2.3.4. Характерні відмови елементів гту і причини їх виникнення

У процесі експлуатації ГТУ виявляються відмови і несправності, зв’язані з руйнуванням різних конструктивних елементів через недосконалість їхньої конструкції, технології чи виробництва ремонту і порушень правил експлуатації.

Найбільш частими причинами відмов і несправностей, що призводять до зупинки ГТУ, є пошкодження і руйнування лопаток компресора, турбіни, камер згоряння, опор ГТУ, агрегатів системи керування і змащення ГТУ.

Причиною втомного руйнування компресора є спільна дія статичних і вібраційних навантажень, що під впливом концентрації напруг, викликані різними технологічними й експлуатаційними факторами і впливом агресивного навколишнього середовища, призводять у підсумку до втомних руйнувань. При експлуатації ГТУ, після відпрацьовування ресурсу, спостерігаються випадки зносу лопаток компресора й ущільнень, відкладення пилу, бруду і солей на лопатках компресора, що призводить до зниження коефіцієнта корисної дії (ККД) і зменшення запасу стійкості по помпажу.

Для попередження відмов двигунів через руйнування елементів компресора необхідно контролювати технічний стан лопаток компресорів при їхньому обслуговуванні. Конструкція ГТУ дозволяє робити огляд і періодичне очищення всіх ступенів лопаток компресора.

Найбільш частими дефектами турбін ГТУ є оплавлення, тріщини, короблення соплових апаратів і дисків турбін. Причинами короблення й оплавлення лопаток соплових апаратів і робочих лопаток турбін є перевищення температур вище припустимих значень при пуску ГТУ і несправності газорегулюючої апаратури, що призводять до завищення витрат паливного газу.

Короблення корпусів турбіни й окремих деталей статора НА І ступені виникають внаслідок нерівномірності розподілу температур за камерами згоряння.

Тріщини на вихідних кромках СА ТВТ виникають через перегрів проточної частини, а тріщини і руйнування робочих лопаток і лопаток СА І ступеню турбіни – через теплові удари при пуску й зупинках ГТУ.

Тріщини в лопатковому пазу диска поблизу різких переходів, а також обрив робочих лопаток у зоні хвостовика виникають, в основному, через неправильний режим пуску, жорсткої посадки лопаток і через відсутність галтелей у пазах хвостовиків лопаток, а також через вібрації.

Втомні тріщини найчастіше зароджуються в замковій частині лопаток, на вихідних і вхідних кромках. На перехідних режимах роботи ГТУ передні і задні кромки лопаток піддаються більш різким змінам температури, чим середня частина, в результаті чого в лопатці виникають значні термічні напруги, що призводять до втомних руйнувань робочих лопаток. Крім того, часто відбувається вироблення ущільнювальних гребінців робочих лопаток першого і другого ступенів ТВТ через зачіпання робочих лопаток об сегменти обойми ТВТ через нерівномірні зазори, короблення обойми, зв’язаного із сильним перекосом температурного поля після камери згоряння чи різким стрибком температури. Тріщини і руйнування дисків ТВТ викликані через порушення режимів пуску й аварійних зупинок, а також нерівномірності нагрівання диска при перехідних режимах роботи турбіни чи підвищеного витоку газу через переднє лабіринтове ущільнення.

У камері згоряння процес згоряння палива відбувається динамічно, характеризується високою турбулентністю потоку і хаотичних коливань швидкостей і температур. У деяких випадках коливання призводять до нестійкого пульсаційного горіння з великими амплітудами і сильним шумом. Таке горіння зветься пульсаційним чи вібраційним. У цьому випадку можливі пошкодження стінок, завихорювачів, кріплення окремих обичайок.

Інтенсивна пульсація підвищує загальну вібрацію агрегату, може призвести до зриву факела, погіршує охолодження стінок, сприяючи руйнуванню пристінного шару охолоджуючого повітря, що призводить до місцевих перегрівів і прискореного виходу з ладу. Високочастотні пульсаційні коливання викликають шум з перевагою високих тонів, що служить ознакою неблагополуччя в камері згоряння.

Пульсацію можна усунути, змінюючи кількість повітря в зоні горіння, швидкість повітря, поліпшуючи аеродинамічну характеристику вхідних каналів, подовжуючи жарову трубу і газоходи, впорскуючи воду й іншими заходами.

Найбільше часто зустрічаються несправності камери згоряння такі як - тріщини, короблення, місцеві нагари і прогари, зв’язані з нерівномірністю температурного поля. На деяких агрегатах величина його досягає 200-300ºС. Це відбувається через наступні фактори:

– коксування пальників продуктами згоряння важких вуглеводів, зміна їх газодинамічних характеристик і збільшення переносу температурного поля за ТНТ;

– підвищення радіальної нерівномірності температурного поля на повороті газоходу внаслідок розшарування потоку продуктів згоряння, що призводить до деформації газоходів і перепалу направляючих лопаток ТВТ;

– догорання важких вуглеводнів у проточній частині, що призводить до високотемпературної корозії лопаткового апарату, руйнуванню конфузора. Збільшення нерівномірності температурного поля в проточній частині ГТУ викликає зростання термонапружень у конструктивних елементах палаючого тракту, на частку яких приходитися основна частина відмов (до 70%).

Виникненню тріщин у камері згоряння сприяють несправності паливних форсунок, що призводять до викривлення фронту полум’я і нерівномірні нагріви камер згоряння на перехідних режимах. Нагари і тріщини в жаровій трубі виникають через недостатнє очищення паливного газу чи перекосу факела полум’я. Тріщини в зварних швах з’єднання лопатей змішувача виникають через неякісне зварювання і співпадання коливань лопатей змішувача з частотами пульсацій полум’я.

Коксування пальників камер згоряння призводить до мимовільного скидання оборотів компресора і введенню в помпаж при відключенні турбодетандера під час пуску. У процесі експлуатації ГТУ була виявлена несправність – перепал камери згоряння, зв’язаний з нерівномірністю подачі повітря.

Найбільш характерними дефектами, що призводять до зупинки ГТУ і відмови їх у процесі експлуатації, є руйнування опор ротора двигуна. Руйнування шарикових чи роликових підшипників турбокомпресора відбувається внаслідок масляного голодування через відкладення коксу у форсункових отворах, через які підводиться змазка до опор ГТУ. Відкладення коксу у форсункових отворах відбувається, насамперед, через прорив газів через ущільнення, зупинки гарячої ГТУ, а також через наявність води в маслі, великій кислотності і смолистих відкладеннях.

Перегрів підшипників опор ГТУ можливий через недостатню кількість масла, подаваного до підшипників, забивання фільтрів і маслоохолоджувачів і високої температури охолоджуючої води.

Задирки і риски на шийках вала і вкладишах підшипників можуть виникнути через попадання піску і механічних часток у змащувальний матеріал , зв’язаного з поганим очищенням системи змащення.

Вибивання масла з корпусу підшипника відбувається через підвищення тиску в корпусі підшипника і малою ефективністю маслозапірних кілець. Через спінювання і загазованість масла в маслобаку в системі змащення виникають повітряні пробки, що призводять до падіння тиску масла для змащення підшипників при переході з пускового на головний масляний насос.