6 Анализ методов и средств очистки элементов проточной части гтд

6.1 Классификация загрязнений

В процессе длительной эксплуатации ГТД в условиях КС происходит значительное загрязнение поверхностей проточной части двигателя.

Интенсивные маслопылевые отложения обуславливают снижение КПД компрессора, падение эффективной мощности, повышение расхода топливного газа. Воздух, участвующий в работе двигателя представляет собой полидисперсную систему частиц аэрозоля, состоящую как из твердых (пыль, песок, продукты неполного сгорания, сера), так и жидких частиц (масло, кислоты). Классификация загрязнений представлена на рисунке 6.1.

Классификация загрязнений

По воздействию на двигатель

1.Эрозионно-опасные

2.Коррозионно-опасные

3.Налето-опасные

4.Термоопасные

По источнику

(гнус,дым,пыльца растений, пепел, запыленная атмо-сфера)

По происхождению

1. Внутренние

(примеси в продуктах сгорания, масляные поры)

2. Внешние

-естественные (пыль, ,водяной пар, соли морской воды, дождь)

-промышленные (пепел,сажа,окислы)

По агрегатному состоянию

1.Твердые частицы (песок,пыль,сера)

2.Жидкие частицы (вода,масло,кислоты)

По химической природе

(вода,кислоты,серы,соли,биологические загрязнения)

Рисунок 6.1 – Классификация загрязнений ГВТ двигателя

По воздействию на двигатель все вредные включения, содержащиеся в воздухе можно разделить на 4 группы.

1. Эрозионно-опасные. К ним относятся твердые частички с d_э≥15 мкм;

2. Налетоопасные. Загрязнение ГВТ вызывается мелкими частицами, мелко – дисперсной пылью (эквивалентный диаметр частичек d_э≤5 мкм);

3. Коррозионно-опасные;

4. Термоопасные.

По происхождению загрязнения можно классифицировать на внутренние и внешние. К внешним относятся естественные (пыль, водяной пар, соли морской воды, дождь и другие временные атмосферные включения) и промышленные. К внутренним относятся примеси, образованные в основных и вспомогательных элементах двигателя, такие как масляные пары, попадающие в воздух из уплотнений компрессора, примеси в продуктах сгорания, загрязнения, вызванные неполнотой сгорания топлива в камере сгорания.

По источнику загрязнения делятся на гнус, дым, запыленная атмо­сфера, пыльца растений, вулканический пепел, системы двигателя. Так, на­пример, вследствие износа лабиринтовых уплотнений, происходит попадание масла в проточную часть компрессора, в лопаточных каналах формируется суспен­зия, состоящая из масла, пыли, воды. Вязкость суспензии превышает вяз­кость чистого масла в 150…200 раз, что вызывает образование плотных от­ложений на деталях проточной части.

По химической природе включения в воздух делятся на воду, песок, дым, кислоты, соли, серу, биологические загрязнения, пепел.

6.2 Влияние загрязнения на работу гтд

В общем случае при длительной работе ГТД под действием загрязняющих факторов происходят изменения параметров работы двигателя. Влияние загрязнения на работу двигателя представлено на рисунке 6.2.

Эти изменения представляют собой комбинацию влия­ния таких физических факторов как эрозия и коррозия лопаточных венцов турбомашин, износ уплотнений тракта, загрязнение тракта.

Эрозия профильной части лопаток компрессора приводит к изменению аэродинамических характеристик лопаток; к увеличению радиального зазора над лопатками, что приводит к снижению КПД компрессора, а, следовательно, мощности и кпд двигателя; к изменению прочностных характеристик лопаток (появляются местные ослабления у корня лопаток, изменяются виброхарактеристики лопаток).

Влияние загрязнений на работу двигателя

Компрессор

1.Эрозия лопаток (приводит к изменению аэродинамических характеристик лопаток, к увеличению радиального зазора между лопатками)

2.Коррозия лопаток

3.Налет на лопатках (уменьшение проходного сечения и расхода воздуха)

Турбина

1.Эрозия лопаток

2.Коррозия лопаток

3.Засорение каналов охлаждения (приводит к прогару лопаток)

Камера сгорания

1.Засорение каналов форсунок (появление неравномерности поля температур)

2.Местные повышения температуры (приводит к короблению деталей КС)

3.Отложения на лопаточном диффузоре (приводит к уменьшению расхода воздуха)

Газовоздушный тракт

Износ уплотнений

Рисунок 6.2 – Влияние загрязнения на работу двигателя.

Наиболее вероятные места образования отложений на лопатках представлены на рисунке 6.3

Рисунок 6.3 – Характер отложения на лопатках: а) рабочая лопатка б) направляющий аппарат

Опыт эксплуатации ГТД показал, что загрязнение проточной части компрессоров преимущественно развивается в первых трех ступенях, где наибольшие отложения наблюдаются на спинке лопаток. Это может привести к уменьшению расхода воздуха на 5…6 %, степени повышения давления , КПД осевого компрессора на 2…3 %, что вызовет снижение КПД двигателя на 2…4 %. Также налет забивает тракт системы охлаждения.

Загрязнение также оказывает влияние на работу камеры сгорания. Налет, откладываясь на форсунках забивает каналы подачи топлива. Отложения загрязнений на деталях камеры сгорания, вызывают местные повышения температуры, что приводит к прогарам. Все это приводит к появлению неравномерности поля температур в камере сгорания. Это ведет к повышенным термическим нагрузкам, короблению деталей. Отложение налета происходит также на лопаточном диффузоре, что приводит к уменьшению проходного сечения. Вследствие этого уменьшается расход воздуха через камеру сгорания. При постоянной подаче топлива уменьшение расхода воздуха ведет к обогащению топливно-воздушной смеси, увеличивается количество несгоревшего топлива. Следовательно, снижается экономичность работы двигателя.

В турбине, помимо эрозии, коррозии лопаточного венца, налет забивает каналы охлаждения лопаток. Это приводит к повышенному термическому воздействию горячих газов и, может привести к прогару лопаток.