов и деталей

2.1 Очистка и промывка деталей гту

Причины и характер загрязнений деталей и узлов

На наружной поверхности деталей ГТУ имеются разнообразные эксплуатационные загрязнения, в частности углеродистые (сажа, нагар, кокс), коррозионные, жировые и др. Сажа, нагар и кокс откладываются в камере сгорания и на деталях проточной части при неполном сгорании топли­ва вследствие некачественного его распыливания рабочими форсунками. В результате сложных химических преобразований топлива, а иногда и масла, попадающего в проточную часть, нагар и кокс образуют на деталях трудно удаляемые отложения толщиной до нескольких миллиметров

Под воздействием различных кон­структивных, технологических и эксплуатационных факторов детали ГТУ под­вергаются электрохимической или химической коррозии — атмосферной, газо­вой, щелевой, контактной и др. При неблагоприятных условиях эксплуатации (работа при высоких температурах газа, при плохом смешении топлива) на жаровых трубах ГТУ и лопатках турбинной проточной части может возни­кать окалина — продукт окисления поверхностных слоев металла деталей. Жи­ровые отложения (животные и растительные жиры, машинные масла и смаз­ки) попадают на детали и узлы ГТУ в эксплуатации, при хранении и транс­портировке.

В процессе ремонта детали и узлы подвергаются загрязнению частицами металла (после механической обработки, сварки, пайки), а также смазочно-охлаждающими жидкостями

В эксплуатации наличие отложений на деталях и узлах приводит к увеличению местной шероховатости, возрастанию аэро- и гидродинамических потерь, к закупорке систем, ухудшению теплопередачи, изменению посадки дета­лей и другим нежелательным последствиям. Кроме того, наличие отложений не позволяет качественно провести дефектацию и восстановление узлов и де­талей при ремонте, особенно если требуется нанести на поверхности специаль­ные и защитные покрытия. Не удаленные с деталей механические частицы мо­гут вызвать аварии ГТУ после ремонта

По указанным выше причинам узлы и детали ГТУ следует тщательно очи­щать и промывать в процессе ремонта — перед дефектацией, ремонтом, сбор­кой и консервацией.

Классификация способов очистки и область их применения

Выбор способов и средств очистки деталей и узлов ГТУ зависит от вида отложения и его физической природы, от массы, габаритов и материа­лов узла или детали и от сложности их конфигураций. Выбранный способ дол­жен быть возможно более простым, эффективным и вместе с тем высокопроиз­водительным, не связанным с опасностью повреждения материала детали, а также экономичным, безопасным для персонала и непожароопасным.

В табл. 2.1 приведены классификация и области применения используемых и перспективных способов очистки деталей и узлов ГТУ при подготовке к ре­монту

Таблица 2 1

Способы очистки деталей и узлов гту

Вид очистки	Способ очистки	Вид удаляемого загрязнения	Оборудование и инструменты	Основные материалы		Область применения
М Е Х А Н И Ч Е С К А Я	Ручная	Сварочные шлаки, окалина, продукты коррозии, нагар, лакокрасочные покрытия	Скребки, шаберы, напиль-ники, притупленное зубило, металлические щетки, молоток, щетки из синтетических материалов	Шлифовальная бума- га зернистостью 120 — 500 паста ГОИ, «Неда»		Детали с развитой по- верхностью, сложной конфигурации, сварные швы небольшой протя- женности (корпусные уз- лы и детали)
	Механизирован- ная	То же	Электродрель, пневмо- дрель, ручные машины для шлифования, полиро- вания и крацевания. Крацевальные, шлифо- вальные, полировальные станки	Абразивные круги для шлифования и поли- рования, циркулярные щетки, крацевальные круги То же		Детали с развитой по- верхностью большой протяженности Малогабаритные де- тали сложного профиля
	Косточковая	Продукты коррозии, нагара, сварочные шлаки	Установка (см. рис. 2.5)	Косточковая крошка		Детали газовоздушно- го тракта
	Гидроабразивная	Продукты коррозии, окалина, нагар, свароч- ные шлаки, эмалевые по- крытия	Установка для гидроабразивной очистки	Кварцевый песок, окись алюминия		Детали из сталей и сплавов, не подвергаю- щиеся последующей сварке
	Гидровибрацион-ная	Продукты коррозии, лакокрасочные покрытия, нагар	Установка для гидроабразивной очистки	Растворы моющих средств, кварцевый песок, фарфоровая крошка, ме- таллическая дробь		Детали со сложной конфигурацией
	Прокачка горя- чим маслом	Механические загряз- нения	Установка для прокачки маслом	Масло турбинное, трансформаторное и др.		Трубопроводы, корпуса агрегатов, картеры
Вид очистки	Способ очистки	Вид удаляемого загрязнения	Оборудование и инструменты		Основные материалы		Область применения
Тер мо ме ха ни че ск ая	Обжиг	Нагар, лакокрасочные покрытия	Печи сопротивления, паяльные лампы, устано- вки сжатого воздуха				Детали газового трак- та
	Обработка расплавами солей	Нагар, сварочные шлаки, лакокрасочные покрытия	Ванна с расплавом со- лей		NaOH -65% NaNO3 - 30% NaCl -5%		Детали газового тракта
Х И М И Ч Е С К А Я	Очистка в органических растворителях	Масляные, жировые, механические, смолистые загрязнения Полировочные и про- тирочные пасты	Ванны, поддоны, во- лосяные щетки, ерши Установки для струйной промывки, поддоны, шприцы, волосяные щетки Установки для прокачки растворителя Установка		Бензин Б-70, керосин. трихлорэтилен Тетрахлорэтилен, че- тыреххлористый углерод дихлорэтилен Дихлорэтан Трихлорэтилен		Мелкие, малогабарит- ные детали и трубопро- воды Средние и малогаба- ритные детали Трубопроводы Мелкие и малогаба- ритные детали
	Очистка в водных щелоч- ных растворах	Масляные, жировые загрязнения	Волосяные щетки, ерши		Венская известь		Мелкие и малогабаритные детали перед гальвани-ческим покрытием

Продолжение табл. 2.1

Вид Очис тки	Способ очистки	Вид удаляемого загрязнения	Оборудование и инструменты	Основные материалы	Область применения
Хи ми че ск ая	Очистка в водных щелочных растворах Очистка в водных кислот- ных растворах (травление)	Масляные, жировые загрязнения, нагары Продукты коррозии, сварочные шлаки, окис- ные пленки	Ванны Ванны	Состав щелочных ра- створов, жирные кисло- ты, мыло, клей, желати- на, пенообразователи ОП-7, ОП-10 Серная кислота, соля- ная кислота, азотная ки- слота, фосфорная кисло- та, специальные пасты	Мелкие и среднегаба- ритные детали Мелкие и среднегаба- ритные детали после сварки и перед гальвано- покрытиями
Эл ек тро хи ми че ск ая	Обезжиривание в электролити - ческой ванне Анодно-ще- лочная обра- ботка Электрохими- ческое травле- ние в ванне	Масляные и жировые загрязнения Продукты нагара Пленки окислов на стальных деталях	Ванна гальваническая	Составы щелочных растворов То же Серная кислота, со- ляная кислота	Мелкие и среднегаба- ритные детали Лопатки турбин То же
Спец. Виды очи- стки	Очистка пульсирующей жидкостью Очистка с помощью ультразвука	Внутренние отложе- ния на трубах, в каналах деталей Масляные загрязнения, полировальные пасты	Установка для очистки пульсирующей жидкостью (см. рис. 2.6) агрегаты УЗА-10, УЗА-6- ультразвуковые ванны УЗВ-15, УЗВ-16 (см рис. 2.7)	Травильный раствор	Внутренние каналы деталей; трубопроводы Детали со сложной конфигурацией

Механические способы очистки

Ручная очистка — наиболее простой, но и наименее производитель­ный способ. Для деталей и узлов больших размеров (например, корпусов компрессоров турбин), со сложной конфигурацией, а также при небольших площадях загрязнения она может сказаться целесообразной.

К механизированным способам очистки относят крацевание, шлифование и полирование.

Для снятия твердых отложений типа нагара, накипи можно приме­нять нагнетательный и инжекторный аппараты для очистки косточковой крош­кой (рис. 2.1). Косточковая крошка, подаваемая струей сжатого до 0,3—0,5 МПа воздуха, приобретает кинетическую энергию и направляется на обрабатываемую поверхность. Частицы крошки острыми гранями сцарапывают и сдирают отложения. Этот способ обеспечивает высокую производительность и качество очистки, причем поверхность детали не разрушается. Недостатком спо­соба является трудность очистки деталей сложной конфигурации и удаления остатков крошки.

Рис. 2.1. Аппараты для очистки деталей ГТУ косточковой крошкой:

а — нагнетательный; б — инжекторный 1 - трубопровод подвода сжатого воздуха, 2-бункер для крошки; 3-заслонка, 4-сопло

Весьма эффективно очищаются детали от нагара, продуктов коррозии и лакокрасочных покрытий в гидроабразивных установках, где поверхность де­тали подвергается динамическому воздействию струи суспензии из воды и аб­разивных материалов (кварцевого песка и др.). Недостаток способа — опасность повреждения поверхностей деталей абразивными частицами (в виде ца­рапин), поэтому применяют его для деталей из легированных сталей и жаропрочных сплавов с высокой твердостью.

Для удаления таких же загрязнений с деталей сложной конфигурации в некоторых случаях применяют гидровибрационные установки, в которых рабочей средой являются растворы моющих средств вместе с абразивной или фарфоровой крошкой, металлической дробью, иголками и т. п.

Для очистки внутренних поверхностей каналов и полостей корпусных деталей агрегатов и трубопроводов от наносов используют промывку горячим маслом. Смесь трансформаторного масла (75—80%) и авиационного масла 20 (20—25%) или чистое трансформаторное масло подогревается до 80° С и прокачивается через трубопроводы и полости при давлении

-0,7 МПа. Размягченные под действием повышенной температуры смо­листые и другие отложения становятся более пластичными, их связь с метал­лической поверхностью ослабляется и в виде отдельных частиц они уносятся с потоком масла.

Термохимические способы очистки

Термохимические способы очистки при ремонте ГТУ используют для снятия окалины и нагара с деталей из жаростойких и жаропрочных ста­лей и сплавов, а также для удаления старых лакокрасочных покрытий. Так, для снятия нагара и коррозии детали и узлы горячего тракта ГТУ нагревают в му­фельных печах или других нагревательных установках до температуры в нес­колько сотен градусов (не вызывающей, однако, изменения структуры мате­риала). В процессе нагрева происходит дожигание основного составного эле­мента нагара — углерода до окиси (СО) и двуокиси (СО₂) углерода. После нагрева деталь обдувают сухим холодным сжатым воздухом. Вследствие раз­личия в коэффициентах линейного расширения основного материала и покры­тия последнее разрушается и отделяется от поверхности детали.

Весьма перспективно удаление нагара и шлаков лакокрасочных покрытий в расплавах солей. По производительности и эффективности этот способ пре­восходит другие известные способы удаления нагара. В основу его поло­жена обработка деталей в течение 2—10 мин в жидком расплаве, содержа­щем 65% едкого натра, 30% азотнокислого и 5% хлористого натрия при 380—420° С.

Химические способы очистки

Наибольшее распространение получили химические способы очистки. Они особенно эффективны для очистки деталей от тончайших жировых и окисных пленок, что не всегда достигается при других способах. Между тем без предварительного обезжиривания нельзя проводить такие важнейшие ремонтные операции, как дефектация, нанесение защитных и специальных покрытий, пайка и др. Жиры, как омыляемые (животные и растительные), так и неомыляемые (минеральные масла), растворяются и удаляются только в процессе химической и электрохимической обработки в растворах определенных составов.

Широко распространенным способом обезжиривания является обработка деталей органическими растворителями, сущность которой сводится к обычному процессу растворения жиров. Для этой цели применяют бензин, керосин, дизельное топливо, ацетон, трихлорэтилен, этиловый спирт и другие раство­рители.

Обезжиривание легковоспламеняющимися растворителями производится ужением деталей в жидкости последовательно в двух-трех ваннах с одновременной очисткой поверхностей волосяными щетками. Обезжиривание не­горючими растворителями производят погружением в жидкости, а также путем обработки аэрозолями или парами растворителя в специальных установках (камерах) закрытого типа.

Для обезжиривания деталей широко применяют щелочные растворы, ко­торые совершенно безопасны в пожарном отношении, гораздо менее токсичны, чем наиболее эффективные органические растворители, а также имеют зна­чительно более низкую стоимость. В большинстве случаев они обеспечивают высокое качество обезжиривания.

Обезжиривание в щелочных растворах сводится к омылению животных и растительных жиров и эмульгированию жиров различного происхождения.

Минеральные масла не омыляются щелочами, но могут при известных ус­ловиях давать с ними эмульсию и благодаря этому легко отделяться от поверхности металла. Процесс эмульгирования щелочным составом масляных пленок на металлической поверхности начинается с того, что сплошная пленка разрывается и собирается в отдельные капельки вследствие перераспределе­ния сил поверхностного натяжения под действием щелочи. Однако для отры­ва жировых капелек от поверхности металла наличие в растворе одной щело­чи может оказаться недостаточным: разрыв масляной пленки, как правило, лишь облегчает обезжиривание. Необходимо присутствие в растворе поверх­ностно-активных веществ (эмульгаторов), а также движение слоев жидкости вследствие нагревания, перетекания или перемешивания раствора.

Эмульгаторы образуют на несмачиваемых водой (гидрофобных) поверхностях мелких капелек масла оболочки из адсорбированных молекул. Эти оболочки отличаются гидрофильностью, т. е. способностью смачиваться водой и удерживать в растворе во взвешенном состоянии капельки масла, препятствуя их прилипанию к очищаемой поверхности. В качестве эмульгаторов в обезжи­ривающие растворы добавляют жирные кислоты, мыло, жидкое стекло (mNa₂O ∙ nSiO₂), желатину, клей, различные белковые вещества, пенообразо­ватели ОП-7, ОП-10 и др.

При обезжиривании употребляют, как правило, растворы малой и средней концентрации (< 100 г/л КОН), что уменьшает возможность образования на железе и других металлах толстых окисных пленок и улучшает процесс раст­ворения мыла.

При повышении температуры раствора усиливается гидролиз щелочных солей и, следовательно, увеличивается щелочность раствора, ускоряются реак­ции омыления жиров, а за счет более интенсивной циркуляции раствора — и процесс эмульгирования масел. В связи с этим рекомендуется поддерживать температуру щелочных растворов в пределах от 70° С до кипения. После обезжиривания детали промывают сначала в горячей, а затем в холодной проточ­ной воде до полного удаления остатков щелочей, а затем просушивают обдув­кой воздухом или протиркой хлопчатобумажными салфетками.

К общим недостаткам щелочных растворов, применяемых для мойки дета­лей, следует отнести их корродирующее действие на отдельные металлы (алю­миний, цинк, бронзу, медь), а также большую трудность очистки шерохова­тых поверхностей деталей по сравнению с очисткой этих поверхностей орга­ническими растворителями.

Электрохимическая очистка и обезжиривание

При подготовке деталей к гальванопокрытиям в процессе ремонта часто применяют электрохимическое обезжиривание, для которого могут быть использованы те же растворы, что и для химического обезжиривания, только менее концентрированные.

При пропускании через водный раствор постоянного тока происходит элек­тролиз воды с выделением кислорода на аноде и водорода на катоде. Если деталь служит катодом, на ней выделяется в два раза больше газа, чем в слу­чае, когда она является анодом, поэтому и скорость обезжиривания в первом случае выше. Однако в практике часто наряду с катодным применяют анод­ное обезжиривание или комбинированную обработку: сначала на катоде, за­тем на аноде. Эффективность электрохимического обезжиривания в некоторых случаях во много раз превышает эффектиэность обычных способов очистки

Повышение температуры раствора при электрохимическом обезжиривании оказывает примерно такое же действие, как при химической обработке, хотя и в несколько меньшей степени. Большую роль при этом виде обезжиривания играет плотность тока: она должна быть такой, чтобы количество выделяю­ющихся пузырьков газа было достаточным и для механического отщепления ка­пель масла, и для перемешивания раствора. Установлено, что чем выше плот­ность тока, тем быстрее идет процесс эмульгирования жиров. Обычно плот­ность тока при обезжиривании колеблется в пределах 3—10 А/дм² при напря­жении 3—12 В.

Анодно-щелочная обработка используется для очистки деталей от нагара, в частности, для удаления нагара с лопаток турбин. В этом случае, как и при химическом способе очистки, нагар только разрыхляется, окончательно его удаляют механическим путем — промыванием струей воды, очисткой поверх­ности с помощью щеток и т. д.

Химическое и электрохимическое травление

Для очистки деталей от продуктов коррозии, сварочных шлаков, окисных пленок перед гальванопокрытиями и в других случаях широко ис­пользуются водные растворы кислот. Обработка деталей водными растворами кислот и кислых солей (реже водными растворами щелочей) называется трав­лением. Травление, как и обезжиривание и удаление нагара, производится хи­мическим и электрохимическим способами. Выбор способа зависит от приро­ды металла, характера и толщины слоя покрывающих его окислов, вида об­работки поверхности, а также от свойств применяемых кислот.

Для удаления окислов (ржавчины, окалины) с поверхности черных металлов применяют главным образом серную и соляную кислоты. Окиси железа плохо растворяются в кислотах, но в значительной мере помогает водород, выделяющийся при растворении железа. Водород восстанавливает окись железа до закиси или до чистого железа и оказывает механическое действие, от­дирая нерастворенные, но уже достаточно разрыхленные слои окалины. Ме­ханическое действие выделяющихся пузырьков водорода на окалину объясня­ется тем, что они образуются на поверхности металла, и силы давления газа при росте пузырьков распирают, разламывают уже ослабленный разрыхлением слой окалины. Этому же способствует турбулизация раствора в месте выделе­ния газовых пузырьков.

Для травления деталей используют также фосфорную, азотную и другие

кислоты.

Травление покрытой окислами поверхности стали в обычных растворах кислот сопровождается растворением металлического железа и выделением водорода, что приводит к потере металла и наводораживанию. Для уменьше­ния влияния побочных процессов на материал деталей в травильные растворы добавляют так называемые замедлители травления, или ингибиторы, в качестве которых используются органические и неорганические вещества искусствен­ного или естественного происхождения: жиры, смолы, желатина, замедлители марок «Уникол», ПБ-3, ПБ-4, ПБ-5, КС, ЧМ и др.. Механизм действия этих ингибиторов состоит в том, что они адсорбируются на поверхности детали и затрудняют взаимодействие кислоты с металлом.

Стали, содержащие хром, устойчивы против действия серной кислоты и хорошо растворяются, как и их окислы, лишь в смеси соляной кислоты с дру­гими кислотами. По этой же причине смеси кислот применяют для травления других легированных сталей и сплавов.

Травление сталей сопровождается выделением на их поверхности шлама - порошкообразного налета карбидов железа, которые не растворяются в соляной и серной кислотах. Этот шлам удаляется химическим путем, с использованием специальных растворов, один из которых имеет следующий состав, г/л: хромовый ангидрид 70—90, серная кислота 20—40, хлористый натрий 1,0.

Шлам удаляют обработкой в растворе, имеющем температуру 18—25° С в течение 10—15 мин.

Электрохимическое травление, подобно электрохимическому обезжирива­нию, может производиться как на аноде, так и на катоде. Результат при электрохимическом травлении обычно достигается значительно быстрее, чем при химической обработке. Эффективность очистки зависит главным образом от рода и состояния окислов па поверхности очищаемого металла. Наилучшие результаты получаются при удалении пленок окислов, обладающих высокой пористостью, так как механическая работа выделяющихся пузырьков газа при отрыве пленки значительно облегчается.

Электрохимический метод травления особенно эффективен в тех случаях, когда применение химического метода невозможно или затруднено. Например, для химического травления нержавеющей стали необходимы сильнодействующие растворы азотной и соляной кислот, пары которых вредны для работаю­щих. При электрохимическом же травлении нержавеющей стали можно поль­зоваться слабыми растворами кислот и солей.

В практике, преимущественно при очистке деталей, на которые в дальней­шем должны наноситься какие-либо покрытия, самым распространенным ви­дом электрохимической очистки является анодное травление, обеспечивающее необходимую шероховатость поверхности. Однако этот вид обработки требу­ет соблюдения всех условий технологии, в частности строго определенной продолжительности травления, так как при слишком длительной обработке поверх­ность может оказаться настолько сильно разъеденной, что деталь станет не­годной.

Специальные способы очистки

За последнее время разработаны и внедряются способы, позволяю­щие интенсифицировать процесс очистки деталей от нагара, окислов и других прочных отложений: очистка пульсирующей жидкостью и очистка с помощью ультразвука.

Очистка пульсирующей жидкостью основана на том, что при увеличении скорости перемещения жидкости через внутренние каналы деталей и трубопроводов процесс механического отделения загрязнений значительно уско­ряется. Обычные установки для промывки под давлением обеспечивают ско­рость прокачиваемой жидкости не более 10—15 м/с. Увеличение скорости до 50—60 м/с повышает эффективность очистки, но при этом неизбежно возра­стают мощность и габариты двигателя, приводящего в действие насос, что делает нецелесообразным применение таких установок.

Установка с пульсирующей подачей жидкости (рис. 2.2) позволяет получить необходимые скорости жидкости при малых мощностях двигателей на­сосных установок.

Рис. 2.2 Схема установки для пуль­сирующей жидкости

1—насос; 2—бак; 3—поддон: 4—обрабатывае­мая деталь; 5—калиброванное отверстие; 6—игольчатый клапан: 7—пружина клапана; 8—воздушная подушка; 9—гидропневмоаккумулятор

Принцип действия установки заключается в следующем: Насос 1 постоянно подает рабочую жидкость (подогретое масло, керосин) специальную емкость — гидропневмо-аккумулятор, где она накапливается. На выходе из аккумулятора установлен игольчатый клапан 6 с поджимающей пружиной 7. Поступающая в аккумулятор жидкость сжимает воздушную подушку 8 и при достижении определенного давления открывает клапан. Пор­ция жидкости вытекает через калиброванное отверстие 5 к промываемой детали 4, давление перед клапаном падает и он закрывается. Пройдя промывае­мую деталь, жидкость стекает в поддон 3 и бак 2, откуда вновь подаете насосом в аккумулятор. Такой способ применяют для очистки корпусов ре­дукторов и агрегатов.

Ультразвуковая очистка состоит в обработке деталей в соответствующем растворе (обезжиривающем, травящем и т. д.) с одновременным воздействи­ем на них ультразвукового поля. Для ультразвуковой очистки применяют специальные агрегаты типа УЗА, ультразвуковые ванны типа УЗВ и др. (рис. 2.3)

Рис. 2.3. Схема установки для ультразвуковой очистки дета­лей (ванна типа УЗВ-15)

1—кожух ванны с крышкой: 2—кор­пус ванны; 3—змеевик нагрева; 4— преобразователь; 5—коллектор слива с гидрокнопкой; 6—коллектор подво­да воды для охлаждения; 7—слив раствора из ванньц 8—емкость для раствора

Очищаемые детали помещают в ванну, заполненную жидкостью, и с помощью ультразвуковых генераторов возбуждают в жидкости колебания высокой ча­стоты (16—400 кГц), что приводит к возникновению на поверхности деталей кавтационных явлений. В период разрежения происходят местные разрывы жидкости с образованием полостей (пузырьков), заполненных в той или иной мере парами жидкости и растворенными в ней газами. В период сжатия про­исходит захлопывание пузырьков, сопровождающееся гидравлическими уда­рами значительной силы, которые и приводят к разрыхлению и разрушению поверхностного слоя.