2.3. Вплив експлуатаційних факторів на виникнення відмов та несправностей у гту в експлуатації

2.3.1. Класифікація експлуатаційних факторів та їх вплив на технічний стан виробів

Умови роботи агрегатів і деталей відцентрових нагнітачів і газотурбінних установок ГПА значно ускладнені, по-перше, через вібрацію, температури і тиски. Крім того, підвищені значення величин і кількість діючих навантажень. По-друге, специфічність умов роботи агрегатів і деталей ГПА полягає в суворому дотриманні режимів роботи, при недотриманні яких можуть виникнути помпажні режими як осьового компресора ГТУ, так і відцентрового нагнітача.

Особливу увагу при експлуатації ГПА необхідно приділяти герметичності трубопроводу й арматури, що значно впливає на загазованість компресорних станцій.

У процесі технічної експлуатації ГПА ТС їхніх вузлів і деталей залежить від тимчасових експлуатаційних і кліматичних факторів, а також факторів, пов’язаних з діяльністю інженерно-технічного персоналу.

До експлуатаційних факторів відносяться навантаження, деформації, вібрації, тиски, електричні й акустичні навантаження.

До кліматичних факторів відносяться температура – її добові і річні коливання, запиленість, вологість і атмосферний тиск, агресивні середовища – вміст солей і сірки в атмосфері.

До тимчасових факторів відноситься процес старіння. Під старінням розуміють процес повільної зміни фізико-хімічних властивостей матеріалів.

Швидкість процесу старіння може змінюватися під впливом зовнішніх факторів: тепла, вібрацій, кисню, озону, вологи, електромагнітних полів. У багатьох матеріалах процес старіння протікає без видимих ознак погіршення властивостей матеріалів. Ці зміни накопичуються поступово і в окремих випадках можуть привести до раптового стрибка – руйнування чи зламу.

Найбільшою мірою процесу старіння піддаються ізолюючі й ущільнювальні матеріали, що згодом стають твердими і ламкими (наприклад, гума і каучукові з’єднання).

До факторів, що залежать від технічної експлуатації варто віднести організацію експлуатації, ступінь професійної підготовки інженерно-технічного персоналу, наявності устаткування і запасних частин, якість виконаних робіт з ТОіР.

2.3.2. Характеристика впливу зовнішніх умов на технічний стан газотурбінних установок і компресорів

Технічний стан деталей і вузлів ГПА в значній мірі залежить від температури, впливу кліматичних факторів зовнішнього повітря.

При низьких температурах зовнішнього повітря погіршуються умови роботи ГТУ на перехідних режимах: при пуску, прогрівах і зміні режиму роботи. Перед пуском всі деталі знаходяться при температурі зовнішнього повітря, а при пуску температура газів стрімко зростає і виникає великий градієнт температур. При цьому лопатки і диски прогріваються нерівномірно. У лопатках і дисках швидше прогрівається найбільш тонка, що знаходиться в зоні гарячих газів , периферія, повільніше – середня їхня частина. У результаті виникають високі термічні напруги, що призводять до термовтомлюваних руйнувань.

При низьких температурах у холодну пору року через збільшення в’язкості масла погіршуються умови змащення тертьових поверхонь ГТУ і відбувається підвищений знос.

Крім того, низькі температури зовнішнього повітря погіршують еластичність гумових виробів, що застосовуються у виді ущільнень, дюритових з’єднань, шлангів, що призводить до порушення герметичності з’єднань.

При низьких температурах густина повітря збільшується, що може призвести до збільшення потужності ГТУ вище допустимої. Необхідно ретельно стежити, щоб навантаження по потужності не перевищувала ТУ.

Низькі температури збільшують можливість відмов у роботі вузлів керування кранів і самих кранів, ускладнюють операції по технологічних переключеннях, можуть призводити до порушень роботи водо- і теплопостачання КС. Тому в зимовий період для забезпечення надійної роботи кранів повинно бути використане зимове змащення, а арматура системи технологічного газу повинна постійно очищатися від снігу і льоду.

Для безпечної експлуатації ГТУ при температурі зовнішнього повітря нижче допустимої необхідно включати систему підігріву на вході осьового компресора і постійно контролювати її роботу.

У холодну пору року при зупинці ГТУ на термін понад 1 годину і при необхідності наступного пуску повинен бути включений підігрів масла. Тракт ГТУ і вихлопний газохід повинні бути перекриті для попередження переохолодження проточної частини спеціальними пристроями.

При підготовці компресорного цеху до експлуатації в холодну пору року повинні бути виконані заходи щодо підготовки до осінньо-зимової експлуатації. При цьому системи вентиляції і теплопостачання повинні забезпечувати в галереї нагнітачів і інших місць температуру не нижче +5 С.

При високих температурах зовнішнього повітря також виникають підвищені термічні навантаження в гарячих частинах ГТУ, погіршуються умови охолодження масла, що призводить до зниження потужності. При високих температурах і одночасно високій відносній вологості більше 60% ще більше знижується потужність ГТУ через те, що пари води витісняють частину сухого повітря разом з киснем, що міститься в ньому.

При експлуатації ГТУ в умовах підвищеної вологості, особливо у зонах прибережного морського клімату відбувається корозія деталей, виготовлених з алюмінієвих і магнієвих сплавів.

Крім того, на технічний стан агрегатів проточної частини ГТУ впливає вміст у повітрі солей кислотних і лужних металів, а також склад агресивних газів: сірководню (H₂S), сірчистого газу (SO₂), хлористого водню (HCl), хлористого натрію (NaCl), аміаку (NH₃) і т. інше.

Дуже агресивним середовищем для більшості алюмінієвих і магнієвих сплавів є морське повітря, що містить різні солі. Агресивні середовища, що містяться у повітрі, викликають ерозійно-корозійні пошкодження робочих і соплових лопаток турбокомпресора, що істотно знижують їх міцність і в ряді випадків є причиною обриву лопаток.

Причиною ерозійно-корозійного пошкодження лопаток є попадання в двигун солей лужних металів разом з пилом, вологою і продуктами згоряння, що в умовах високих температур руйнують окисну плівку і сприяють адсорбції сірки на поверхні.

На технічний стан агрегатів газоповітряного тракту значно впливає запиленість повітря, що викликає абразивний знос лопаток, налипання пилу і бруду на лопатки НА і робочі лопатки осьового компресора.

Найбільш всього від запиленості повітря зношуються та забруднюються робочі лопатки перших двох - трьох ступенів компресора, а також лопатки у місцях перепуску і відбору повітря. Крім того абразивні порошини , що знаходяться в повітрі, попадають в масло і паливо (газ), в результаті чого відбувається прискорений знос підшипників, коксування масляних форсунок, засмічення паливних і масляних фільтрів.

При абразивному зносі лопаток і налипанню пилу відбувається зміна профілю лопаток і прохідних перерізів ступенів компресора і, отже, знижується коефіцієнт корисної дії двигуна, збільшується витрата палива і можливість виникнення помпажних режимів компресора.