1.4 Занос проточной части компрессора

Основной причиной загрязнения проточной части компрессора является наличие мелкодисперсного аэрозоля в воздухе, поступающем после фильтра.

Кроме того, частицы масла попадают в компрессор через уплотнения между колесом и подшипником. В ТК с подшипниками скольжения интенсивность прохождения масляных частиц через уплотнения больше, чем в ТК с подшипниками качения, так как на первые масло подается под давлением 0,2…0,3 МПа.

Еще одной причиной попадания масла является существующая на некоторых типах дизелей система вентиляции картера, при которой патрубок отсоса газов из картера дизеля соединен с полостью перед ВНА компрессора. Так как концентрация капель масла в картерных газах составляет 70…350 мг/м3, то ясно, что такой способ вентиляции картера неизбежно приводит к значительному загрязнению компрессора.

При взаимодействии с поверхностями проточной части капли масла деформируются, растекаются и прилипают к металлу. Попадающие на масло частицы пыли увеличивают вязкость слоя отложений и служат центрами его затвердевания.

Так как силы адгезии на границе раздела масло – металл возрастают с увеличением температуры, то наибольшие отложения наблюдаются в диффузоре, особенно лопаточном, температура поверхности которого составляет 60…100 °С и выше. Интенсивность отложений зависит от многих факторов, основными из которых являются улавливающая способность элементов компрессора (ВНА – вращающегося направляющего аппарата, диффузора, колеса) и удельное количество частиц масла в воздухе МКО.

Помпаж и основы эксплуатации гтн

Помпаж – это неустойчивый режим работы компрессора, возникающий при уменьшении расхода воздуха и частоты вращения компрессора, но при относительно высоком давлении наддува. При этом наблюдаются срывы потока в отдельных каналах колеса компрессора.

При помпаже компрессора появляется шум или воющий звук (иногда звенящий), отмечается выброс воздуха из приемного патрубка, снижение числа оборотов и давления продувочного воздуха, повышение температуры выхлопных газов. Появляется вибрация, что отрицательно сказывается, в первую очередь, на работе подшипников; могут возникать резонансные колебания рабочих лопаток турбины и лопаток компрессора, что приводит к их поломке.

При эксплуатации двигателя срыв потока в элементах проточной части компрессора ГТН (лопатки ВНА и рабочего колеса, диффузора) и неустойчивость его напорных характеристик могут быть вызваны различными факторами, главные из них следующие:

- загрязнение лопаточного диффузора и выходной улитки;

- закоксовывание продувочных и выхлопных окон;

- загрязнение или повреждение сопловых лопаток турбины;

- отключение отдельных цилиндров из действия;

- загрязнение воздушного фильтра;

- отдельные неблагоприятные режимы работы двигателя (малая частота вращения, быстрая остановка двигателя с полного или среднего хода, изменение атмосферного давления, волнение моря и оголение винта, плавание во льдах).

Для анализа и согласования режимов совместной работы турбокомпрессора и дизеля на универсальную характеристику турбокомпрессора накладывают его режимные характеристики. Это линии рабочих режимов компрессора при работе дизеля по внешней, нагрузочной и винтовой характеристикам.

Внешней характеристике дизеля (при неизменном положении топливной рукоятки) соответствует линия «В-В» (или 1). Она проходит через точку «А» номинального режима работы влево полого, т.е. возникает вероятность попадания на границу помпажа.

Под винтовой характеристикой имеется в виду зависимость мощности и других показателей ГД от частоты вращения при работе на винт фиксированного шага, а под нагрузочной характеристикой – зависимость показателей ГД от нагрузки при постоянной частоте вращения.

Винтовой характеристике ГД соответствует линия 2, а нагрузочной -- линия 3 «(С-С)». Эти линии близки друг к другу. Они проходят через точку «А» также, но снижаются круче. При работе дизеля по этим характеристикам мало изменяется адиабатический к.п.д. и поэтому меньше вероятность попадания режима работы компрессора в зону помпажа.

Размеры турбокомпрессора и элементы его проточных частей подбирают так, чтобы на номинальном режиме работы дизеля турбокомпрессор развивал заданное давление наддува, обладал высоким к.п.д. и обеспечивал достаточный перепад давления для продувки. При согласовании характеристик дизеля и турбокомпрессора предусматривают запас по помпажу не менее 15%.

На рис 5.9 показана универсальная характеристика турбокомпрессора типа NA. Линии этой характеристики проходят аналогично рассмотренной выше универсальной характеристики. По ординате отложены давления наддува, а по абсциссе расход воздуха V на главный двигатель. Характеристики получены также экспериментальным путем на

испытательном заводском стенде при различных частотах вращения n ротора от 50 до 106% от номинального значения.

Имеются также характеристики адиабатического к.п.д. ŋ_sv : 0,77; 0,81; 0,82; 0,84, они ограничиваются слева линией помпажа, а немного правее проходит характеристика оптимального к.п.д. ŋ_svopt. Она обеспечивает запас по помпажу. Пересекать ее влево не рекомендуется, потому что снижается этот запас.

Особенностью этой универсальной характеристики является высокий адиабатический к.п.д. (до 0,84). Это достигнуто благодаря конструктивному усовершенствованию турбокомпрессора типа NA.

В процессе эксплуатации происходят отложения продуктов сгорания на сопловых, рабочих лопатках и диске турбины, а также загрязнения маслянистыми продуктами проточной части компрессора (особенно значительно лопаточного диффузора). Отмечается эрозия лопаток, особенно ВНА.

Лабиринтовые уплотнения закоксовываются из-за протечек газа при загрязнении канала уплотняющего воздуха.

При загрязнении изменяются характеристики компрессора: смещаются вниз линии постоянных оборотов, влево – линии границы помпажа и адиабатического к.п.д. При этом снижаются к.п.д., степень повышения давления и расход воздуха. В результате линия рабочих режимов смещается в сторону границы помпажа, уменьшается запас и наступает помпаж. Это нередко происходит в процессе эксплуатации.

Для поддержания чистоты проточных частей турбокомпрессора между ревизиями фирмы рекомендуют производить промывку компрессора (и турбины) подачей на него пресной воды под давлением (5-7ата) в разовом количестве 0,5-1 л и более (в зависимости от типоразмера). Промывку производят в ходовом режиме, эффективность очистки определяется по повышению p_к и n. Необходимость вскрытий ГТН вызывается, главным образом, их загрязнением.

Периодичность ревизии ГТН в среднем через 7500-8000 ч. При этом проверяются:

-осевое положение и биение ротора;

-качка лопаток турбин;

-радиальные и осевые зазоры в уплотнениях, подшипниках, демпферные пружины и т.д.

Данные ревизии заносятся в формуляр ГТН.

Происходит загрязнение воздушных фильтров. Предельно допустимая величина разрежения ΔP, указанная в инструкциях по эксплуатации двигателей, - 70÷100 мм вод ст. Для очистки медной вязки фильтров ГТН применяют:

-водный раствор АСС;

-раствор каустической соды;

-продувка паром.

Неисправности ГТН и их возможные причины

Показатели неисправности	Возможные причины
Температура выхлопных газов выше нормальной (при эксплуатационной мощности и оборотах)	Загрязнение воздушного фильтра или компрессора, высокое противодавление газовой турбины, повреждение ее облопачивания. Загрязнение или воздушная неплотность холодильника, недостаточный расход или высокая температура охлаждающей воды.
Давление нагнетания ниже нормального (при эксплуатационной мощности и оборотах)	Неправильные показания манометра или его установка; Загрязнение воздушного фильтра, проточных частей компрессора и турбины; Загрязнение или повреждение лабиринтового уплотнения; Повреждение соплового кольца (обоймы) или облопачивания турбины; Повышенное давление выхлопа (загрязнен выхлопной коллектор); Неплотности в ресиверах надувочного воздуха и газовом; Механические задевания или повреждения подшипников
Давление нагнетания выше нормального (при эксплуатационной мощности и оборотах)	Не отрегулирован двигатель, износ и пропуски выхлопных клапанов; Отложение нагара на сопловом кольце и рабочих лопатках; Неправильные показания манометра или его установка.
Вибрация ГТН	Дисбаланс ротора из-за сильного загрязнения или повреждения облопачивания; Искривление вала; Неправильные монтажные зазоры в подшипниках; Повреждение подшипников; Неправильный монтаж подшипников, в особенности – демпферных пакетов.
Шум при выбеге, короткий выбег или медленный разгон	Повреждение подшипников: задевание ротора, загрязнение или обломка деталей
Неплотности в корпусе	Коррозия на водяной стороне; коррозия и эрозия на газовой стороне; трещины от термических напряжений; недостаточный расход охлаждающей воды; отложение накипи; неравномерный нагрев и охлаждение
Смазочное масло быстро темнеет (подшипники качения)	Загрязнение канала подачи воздуха к уплотнению; Повреждение уплотнений на стороне турбины; Увеличенный зазор в уплотнении
Утечка масла при автономной смазке	Отсутствует или избыточно высокое давление в уплотнительной камере
Влага в ГТН	Высокая влажность воздуха и низкая температура охлаждающей воды; Значительные колебания температуры окружающей среды при длительно бездействующем ГТН