К определению зоны устойчивой работы гту

Р ис.3.11. (P₁^*, T₁^* - давление и температура заторможен­ного потока воздуха на входе в компрессор; T^*_3min, T^*_3max - температура газов перед турбиной соответственно минимальная и максимальная).

Особенности совместной работы турбины и компрессора в соста­ве ТК блока в общем виде аналогичны для любых типов ГТУ. Харак­тер работы ГТУ и ее устойчивость определяют входящие в ее состав ТК блоки. Свободная силовая турбина на работу ТК блока непосред­ственного воздействия не оказывает, а влияет лишь на изменение экономических показателей работы всей ГТУ в зависимости от раз­виваемой мощности.

Изменение мощности ГТУ может происходить с изменением тем­пературы газов перед турбиной при постоянной частоте вращения (n=const) и переменной (n=varia).

В первом случае ГТУ работает на электрогенератор. Уменьшение температуры газа перед турбиной приводит к увеличению расхода воз­духа и снижению степени повышения давления в компрессоре. Режим работы компрессора при этом удаляется от границы неустойчивой работы. В случае возрастания нагрузки электрогенератора для поддержания его постоянной частоты вращения должна повышаться температура газа перед турбиной, что вызовет увеличение степени повышения давления и некоторое снижение производительности компрессора. При этом его линия рабочего режима будет приближаться к границе не­устойчивой работы.

Во втором случае ГТУ работает в качестве привода винта. Здесь изменение мощности происходит при одновременной изменении частоты вращения ТК блока и температуры газа перед турбиной. При этом снижение мощности идет при уменьшении температуры газов перед турбиной и частоты вращения. Линия рабочих режимов компрессора полого идет вниз, уклоняясь от линии помпажа, степень повышения давления и расход воздуха снижаются. При увеличении мощности идет обратный процесс: растет температура газов перед турбиной, частота вращения ТК блока, степень повышения давления и расход воздуха; линия рабочих режимов компрессора приближается к грани­це помпажа.

3.3. Влияние атмосферных условий

В ГТУ в качестве основы рабочего тела используются большие массы воздуха, характеризующиеся коэффициентом избытка воздуха. Его величина равна 5-7. Соотношение количества используемого воз­духа в сравнении с другими типами СЭУ выглядит так: удельный расход воздуха в ГТУ составляет (14-28) кг/(кВт*ч), ДЭУ - (7-7,5) кг/кВт*ч), ПТУ - (8-9) кг/кВт*ч). Необходимость сжатия такого количества воздуха в компрессоре ставит характер работы ГТУ в жесткую зависимость от его начальных параметров (температу­ра, давление, влажность) и физических свойств (плотность, тепло­емкость, газовая постоянная). В эксплуатационных условиях их изменение приводит к колебаниям требуемой для сжатия работы и, соответственно, полезной мощности ГТУ при неизменном расходе топлива.

В процессе работы ГТУ изменения могут быть значительными, а поэтому их необходимо учитывать. В противном случае не исключены перерасход топлива, невозможность развития заданной частоты враще­ния, превышение допустимой мощности (по условиям прочности), преж­девременное израсходование ресурса, работа компрессора в неустой­чивой зоне.

Ниже рассматривается влияние на работу ГТУ изменения указан­ных параметров.

ТЕМПЕРАТУРА. Она в зависимости от времени года, суток и географического района плавания колеблется в широком диапазоне (от -45 ⁰С до +45 ⁰С). Ее реальное отклонение зимой и летом от стандартного значения составляет ≈31 % [11].

Зависимость работы ГТУ при изменении температуры наружного воздуха такова: при ее повышении из-за уменьшения массовой произ­водительности компрессора вследствие понижения плотности воздуха развиваемая ГТУ мощность снижается; при понижении и постоянном расходе топлива на ГТУ, ее мощность по сравнению с расчетными ус­ловиями возрастает. Изменение мощности ГТУ при отклонениях температуры наружного воздуха в эксплуатационных условиях от расчетно­го значения объясняется следующими обстоятельствами. При постоян­стве давления на входе в компрессор и скорости его вращения масса засасываемого воздуха изменяется обратно пропорционально отношению его действительной температуры к расчетной. Кроме того, рост температуры наружного воздуха увеличивает потребную работу сжатия, что вызывает уменьшение полезной работы цикла и его КПД.

Изменение температуры наружного воздуха оказывает двоякое влияние на КПД компрессора. При увеличении температуры воздуха на входе в компрессор в области режимов, близких к расчетным, его КПД несколько повышается. Это связано с ростом местной скорости звука, снижением числа М в потоке и улучшением условий обтекания лопаточного аппарата. В результате чего снижаются гидравлические потери. При уменьшении температуры воздуха КПД компрессора по­нижается.

Влияние температуры наружного воздуха на изменение КПД и полезной работы ГТУ показано на рис.3.12.

Характер изменения КПД и полезной работы цикла ГТУ в зависимости от температуры наружного воздуха

Рис.3.12 (η - КПД; L - полезная работа цикла; t₁ - температура наружного воздуха; Р₁ , P₂ - давление воздуха на входе и выходе из компрессора).

Из анализа приведенных зависимостей следует, что оптимальные отношения давлений для КПД и работы изменяются линейно и тем боль­ше отличаются друг от друга, чем больше разность между значениями температур воздуха.

Опыт эксплуатации различных типов ГТУ (авиация, морской флот, стационарная энергетика) подтверждает их высокую чувствительность к изменениям температуры наружного воздуха. Например, авиацион­ные ТРД при эксплуатации в условиях крайнего Севера развивают тягу на 30-40 % больше, чем в южных широтах. Для транспортных самолетов повышение температуры наружного воздуха с +15 до +30 ⁰С приводит к падению тяги на 7-11 %. При эксплуатации ГТУ типа RM-60 (английская канонерская лодка "Грейгуз") в условиях изменения температуры наружного воздуха на 10 °С ее мощность из­менялась на 7,5-9,0 %.

Характер изменения мощности корабельных ГТД фирмы "Лайкоминг" (США) при температурах наружного воздуха 27°С и 38 °С приведен в табл.3.2 [3].

Таблица 3.2.

Характер изменения мощности корабельных ГТД фирмы "Лайкоминг" (США) при температурах наружного воздуха 27°С и 38 °С

Марка ГТД	Температура наружного воздуха				Относительное изменение мощности, %
	27 0С		38 0С
	Мощность, кВт	Удельный расход топлива, кг/(кВт*ч)	Мощность, кВт	Удельный расход топлива, кг/(кВт*ч)
ТF-12	775	-	676	0,425	8,7
	685	-	590	0,435	8,6
ТF-14	885	-	775	0,400	8,75
	810	-	700	0,418	8,65
ТF-20	1460	-	1270	-	8,7
	1270	-	1100	0,460	8,65
ТF-25	1690	0,382	1540	-	9,12
	1360	0,400	1230	-	9,05
ТF-35	1840	0,362	1650	-	9,0

В лияние температуры наружного воздуха на мощность и ресурс ГТД типа LМ-2500 приведено на рис.3.13.

Зависимость мощности и ресурса ГТД LМ-2500 от температуры наружного воздуха

Рис.3.13 (1 - ресурс 500 ч; 2 - ресурс 2500 ч; 3 - ресурс 5000 ч; 4 - ресурс 8000 ч).

Стационарные ГТУ на электростанциях в Швейцарии при эксплуатации зимой развивают мощность на 30-40 % больше, чем летом.

ДАВЛЕНИЕ. Этот параметр оказывает меньшее влияние на характер работы ГТУ по сравнению с температурой наружного воздуха. Его изменение на входе приводит к пропорциональному изменению во всех сечениях по длине проточной части компрессора. При этом тем­пературы и скорости, степень повышения и КПД остаются постоянны­ми, а массовый расход и мощность, потребляемая на вращение комп­рессора, изменяются пропорционально его изменению на входе.

При увеличении атмосферного давления воздуха вследствие воз­растания его массового расхода мощность ГТУ увеличивается. При уменьшении давления воздуха она снижается.

ВЛАЖНОСТЬ. Влияние этого параметра на работу ГТУ связано с изменением массового количества воздуха и его теплоемкости через газовую постоянную. С ростом влажности она увеличивается, что приводит к повышению работоспособности газа и полезной работы тер­модинамического цикла. Например, для сухого воздуха R_в = 293 Дж/(кг*град), а водяных паров Rн₂о = 471 Дж/(кг*град). Вместе с тем водяные пары в воздухе снижают его плотность (γ = Р/RT ≈ 1/R), вследствие чего падает массовый расход воздуха через ГТД. Влия­ние этого падения превалирует над ростом теплоемкости при увели­чении влажности воздуха, что приводит к снижению развиваемой мощности ГТД.

Увеличение теплоемкости газа вызывает рост часового и удель­ного расхода топлива. Анализ данных, например, для различных типов авиационных ГТД показывает, что увеличение влажности при температуре наружного воздуха +45 °С вызывает: падение тяги на 0,3-0,5 %; рост удельного расхода топлива на 2,1-2,6 % и часового - на 1,8-2,1 %.

При изменении атмосферных условий (например, температуры наружного воздуха и его влажности) в процессе эксплуатации ГТУ может образоваться лед на входе в КНД, а также на его направляю­щих и рабочих лопатках. Процесс образования льда начинается при температуре воздуха около нуля и влажности 1-2 г/м³. В связи с большими расходами воздуха на входе в компрессор создается значительное разряжение. Это приводит к падению температуры входя­щего воздуха на 3-5°С, что также способствует льдообразованию. При забрызгивании воздухозаборных шахт процесс обледенения ак­тивизируется.

При обледенении входного устройства и облопатывании комп­рессора уменьшается площадь проходных каналов, вследствие чего снижается расход воздуха, падает мощность ГТУ, возрастает удель­ный расход топлива, увеличивается неравномерность потока воздуха на входе в компрессор, появляются существенные отклонения в режиме обтекания лопаточного аппарата. В конечном итоге это может привести к неустойчивой работе компрессора, а в особо неблаго­приятных случаях - к помпажу. Кроме того, куски льда, попавшие в проточную часть компрессора, могут повредить его облапатывание. При обледенении рабочих лопаток нарушается балансировка ротора.

В осевых компрессорах передача тепла от последних ступеней к первым затруднена, поэтому лопатки первых ступеней остаются холодными, и лед может образовываться на лопатках не только пер­вой, но и даже двух-трех последующих ступеней.

Для предотвращения обледенения ГТУ оснащаются антиобледенительными устройствами - системами обогрева входного устройства компрессора. Для этого могут использоваться различные источники тепла: теплый воздух, отбираемый от одной из последних ступеней компрессора; горячее масло, откачиваемое от ГТД; горячие газы, отбираемые из камер сгорания; горячие газы, вырабатываемые в спе­циальной вспомогательной камере сгорания; электрообогрев.

Для предотвращения отрицательных последствий обледенения при эксплуатации ГТУ рекомендуется вести постоянный контроль за состоянием воздухозаборных устройств, защитных сеток, входных направляющих аппаратов и ступеней компрессора, доступных для осмотра.

Перед вводом ГТУ в действие необходимо проверить легкость вращения ротора низкого давления и включить антиобледенительную систему.

При работе ГТУ на холостом ходу и малых нагрузках по сравне­нию с режимами, соответствующими большим мощностям, антиобледенительная система мало эффективна из-за недостаточного количества подводимого тепла. Поэтому целесообразно ограничивать время рабо­ты ГТУ на этих режимах. Однако в случае образования льда при рабо­те ГТУ на повышенных нагрузках необходимо снизить частоту враще­ния на 20-30 %, уменьшив тем самым разрежение и несколько повысив температуру воздуха на входе в компрессор.

При работе ГТУ начавшийся процесс обледенения можно обнару­жить по изменению вибрации и величины "скольжения" контуров вы­сокого и низкого давления. Характерными признаками неустойчивой работы компрессора и помпажа в особо тяжелых случаях обледенения являются резкие колебания давления в разгрузочных полостях, повышение температуры газов перед ТВД и возрастание вибрации.

3.4. Неустойчивые режимы

При работе ГТУ на таких режимах наблюдаются колебания пара­метров газовоздушного потока, возникновение повышенной вибрации, резкий рост температуры газа перед турбиной, появление звуковых толчков на газовыпуске, начинается процесс вибрационного горения. Последствиями такой работы ГТУ могут быть самопроизвольная ее остановка, отрыв лопаток компрессоров и турбин, а также крепежа, разрушение топливных и масляных трубопроводов и др.

Неустойчивая работа ГТУ может возникнуть как на установивших­ся, так и на переменных режимах, но чаще всего при пуске и остановке (разгоне или сбросе частоты вращения).

Основной причиной неустойчивой работы ГТУ является срыв процессов, происходящих в ее узлах (входных устройствах, компрес­сорах, турбинах, камерах сгорания, газовыпускных устройствах). Превалирующее значение имеет компрессор. Это обусловлено особен­ностями его рабочих характеристик, тесной взаимосвязью с турби­ной, крайне острой чувствительностью к любым отклонениям от опти­мальных условий обтекания проточной части.

Неустойчивый режим работы компрессора (помпаж) может воз­никнуть при уменьшении объемного расхода воздуха ниже допустимых значений дл_я данных условий. Он сопровождается резкими колебания­ми давления воздуха, интенсивной пульсацией его потока, значительным усилением шума, носящим вибрирующий характер, появлением значительных хлопков и ударов, сильной вибрацией и тряской, рос­том температуры воздуха перед компрессором, падением его производительности и КПД. Указанные явления имеют прогрессирующий харак­тер и в конечном итоге могут привести к разрушению компрессора. Поэтому его работа в режиме помпажа нежелательна.

При нормальном режиме работы компрессора наблюдается слабая пульсация потока воздуха с малой амплитудой и большой частотой. С приближением к границе помпажа эти явления усиливаются и стано­вятся более очерченными.

На режиме помпажа наблюдаются резкие колебания давления и скорости потока воздуха с большой амплитудой и малой частотой. При этом величина среднего давления за компрессором резко падает по сравнению с беспомпажным режимом работы.

Возникновение помпажа в компрессоре связано с образованием в отдельных элементах его проточной части срывных течений воздуха сильной интенсивности.

Установлено, что компрессор при каждой частоте вращения имеет как бы две характеристики: одна соответствует нормальному режиму работы, а вторая - режиму срыва (рис.3.14 [11]).

К вопросу определения разрыва напорной характеристики компрессора при работе в помпажном режиме

Рис.3.14. (1 – нормальная характеристика; 2 – срывная характеристика).

Во время помпажа работа компрессора носит автоколебательный характер, периодически переходя с характеристики нормального ре­жима на срывную и обратно. В связи с некоторым запаздыванием пере­хода с характеристики срыва на нормальную процесс возврата идет с несколько большим расходом воздуха, вследствие чего образуется так называемая петля гистерезиса aba’b’(рис.3.14).

Наличие двух рабочих характеристик объясняется двумя форма­ми течения воздуха в компрессоре: безотрывной и полного срыва.

Срывные течения воздуха в компрессоре обусловлены отклонением его режима работы от оптимального, при этом возможны случаи увели­чения и уменьшения расхода воздуха по сравнению с расчетными.

С повышением расхода воздуха и данных частотах вращения угол входа потока на лопатки увеличивается, а угол атаки при этом принимает отрицательные значения, вследствие чего происходит пе­реориентация движения потока относительно профилей лопаток. Он начинает набегать на выпуклые части профилей и вызывает срыв потока со стороны вогнутых частей.

С понижением расхода воздуха при данных частотах вращения угол входа потока на лопатки, наоборот, уменьшается, а угол атаки принимает большие положительные значения. При этом поток воздуха начинает набегать на вогнутую часть профиля лопатки и вызывает срыв с выпуклой поверхности лопатки, причем в этом случае созда­ются более благоприятные условия для развития явлений срыва.

Указанный выше механизм образования явлений срыва идентичен как для рабочих лопаток, так и для лопаток спрямляющих аппаратов. Однако для разных типов осевых компрессоров развитие срывных явлений имеет свои особенности. Например, у компрессоров с длин­ными лопатками при малых относительных диаметрах втулок в первый период участки срывов формируются только на части лопатки. С дальнейшим уменьшением расхода воздуха происходит увеличение этих участков. При таком образовании зон срыва напорные характеристики ступени не имеют резких разрывов и поэтому переход с нормаль­ной характеристики на характеристику срыва идет равномерно.

При работе компрессоров с короткими лопатками при больших относительных диаметрах втулок уменьшение расхода воздуха вызы­вает примерно одинаковые изменения угла атаки набегающего потока по всей высоте лопатки. Это приводит к образованию зоны срыва на всей длине лопатки, что объясняет резко выраженный разрыв напор­ных характеристик.

Возникновение зон срыва приводит к уменьшению площади проход­ных межлопаточных каналов, что вынуждает воздух растекаться по соседним каналам лопаток, работающих в нормальном режиме. Это приводит к изменению у них угла атаки набегающего потока. Справа от зоны срыва углы атаки лопаток уменьшаются, что препятствует распространению срыва в этом направлении. Слева от зоны срыва уг­лы атаки лопаток увеличиваются, тем самым, облегчая распростране­ние срыва. В результате этого зона срыва все время перемещается в сторону, противоположную вращению ротора, со скоростью примерно в два раза меньшей скорости вращения ротора. В абсолютном движе­нии вращение зон срыва представляется по ходу ротора с соответ­ствующим отставанием.

При полном переходе на характеристику срыва компрессор снова начинает работать устойчиво, но при значительно меньшем напоре. Переход с одной характеристики на другую происходит скачкообразно.

Возникновение помпажа при работе компрессора на характерис­тиках срыва происходит в зависимости от влияния на его работу взаимосвязанных с ним систем - воздухоподводящих и находящихся за компрессором. Характер их работы в каждом отдельном случае определяет возможность и условия возникновения помпажа.

Эксплуатационные причины, вызывающие помпаж компрессоров, можно разделить на четыре группы [11]: искажение аэродинамических качеств проточной части и воздухоподводящих устройств; ненормальная работа антипомпажных устройств; неисправности работы топливо-регулирующей аппаратуры.

Первая группа причин связана с изменением геометрии элемен­тов проточной части компрессоров, которые происходят в результате эрозионного воздействия на них твердых частиц, коррозии и загрязне­ния их солями морской воды и продуктами неполного сгорания отра­ботавших газов.

Вторая группа включает изменения геометрии воздухозаборных и входных устройств компрессоров. Это связано с неточным сочлене­нием элементов воздухопроводов, эксплуатационными нарушениями их внутренней облицовки, появлением шероховатостей и выпучиваний, отставания листов обшивки. Возможны случаи затеснения воздухоза­борных устройств из-за обмерзания защитных сеток, затягивания внутрь чехлов, разрушения листов их обшивки и др.

Третья группа связана с неисправной работой ленты перепуска воздуха из компрессора. Возможны случаи ее обрыва, а также несво­евременного открытия или закрытия из-за неисправной работы центро­бежного датчика частоты вращения или механизма управления ею.

Результатом действия причин четвертой группы является наруше­ние установленных программ темпа запуска и набора частоты враще­ния ГТУ. Например, внезапная подача большого количества топлива в камеру сгорания приводит к резкому увеличению сопротивления газовоздушного тракта и искажению характера течения воздуха в комп­рессоре, и кроме помпажа вызвать пожог лопаток турбины.

Для оценки устойчивости компрессора против помпажа использу­ется коэффициент запаса по помпажу или коэффициент запаса устойчи­вости компрессора против помпажа:

К_у=(π^*_кn G^*_р)/(π^*_кр G^*_n) = √(T^*_3n/T^*_3p), (3.4)

где π^*_кn и π^*_кр - степени повышения давления; G^*_р и G^*_n - расхо­ды воздуха; T^*_3n и T^*_3p - температуры газа перед турбиной; индексы (n) и (р) соответственно обозначают границу помпажа и рабо­чую линию.

Устойчивость компрессора против помпажа определяется место­расположением линии рабочих режимов на его характеристике. Чем ближе она проходит от линии помпажа, тем меньше запас устойчивос­ти при данных конкретных условиях. На практике эта величина опре­деляется по приведенной частоте вращения, характеризующей границу линии помпажа. Разница в частотах вращения рабочей точки компрес­сора и точки границы помпажа при определенном расходе воздуха, соответствующем заданному режиму работы ГТУ и внешним условиям, будет оценивать запас устойчивости компрессора против помпажа.

3.5. Загрязнение проточных частей

Оно выражается в виде налипания на лопатки спрямляющих, направляющих и сопловых аппаратов, а также рабочие лопатки комби­нированных отложений солей, масла, сажи, пыли, которые, перемеши­ваясь, образуют плотную маслянистую темную массу или нагар. Из них преобладающими являются соли морской воды, составляющие до 80 % отложений.

В процессе эксплуатации ГТУ наибольшему загрязнению подверга­ется проточная часть компрессоров. Это связано со сложностью их конфигурации и относительно малыми зазорами.

Характер загрязнения по длине проточной части неодинаков. Первые ступени компрессоров загрязняются меньше благодаря происхо­дящей самоотмывке их влагой, выделяющейся из воздуха. По мере дви­жения по проточной части вследствие увеличения температуры возду­ха и испарения влаги степень загрязнения облопатывания возраста­ет.

При наличии масляных паров и пленки на деталях проточной части компрессоров процесс отложений интенсифицируется. Попадание масла в компрессор является следствием малой эффективности рабо­ты лабиринтовых уплотнений на режимах пониженной мощности из-за недостаточного подпора воздуха, а также возможных неисправностей и износа. В этом случае загрязнение представляет собой образование масляных суспензий, имеющих свойство вязко-пластичного тела. Они формируются вследствие перемешивания масла, солей морской воды, пыли, частиц, продуктов неполного сгорания отработавших газов и др. Их вязкость превышает вязкость чистого масла в 150-200 раз, что способствует образованию плотных отложений на деталях проточной части [16] .

Факторы, влияющие на интенсивность и характер загрязнения проточных частей ГТУ вообще, можно разделить на две группы: кон­структивные и эксплуатационные.

Снижение влияния конструктивных факторов можно достигнуть путем рационального расположения воздухозаборных шахт, использо­вания фильтров, сепараторов и др.

Эксплуатационные факторы обусловлены характером использова­ния судна и ГТУ. Они могут быть значительно смягчены за счет пра­вильного выбора курса движения, скорости хода, времени работы ГТУ и обеспечения выполнения необходимых регламентных мероприятий.

Загрязнение проточных частей компрессоров и турбин вызывает ухудшение эксплуатационных показателей работы всей ГТУ. Оно вы­ражается в падении ее мощности вследствие снижения КПД компрессо­ров и турбин. Кроме того, загрязнение приводит к увеличению расхода топлива, роста температуры газов перед турбиной, снижению запаса устойчивости компрессоров против помпажа.

Основной причиной снижения КПД компрессоров и турбин при загрязнении является нарушение аэродинамики обтекания воздухом и газом рабочих элементов их проточных частей. Наиболее чувствительны в этом отношении компрессоры. Турбины в меньшей степени реагируют на нарушение аэродинамики при загрязнении их проточных частей. Это связано с различием протекающих в них процессов.

Загрязнение приводит к изменению профиля рабочих, сопловых и направляющих лопаток вследствие чего увеличиваются профильные потери и коэффициент лобового сопротивления, снижается коэффициент подъемной силы. В конечном итоге, например, у компрессора падает напор отдельных ступеней и всего агрегата, а его рабочая линия смещается к границе неустойчивой работы.

Для борьбы с загрязнением проточных частей ГТУ возможны два пути: использование защитных устройств для воздухозаборников и периодические промывки. В эксплуатационных условиях наиболее эффективен второй способ. В качестве промывочных сред могут при­меняться пар, вода, топливо, специальные растворы и смеси, обла­дающие различной эффективностью очистки. Процесс промывки осущест­вляется с помощью различных устройств, например, состоящих из нескольких распылителей, смонтированных в приемной части комп­рессора и расположенных по окружности, через которые под давле­нием подается промывочная жидкость в его проточную часть.

Применительно к газотурбогенераторам типа "Аллен" промывка проточной части компрессоров осуществлялась путем подачи дистил­лированной воды в приемные воздушные патрубки через каждые 6 ч, что обеспечивало нормальные условия их работы без значительного загрязнения в течение 2000 ч [16].

Системой промывки проточных частей ГТД оборудовались оте­чественные ГТД АИ-20 СПК типа "Буревестник" и ГТД Д-25В СПК типа "Вихрь". Эксплуатация ГТД на СПК "Буревестник" выявила необходи­мость промывки проточной части двигателя специальным раствором через каждые 500 ч работы [15].

При использовании в процессе промывки пара или дистиллиро­ванной воды удаляются только соли морской воды и лишь частично восстанавливаются характеристики компрессоров. В случае комбини­рованного загрязнения, связанного с присутствием масла и промыш­ленных отложений, промывка паром и водой оказывается малоэффек­тивной. Поэтому промывки с использованием пара или воды осуществ­ляются для удаления "засоления" проточных частей и в профилакти­ческих целях. Они проводятся на режимах холодной прокрутки и хо­лостого хода. Допускается промывка и на пониженных мощностях. Возможна промывка и на полной нагрузке, но лишь с частичным восстановлением его характеристик. После окончания промывки де­лается горячий запуск двигателя для просушки проточной части.

Для сильно загрязненных проточных частей ГТУ применяется комбинированная промывка сначала керосином или дизельным топливом, а затем паром или дистиллированной водой в несколько циклов до восстановления первоначальной степени чистоты. В эксплуатационной практике для этих целей использовались растворители типа "Прогресс' МЛ-22, МЛ-6 и др. [16]. Они оказались достаточно эффективны при отмывке отложений и промышленных отходов в компрессорах.

Для очистки проточных частей ГТУ могут быть использованы и твердые очистители. Наибольшее распространение для этих целей получил карбобласт (зернистый порошок, состоящий из размельченных скорлупок грецких орехов и абрикосовых косточек). Его действие очень эффективно. Например, при очистке ГТД "Протей" в проточную часть было введено 6,6 кг карбобласта тремя порциями по 2,2 кг с интервалом в I мин. После введения первой порции частота вра­щения компрессора повысилась на 100 об/мин, а температура газов перед турбиной упала на 32 °С. После второй порции порошка частота вращения компрессора возросла, еще на 100 об/мин, а температура газов снизилась на 5 °С. При вскрытии компрессора его лопатки оказались совершенно чистыми [11]. Некоторые иностранные фирмы рекомендуют ежедневно очищать проточные части компрессоров путем введения в них до 0,2 кг карбобласта.

Применительно к корабельным ГТУ для защиты проточных частей используют различные фильтрующие и дренажные системы, устанавливаемые в воздухозаборных устройствах. Защитные фильтры бывают двух типов: инерционные и сетчатые.

Инерционные фильтры - сепараторы отделяют брызги морской во­ды за счет резкого изменения направления движения воздуха. Они просты и эффективны в работе. При скорости движения воздуха более 19,5 м/с они задерживают около 95 % частиц размером более 5 мкм, при этом потери давления составляют менее 130 Па. Инерционные филь­тры-сепараторы хорошо защищают проточные части ГТУ от попада­ния в них частичек грунта и песка.

В сетчатых фильтрах-сепараторах основным элементом являются специальные сетки, изготовляемые из стали, титана, меди, пласти­ков и др. Толщина фильтрующей сетки может составлять 100-300 мм. Такие фильтры-сепараторы удовлетворительно задерживают различные частицы размером более 5 мкм. Падение давления на них при скорос­тях потока 3-6 м/с составляет от 120 до 750 Па.

В эксплуатационной практике могут быть использованы и электро­статические фильтры различных конструкций. Они обладают высокой защитной эффективностью, но мало надежны и сложны для эксплуата­ции.

Для поддержания технико-экономических показателей ГТУ на вы­соком уровне в процессе их эксплуатации должен вестись постоян­ный контроль за степенью и скоростью загрязнения проточных час­тей ГТУ. В противном случае могут быть отрицательные последствия. Загрязнение компрессоров приводит к снижению их КПД, производительности и степени повышения давления. В газотурбогенераторах это может вызвать повышение температуры газов перед турбиной. В главных ГТУ может произойти снижение частоты вращения турбины винта. Для поддержания заданной частоты вращения потребуется уве­личить температуру газов перед турбиной за счет подачи дополни­тельного количества топлива в камеру сгорания.

Для двухкомпрессорных ГТУ показателем загрязнения их проточ­ных частей является, кроме того, изменение частот вращения ТК блоков высокого и низкого давления. Разная степень загрязнения компрессоров приводит к изменению отношения их частот вращения, которое является вполне определенным для каждого режима ГТУ и не должно самопроизвольно меняться в любых пределах, иначе это может привести к работе компрессоров в неустойчивой зоне.

При нормальных условиях работы ГТУ общий располагаемый пе­репад тепла определенным образом распределяется между турбинами. Зависимость между частотой вращения турбин компрессоров высокого и низкого давления устанавливается совершенно строго. Выдержива­ние в эксплуатации этой зависимости гарантирует нормальные усло­вия работы компрессоров, а значит, и всей ГТУ. В случаях загряз­нения проточных частей компрессоров эта зависимость нарушается, т.е. изменению частоты вращения КВД (n_квд) не соответствует полученное изменение частоты вращения КНД (n_кнд). Разность меж­ду частотой вращения КНД для "чистого" ГТД и загрязненного при n_квд = const называется изменением "скольжения", т.е. Δn_кнд = n_кнд(ч) - n_кнд(з).

Допустимое значение этой величины составляет от 200 до 300 об/мин. в зависимости от развиваемой мощности. Превышение ее ус­тановленных значений может привести к аварии из-за работы ГТУ в неустойчивой зоне. Во избежание этого необходимо периодически 'промывать проточную часть ГТУ. Для контроля за ее изменением ис­пользуют графические или табличные зависимости между частотами вращения КВД и КНД, построенными для "чистой" ГТУ и разных темпе­ратур наружного воздуха, и значениями допустимого изменения "скольжения" для разных мощностных интервалов.

Степень загрязнения проточной части однокомпрессорной ГТУ определяется по величине температуры газов перед турбиной. Для этого используются графические зависимости температуры газов пе­ред турбиной от развиваемой мощности и температуры наружного воз­духа. В случае превышения установленной температуры газов перед турбиной при определенной температуре наружного воздуха и развиваемой мощности требуется срочная промывка проточной части ГТУ.

3.6. Коррозия и эрозия проточных частей

Под коррозией понимается химическое разрушение металлических сплавов под воздействием жидкостей, паров или газов. Под эрозией - процесс разрушения металла в результате механического воздейст­вия на него твердых частиц.

В процессе эксплуатации ГТУ активному коррозионному воздейст­вию подвергаются различные их узлы, детали и агрегаты. Причиной этого является постоянное контактирование металла ГТУ с: влажным морским воздухом, насыщенными солями; морской водой, попадающей на детали при забрызгивании и заливании воздухозаборных шахт; водой, находящейся в топливе и масле. Кроме того, облопатывание компрессоров и турбин постоянно находится под эрозионным воздейст­вием твердых частиц, заносимых в проточные части вместе с воздухом. Проточные части газовых турбин дополнительно подвергаются еще и га­зовой коррозии.

Эрозионные процессы в турбинах интенсифицируются за счет вы­соких скоростей газового потока и резких колебаний его температу­ры в периоды пуска и на переменных режимах работы ГТУ. Существен­ное коррозионное и эрозионное поражение важных узлов ГТУ (облопатывание компрессоров и турбин, подшипники, отдельные агрегаты и механизмы систем топливорегулирования и защиты) неминуемо при­водит к снижению надежности всей ГТУ.

Сущность коррозионных и эрозионных процессов, протекающих в отдельных элементах ГТУ, и меры борьбы с ними рассматриваются ниже.

ПРОТОЧНАЯ ЧАСТЬ КОМПРЕССОРОВ. Детали компрессоров в основном подвергаются электрохимической (атмосферной) коррозии. Наиболее интенсивно протекает точечная коррозия, она сосредотачивается на небольших участках и развивается по границам зерен сплава. Счи­тается, что никакие меры практически не могут абсолютно защитить металл от появления точечной коррозии в морской среде. Время появ­ления точечной коррозии зависит от свойств сплава и внешних условий. Она начинается при нарушении защиты небольшого участка поверхности металла. Например, вследствие эрозионного воздействия твердых частиц, заносимых вместе с воздухом. При этом образуется гальваническая пара с анодом в виде малой активной поверхности и катодом, который представляет вся защищенная поверхность металла. Возникающая разность потенциалов гальванической пары (до 0,5--0,6 В) вызывает большой анодный ток. Этим объясняется быстрота развития коррозионного процесса. Разрушение распространяется вглубь в связи с пассивностью металла, окружающего небольшой анод, и активизирующим действием образующихся продуктов коррозии.

Интенсивность точечной коррозии зависит от температуры, концентрации NaCl и напряженности металла. С увеличением температуры она возрастает и достигает максимума при значении около 90 °С. При дальнейшем росте температуры происходит ее снижение, так как начинает резко уменьшаться концентрация кислорода. С по­вышением концентрации NaCl возрастает число образовавшихся рако­вин. Коррозионное поражение становится более равномерным. В усло­виях механической напряженности металл детали подвергается одновременному воздействию с коррозионной средой. Возникает так назы­ваемая коррозия под напряжением, в результате чего в металле обра­зуются коррозионные трещины. Подобные поражения, например, рабочих лопаток компрессоров приводят к их обрыву и разрушению проточной части.

Обычно облопатывание компрессоров подвержено действию знако­переменных напряжений. Для определения их совместного взаимодейст­вия с коррозией на металл используется понятие коррозионной ус­талости.

Коррозия под напряжением имеет электрохимическую основу. То­чечное поражение металла совместно с действием знакопеременных нагрузок также приводит к образованию трещин и их развитию.

В процессе эксплуатации ГТУ проточные части компрессоров под­вергаются постоянному эрозионному воздействию твердых частиц, за­носимых вместе с воздухом, а также образующихся в результате не­полного сгорания топлива. Опыт эксплуатации морских и авиационных ГТД показывает, что проточная часть компрессоров в значительной степени подвергается эрозии. Наибольший эрозионный износ приходит­ся на рабочие лопатки, начиная с входной кромки, затем переходит на корытце и далее к их концам. Интенсивность износа от средних ступеней к последней возрастает. В меньшей степени эрозионному износу подвергаются лопатки спрямляющих аппаратов.

Эрозионный износ лопаток компрессора при работе его на загряз­ненном воздухе может иметь два вида: ударный и истирание.

Ударный износ вызывают частицы, которые не успевают откло­ниться вместе с потоком воздуха при проходе его через проточную часть и ударяются о рабочую поверхность лопаток, после чего обрат­но возвращаются в поток. При этом они разрушают поверхностный слой металла лопаток.

Износ истиранием вызывают частицы, перемещающиеся вместе с потоком воздуха вдоль поверхности лопаток и прижимающиеся к ним аэродинамическими или центробежными силами. При этом, царапая по­верхность лопаток острыми кромками, они изнашивают их по всех длине.

Эрозионное повреждение облопатывания компрессоров в основ­ном связано с ударным износом. Наибольшее разрушение поверхности лопаток производят частицы размером выше 5-10 мкм.

Интенсивность эрозионного износа зависит от ряда факторов, основными из которых являются: концентрация загрязнений в возду­хе; продолжительность работы на загрязненном воздухе; угол и ско­рость соударения частиц с поверхностью лопатки; материал лопатки; размер и состав частиц загрязнения.

При ударном износе его величина прямо пропорциональна кон­центрации загрязнений и времени работы ГТД. Интенсивность удар­ного износа пропорциональна скорости соударения частиц. Она су­щественно возрастает с увеличением размеров частиц в загрязненном воздухе. Однако мелкие частицы (5-7 мкм) при длительной работе компрессора вызывают значительный износ его облопатывания.

Стойкость лопаток к износу в основном зависит от их мате­риала. Причем определяющим является природа материала, а не его прочностные свойства. Способы упрочнения поверхностного слоя металла (цементация, хромирование, специальная термообработка и др.) не дают существенного эффекта по защите от эрозионного из­носа. Очевидно, это связано с образованием микротрещин в твердом поверхностном слое из-за его повышенной хрупкости, что приводит к микровыкрашиванию и выдуванию частиц металла при обтекании его загрязненным воздухом.

Наиболее высокой стойкостью к эрозионному воздействию обла­дает сталь. Эрозионная стойкость стальных лопаток при равных ус­ловиях в 2,5-3 раза выше по сравнению с титаном и в 2 раза по сравнению с алюминиевыми сплавами.

Следствием эрозии является снижение прочностных характерис­тик материала лопаток, а также аэродинамических качеств компрес­соров.

ПРОТОЧНАЯ ЧАСТЬ ТУРБИН. Их условия работы существенно отли­чаются от проточных частей компрессоров. С точки зрения коррозион­ных воздействий внешней среды, они находятся в более тяжелом по­ложении. При работе ГТУ детали проточных частей турбин подверга­ются интенсивной газовой коррозии, протекающей при высоких тем­пературах под влиянием агрессивных, составляющих продуктов сгора­ния дизельного топлива и морской воды в условиях знакопеременных напряжений и больших скоростей течения газа. Во время бездейст­вия ГТУ облопатывание турбин находится под постоянным влиянием влажного морского воздуха, насыщенного солями.

Процесс развития и течения высокотемпературной коррозии существенно зависит от температуры среды, наличия в топливе серы и солей морской воды, попадающих вместе с топливом или заносимых воздухом. Этот процесс представляет собой так называемую суль­фидную или сульфатную коррозию.

Исследования, выполненные за рубежом и отечественные, пока­зывают следующее: для возникновения газовой коррозии необходимо присутствие щелочного металла и серы; при относительно низких температурах газовая коррозия увеличивается с повышением темпера­туры и ростом концентрации солей; при высоких температурах ин­тенсивность газовой коррозии снижается; сплавы с высоким содер­жанием хрома обладают наибольшей сопротивляемостью газовой кор­розии, сплавы на кобальтовой основе - большей сопротивляемостью, чем на никелевой [16].

Для исключения газовой коррозии необходимо: ограничивать температуру газов перед турбиной до 840°С; применять коррозионностойкие материалы и специальные защитные покрытия для изготов­ления лопаточного аппарата турбин; улучшать очистку поступающего в ГТУ воздуха; применять низкосернистое топливо; осуществлять регулярные промывки проточных частей ГТУ для удаления отложений солей, а также золы.

Внешне газовая коррозия проявляется в виде образования раз­личного размера раковин и пузырей, а также в виде налета темно­го цвета с небольшим количеством зеленоватого вещества. На рабочих лопатках первых ступеней турбины коррозия в первую очередь обна­руживается на вогнутых поверхностях.

Во время бездействия ГТУ проточные части подвергаются воз­действию влажного воздуха, насыщенного солями, совместно с серой, находящейся в отложениях на деталях. При определенных условиях в этом случае может развиваться электрохимическая коррозия.

Коррозионные поражения облопатывания газовых турбин анало­гично компрессорам нежелательны и опасны, т.к. приводят в конеч­ном итоге к обрыву рабочих лопаток вследствие резкого уменьшения их общей прочности.

Эрозия лопаток газовых турбин несколько отличается от эрозии в компрессорах. Помимо действия твердых частиц, заносимых вместе с газом, в проточную часть турбины попадают отколовшиеся кусочки нагара, усиливающие эрозию.

Эрозия лопаточного аппарата турбин интенсифицируется также под воздействием быстродвижущихся горячих газов. В этом процессе температура играет важное значение. Предполагается, что под воз­действием горячих газов происходит быстрый нагрев металла лопаток, а при уменьшении нагрузки или остановки ГТД идет интенсивное его охлаждение. Цикличное охлаждение и нагрев поверхностного слоя металла лопаток со временем приводят к образованию мелких трещин. Тонкий слой металла, покрытый многочисленными мелкими трещинами, хуже сопротивляется действию горячих газов, частично расплавляется и выдувается газовым потоком.

Для предотвращения эрозии проточных частей турбин рекомен­дуется строго поддерживать установленные тепловые режимы работы ГТД.

ПРОТОЧНАЯ ЧАСТЬ ТОПЛИВОРЕГУЛИРУЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ, ТОПЛИВНЫХ ЦИСТЕРН И СИСТЕМ. Эти элементы в процессе эксплуатации ГТУ под­вергаются коррозионным воздействиям в результате контактирования их поверхностей с топливом. Коррозионные свойства топлива обус­ловлены содержанием в нем кислородных и сернистых соединений. При некоторых условиях их коррозионная агрессивность может быть значительной и приводить к сокращению срока службы этих элементов ГТУ. Кроме того, образующиеся продукты коррозии засоряют элемен­ты топливорегулирующей аппаратуры и системы топливопитания, вы­зывая срыв их работы.

Как отмечалось ранее, из кислородных соединений, содержащихся, например, в дизельном топливе особую агрессивность имеют нафтеновые кислоты и продукты окисления малостабильных углеводородов, образующихся в топливе при его хранении.

Основное коррозионное воздействие нафтеновые кислоты оказы­вают на цветные металлы и менее значительное на черные металлы.

Топливо может содержать некоторые водорастворимые кислоты и щелочи (серную кислоту, едкий натр и сульфокислоты) вследствие недостаточного контроля за процессом его очистки. Водораствори­мые кислоты и щелочи могут попасть в топливо также при его транс­портировке и хранении. Они вызывают интенсивную коррозию металлов при непосредственном контакте с ними, приводя к их разрушению и загрязнению топлива продуктами коррозии. Коррозионная активность топлива значительно возрастает при наличии в нем серы. Установлено, что топлива из сернистых нефтей более агрессивны по сравнению с малосернистыми.

Интенсивность влияния соединений серы на коррозионную агрес­сивность дизельных топлив зависит от их строения. Наибольшей агрессивностью обладают сероводород, элементарная сера и мерка­птаны.

Меркаптаны активно поддерживают процесс коррозии, интенсив­ность которого непосредственно зависит от их концентрации в топ­ливе и от вида металла. Особенно сильное коррозионное воздействие оказывают меркаптаны по отношению к кадмию. Это очень важно, т.к. многие детали топливорегулирующей аппаратуры и системы топливопитания ГТУ имеют кадмиевые покрытия. Характерной особенностью коррозионных разрушений этих покрытий является образование студенис­тых продуктов, засоряющих элементы системы регулирования.

Условия эксплуатации ГТУ способствуют обводнению топлива. Растворенная и эмульсионная вода в виде микрокапель может выде­ляться из топлива в процессе эксплуатации ГТУ и, особенно в период ее бездействия. При хранении топлива в судовых условиях в не пол­ностью заполненных цистернах в результате среднесуточных колеба­ний температуры может происходить конденсация водяных паров из воздуха на поверхности топлива. Коррозионная агрессивность ди­зельных топлив резко усиливается в присутствии воды и некоторых сернистых соединений.

При наличии воды в топливе усиливается процесс коррозионного разрушения кадмия. Например, в обезвоженном топливе кадмиевые пок­рытия сохраняются при содержании меркаптановой серы 0,049-0,052 %. При наличии в топливе даже незначительных количеств (0,0054-0,00634 %) при естественном обводнении и таком же содержании меркаптанов процесс коррозии идет очень активно и уже на 3-4 сут­ки из топлива выпадает осадок [8].

В период бездействия ГТУ возникает “стояночная коррозия”. Коррозионные поражения поверхностей выражаются в виде сплошной сыпи, локальных язв и других видов повреждений. Она охватывает практически все узлы и агрегаты ГТУ, соприкасающиеся с топливом, а также топливные системы и цистерны.

Коррозионному воздействию могут быть подвержены поверхности, контактирующие с маслом, в котором при определенных условиях мо­гут образовываться и накапливаться продукты, вызывающие активную коррозию металла. Агрессивность их резко усиливается в присутствии воды.

К веществам, находящимся в масле и вызывающим коррозионную активность, относятся: органические кислоты (нафтеновые, карбоновые, оксикарбоновые); сера и активные сернистые соединения; неорганические кислоты.

Коррозионная активность масла зависит от качества образую­щихся кислот, а также от их количества. С ростом температуры усиливаются реакции окисления углеводородов масла и взаимодейст­вие продуктов окисления с металлом. Скорость коррозии заметно повышается с увеличением нагрузки на трущиеся поверхности. По существу коррозионная активность масла зависит от его химического состава, стабильности и условий работы.

Для борьбы с коррозией элементов ГТУ могут быть использованы два вида мероприятий [11]: конструктивные и эксплуатационные. К первому виду относятся мероприятия, сводящиеся к выбору наиболее коррозионностойких материалов для изготовления узлов и деталей ГТУ, применению различного рода защитных покрытий, использованию специальных присадок для топлива и масел, назначению определен­ных режимов термообработки металла, повышению чистоты обработки поверхностей ответственных деталей, применению консервационных смазок, защитных устройств, ограничивающих попадание брызг мор­ской воды в проточные части ГТУ и т.д.

Вторую группу мероприятий можно подразделить на защитные, контрольные и восстановительные. К защитным эксплуатационным ме­роприятиям относят: промывку, консервацию, прокачку маслом, работу в установленном режиме. Регулярной промывке подлежат проточные части компрессоров и турбин. После промывки производится их про­сушка путем запуска ГТУ. В период бездействия ГТУ ее проточные части изолируются от наружной атмосферы путем постановки специ­альных закрытий на воздухо-заборные и газовыпускные отверстия.

Консервации подлежат проточные части компрессоров, облопатывание которых не имеет специальных металлических защитных покрытий. Это осуществляется путем подачи масла через специальные форсунки штатной системы.

Для предохранения проточных частей турбин от газовой корро­зии рекомендуется не допускать нарушения установленных режимов работы камеры сгорания. Такие нарушения могут быть вызваны разрегулировкой топливопдачи, а также ухудшением распыла топлива из-за загрязнения форсунок и нагарообразования, приводящим к неза­вершенности процесса сгорания в объеме камеры сгорания.

В период бездействия ГТУ должна быть законсервирована топливорегулирующая аппаратура путем заполнения всех ее агрегатов и систем обезвоженным топливом из специальных бачков через подпор­ную систему.

Периодическая прокачка маслом осуществляется через подшип­никовые и зубчатые зацепления редукторов после остановки ГТУ и при ее бездействии во время проворачивания.

Наружные детали ГТУ, навесные агрегаты, обвязка, электрообо­рудование и т.п. должны быть надежно защищены соответствующими покрытиями.

Контрольные мероприятия включают в себя систему: проверок состояния узлов и деталей ГТУ, качества и целости их защитных покрытий, проведения анализов топлива и масла. При этом особое вни­мание должно уделяться регулярному и тщательному контролю за ка­чеством топлива и масла, особенно за возможным присутствием в них воды.

Восстановительные мероприятия представляют собой комплекс действий, направленных на устранение начавшейся коррозии и вызы­вающих ее условий. Сюда относятся удаление воды из топлива и масла, восстановление защитных покрытий.

3.7. Характерные повреждения и неисправности

Для судовых ГТУ по сравнению с другими типами СЭУ свойст­венны свои повреждения и неисправности. Очевидно, это обуслов­лено работой ГТУ в сложных эксплуатационных условиях, о которых упоминалось ранее. В большинстве случаев основные повреждения (например, поломки) связаны с особенностями конструкции и исполь­зования ГТУ.

Обобщенная схема характерных для ГТУ повреждений приведена на рис.3.15.

Характерные повреждения судовых ГТУ

Указанные повреждения ГТУ являются следствием трех групп факторов: конструктивных, технологических и эксплуатационных.

К конструктивным можно отнести неудачный выбор конструкции или материала, отступления, допущенные при проектировании ГТУ в целом и ее отдельных узлов, ошибки и неучет особенностей про­цессов, происходящих в элементах ГТУ при эксплуатации.

Факторами технологического характера являются: отступления от рабочих размеров при изготовлении деталей, непредусмотренная за­мена материала, несоответствие качества обработки поверхностей деталей, нарушение режимов термообработки, отклонения при балан­сировках ротора, нарушения центровки при сборке и др. Техноло­гические дефекты возникают в результате возможных отклонений от технологии изготовления и сборки деталей и узлов ГТУ. Они мо­гут происходить из-за явных нарушений технологических процессов и вследствие их несовершенства.

Эксплуатационные факторы являются следствием нарушений обслуживающим персоналом требований инструкций. К ним относят применение некондиционных топлива и масла, эксплуатацию ГТУ с неисправными КИП и системами защиты, неотрегулированность узлов автоматики, превышение установленных рабочих параметров, невы­полнение сроков планово-предупредительных осмотров и регламентных работ, несоблюдение сроков замены агрегатов и узлов, выработав­ших ресурс, эксплуатацию ГТУ сверх установленного ресурса, не­выполнение промывок, просушек и консервации проточных частей компрессоров и турбин и др.

Применительно к отдельным элементам ГТУ в процессе ее эксп­луатации встречаются различные виды повреждений [11]. Их сущность излагается ниже.

ЛОПАТОЧНЫЙ АППАРАТ КОМПРЕССОРОВ И ТУРБИН. Для этих элементов ГТУ характерными повреждениями являются: обрыв рабочих лопаток; образование трещин и поломка спрямляющих, направляющих и сопловых аппаратов обгорание и пожоги рабочих и сопловых аппаратов турбин; коррозионные и эрозионные разрушения облопатывания; обра­зование забоин на лопатках.

Наиболее тяжелым видом повреждений является обрыв рабочих лопаток компрессоров. В основном он приводит к выводу из строя ГТУ. Обрыв лопаток является следствием снижения усталостной проч­ности материала в результате происходящих коррозионных и эрозион­ных процессов при высоких динамических и вибрационных напряжениях, особенно при работе компрессора в неустойчивой зоне. В некоторых случаях этому способствуют дефекты конструктивного и технологичес­кого характера, например, неудачное назначение места отбора возду­ха из компрессора, приводящее к образованию неравномерности потока воздуха и возрастанию вибрационных напряжений; недоста­точная отстройка лопаток по частоте; некачественное изготовление рабочих лопаток (наличие ковочных трещин, дефекты материала, отк­лонения от чертежных размеров, высокие остаточные напряжения и др.).

Обрыв лопатки на работающей ГТУ приводит к: самопроизвольному снижению частот вращения ТК блоков и турбин, резкому изменению шума работы, возникновению сильной вибрации. Иногда происходит заклинивание роторов. В момент обрыва лопатки ясно слышен силь­ный удар. Обрыв лопатки вызывает серьезные разрушения проточной части.

Начало усталостного разрушения металла лопатки носит местный характер. В зоне повышенных напряжений, обусловленных конструктив­ными, технологическими и эксплуатационными факторами, может обра­зоваться трещина. При многократном изменении напряжений кристал­лы, расположенные в ее зоне, начинают разрушаться, и она проникает в глубь тела лопатки, ослабляя ее сечение с последующим внезапным разрушением материала. Начало развития усталостных трещин прихо­дится на входные кромки и реже - на выходные. В некоторых случаях зарождение трещин происходит со спинки или корыта в корневой части лопатки. Часто источниками образования трещин являются участки коррозионных повреждений. В этих местах начинается раз­рушение металла лопатки вследствие коррозионной усталости.

Разрушение металла от коррозионной усталости происходит в два этапа. На первом этапе совместные действия коррозионной сре­ды и знакопеременных нагрузок вызывают образование и развитие трещин. На втором превалирующее значение в распространении тре­щин и разрушении металла имеют переменные механические напряжения.

Опыт эксплуатации корабельных и авиационных ГТУ показывает, что повреждения спрямляющих и направляющих аппаратов компрессоров в основном связаны с: отсутствием в сварных конструкциях достаточ­ной эластичности, наличием высоких остаточных напряжений и низ­кими демпфирующими свойствами.

Из всех деталей ГТУ лопатки турбин работают в наиболее тя­желых условиях. Испытывая значительные механические нагрузки от действия центробежных и газовых сил и вибрации, они одновременно подвергаются воздействию высоких температур. Изменение режимов работы ГТУ и, соответственно, температуры газа приводят к воз­никновению в лопатках значительных термических напряжений.

Механизм усталостного разрушения рабочих лопаток, в общем, турбин аналогичен компрессорам. Однако имеются некоторые особен­ности. В отличие от компрессоров на рабочих лопатках турбин зарождение усталостных трещин в большинстве случаев происходит со стороны спинки в середине паза и корыта с входной или выходной кромки.

Причиной усталостного разрушения рабочих лопаток турбин могут явиться: наличие в поверхностном слое больших растягивающих остаточных напряжений, возникающих при механической обработке и не снятых при термообработке; отклонения в размерах профиля и узла крепления, допущенные при изготовлении. Кроме усталостного возможны случаи разрушения их из-за металлургических дефектов материала, например, ковочных трещин, и термической усталости, выражающиеся в короблении и растрескивании кромок, чаще всего входных. В этом случае возникает большое количество мелких трещин.

В эксплуатационной практике отмечались случаи оплавления, обгорания и значительного перегрева лопаток турбин. В основном это связано с ненормальной работой топливорегулирующей аппаратуры, отказами тепловой защиты и возникновением помпажа. Обычно лопатки обгорают на половину длины. Наибольшая степень обгорания прихо­дится на лопатки первой ступени ТВД, но при значительном увеличе­нии температуры оно может распространиться и на лопатки второй ступени.

Повреждения лопаток сопловых аппаратов турбин в основном связаны с циклическими термическими напряжениями, возникающими при изменении режимов работы ГТУ. Они выражаются в виде трещин, образующихся на входных и выходных кромках, и коробления.

В наиболее тяжелых условиях работают лопатки первой ступени. Вследствие нарушения нормальной работы камеры сгорания, приводя­щего к резкому возрастанию температуры газов, они оплавляются и обгорают.

В эксплуатации ГТУ имеют место повреждения лопаточного аппа­рата компрессоров и турбин, обусловленные попаданием в их проточ­ные части твердых посторонних частиц (песка, кусочков металличес­кой защитной сетки, деталей крепления внутренней арматуры воздухозаборных шахт, крепежа жаровых узлов и др.). Они приводят к об­разованию забоин и вмятин.

КАМЕРА СГОРАНИЯ. Основными видами повреждений этого элемента ГТУ являются: коробление и прогар жаровых труб; образование трещин в различных деталях; повреждения форсунок.

Прогар жаровых труб обусловлен неравномерностью горения топ­лива и смешения горячих газов с вторичным воздухом в камере сго­рания. Он приводит к короблению металла отдельных мест жаровых труб, вследствие чего нарушается их охлаждение и работа камеры сгорания. В эксплуатации отмечались случаи: прогара жаровых труб, связанные с подсосом горячих газов через отверстия подвода охлаж­дающего вторичного воздуха; из-за производственных дефектов, вы­ражающихся в нарушении формы гофров их цилиндрических секций.

Образование трещин в деталях камеры сгорания является след­ствием постоянного действия переменных термических напряжений, возникающих при периодических нагревах и охлаждении в период пус­ков, остановок и при изменении режимов работы ГТУ. Обычно они об­разуются в местах повышенных концентраций напряжений, например, вблизи отверстий для охлаждающего воздуха, но могут возникнуть: в местах приварки крепления жаровой трубы к кожуху камеры сгорания, стоек к кожуху, на стойках в местах приварки кронштейнов крепления жаровой трубы; по сварным швам фланцев крепления рабочих форсунок и пусковых воспламенителей. При развитии трещин возможен отрыв отдельных элементов жаровых труб, попадание их в проточные части турбин и повреждение облопатывания.

Коробление жаровых труб, нагарообразование, ухудшение распы­ления форсунок снижают качество, и надежность работы камеры сгора­ния приводят к деформации полей температур и давлений газового потока перед турбиной, что может явиться следствием ее поврежде­ния.

Причинами неисправностей и нарушений работы топливных фор­сунок являются: засорение сопловых отверстий и фильтров; образова­ние нагара; негерметичность, увеличение производительности от вы­работки сопел; разрушение отдельных деталей и др. Они могут быть источником повреждений камер сгорания, турбин, а также газовы­пускной системы.

Засорение форсунок и фильтров чаще всего связано с использо­ванием загрязненного топлива; попаданием грязи, производственной стружки и мусора в топливные системы. При засорении форсунок нарушается распыл топлива, искажается топливный факел и процесс горения, что может привести к прогару жаровых труб и пожогу лопа­ток турбин. Такой вид повреждений - частое явление при эксплуата­ции корабельных ГТУ и может быть выявлен во время ее запуска по давлению топлива перед форсунками на холостом ходу. Его величина в зависимости от типа ГТУ может составлять 1,0-1,5 МПа, превышение которого свидетельствует о засорении форсунки.

Негерметичность форсунок является следствием: небрежного мон­тажа; разрушения внутренних деталей и колпачка; ослабления затяж­ки кожухов и изменения торцовых зазоров между деталями распыливаю­щих устройств при нагреве на работающей ГТУ.

Форсунки совместно с запальными свечами являются составными элементами воспламенителей факельного типа. Их ненормальная работа может выражаться в недостаточной поджигающей способности факела из-за нарушения подачи топлива или электропитания.

Нарушения работы пусковых воспламенителей могут быть связаны с дефектами свечей зажигания. Отмечаются случаи закоксовывания торца свечи, которое способствует разрушению ее керамической изо­ляции. Процесс коксообразования обычно происходит на неработаю­щих свечах при отложении на них продуктов неполного сгорания топлива. Отрицательное воздействие на работу свечей зажигания оказывает заливание их топливом.

Для поддержания работы форсунок в нормальном режиме рекомен­дуется производить регулярную проверку на соответствие их парамет­ров (угол конуса распыла топлива, производительность, равномер­ность распыления, герметичность в холодном и горячем состоянии) установленным нормам.

ПОДШИПНИКИ. Повреждения этих элементов могут происходить по различным причинам эксплуатационного, конструктивного, технологи­ческого характера.

В судовой практике используются два типа подшипников: качения и скольжения. Причинами повреждений подшипников качения могут быть: нарушение теплового режима работы; масляное "голодание"; воздействие вибрационных нагрузок; загрязнение; прохождение через них электрического тока; коррозионное воздействие, а также откло­нение от правил хранения. Они приводят к превышению прочностных возможностей материала колец, тел качения и сепараторов.

При изменении теплового режима (например, при нарушении ре­жима охлаждения ГТУ после ее остановки, в случае ухудшения смазки и при повышенном трении вследствие высоких контактных нагрузок) возможно повышение температуры. Работа подшипников в таких условиях приводит к искусственному отпуску металла деталей и снижению твердости. В результате перегрева подшипника образу­ются следы качения на беговых дорожках в виде темно-синих полос без выработки.

Причиной масляного "голодания" является засорение масляных жиклеров частицами, оставшимися в системе при некачественной очистке ее магистралей перед сборкой и загрязнении масла. При масляном "голодании" подшипник разрушается вследствие нагрева тел качения и выборки полностью зазоров между ними и кольцами.

Одной из особенностей, свойственной лишь подшипникам качения, является повышенная чувствительность к прохождению через них электрического тока. Ток, проходя через подшипник, пробивает пленку смазки в местах контакта тел качения. Вследствие возникаю­щих при этом кратковременных и сильных разрядов на поверхностях деталей качения образуются небольшие кратеры. В процессе работы подшипника в таких условиях выступы кратеров сглаживаются. Пов­реждения становятся похожими на начало усталостного выкрашивания. Обычно они образуются при разности потенциалов в зоне контакта 0,4-0,5 В. Иногда повреждения выражаются в виде точек и полос с окрашенными краями только после травления. Следует отметить, что подшипники сами порождают электрические токи, вращаясь в магнитном поле, что не всегда верно позволяет определить причины их повреж­дения.

Другой особенностью подшипников качения является высокая чувствительность к вибрационным нагрузкам, особенно отрицательно это сказывается на не работающих подшипниках. Для снижения воз­действия таких нагрузок на подшипники бездействующие ГТУ рекоменду­ется периодически проворачивать и через определенное время вво­дить их в действие.

Вибрационные нагрузки вызывают образование на дорожках качения участков выкрашивания, отличных от усталостных поврежде­ний. Особенно сильное воздействие они оказывают на роликовые подшипники, а также на шариковые с большими внутренними зазора­ми. Возникающие при этом повреждения тел качения и беговых до­рожек выражаются в виде глубоких раковин и трещин. При чрезмерно высоких нагрузках происходит разрушение подшипников.

Распространенными дефектами подшипников являются коррозион­ные повреждения. Они проявляются в образовании поверхностных налетов и раковин. Об этом свидетельствуют результаты, приведен­ные в работе [4].

Коррозия может быть в виде сплошных или местных поражений. Сплошная коррозия менее' опасна, т.к. не вызывает глубоких повреж­дений металла. Местные коррозионные поражения бывают в виде пятен одинаковой глубины и точек различной глубины. Точечная коррозия в отдельных случаях может вызвать образование язвин и сквозных поражений. Опыт эксплуатации показывает, что большинство подшип­ников имеют коррозионные поражения различной степени. Они снижают контактную выносливость и ухудшают качество их вращения.

К металлургическим дефектам деталей подшипников относят: волосовины, заковы, усадочную пористость и раковины.

Определенная группа дефектов вызывается различными отклоне­ниями и нарушениями, допущенными при обработке их деталей. К ним относятся: трещины (закалочные и шлифовочные), ожоги, дефекты ме­ханической обработки.

Причинами поломок подшипников могут явиться грубая механичес­кая обработка и грубое клеймение. При этом на поверхностях дета­лей образуются: риски, царапины, подрезы, вмятины, являющиеся кон­центраторами напряжений.

Возможны повреждения вследствие искажения геометрических форм их деталей из-за допущенных отклонений при изготовлении. Они выражаются в виде образования грубых надиров на телах и дорож­ках качения, в результате которых подшипник заклинивает.

В процессе проведения регламентных и ремонтных работ возмож­ны нарушения, приводящие к: механическим повреждениям, взаимному перекосу колец, несоблюдению посадок, перетяжке и недотяжке и др.

Одним из специфических повреждений подшипников качения яв­ляется образование ожогов. В некоторых случаях происходит выкра­шивание металла на телах и поверхностях качения, а также на поса­дочных поверхностях колец вследствие проскальзывания. Например, проскальзывание внутреннего кольца относительно вала вызывается неплотной посадкой подшипника или ослаблением посадки во время работы. При этом происходит значительный перегрев внутреннего кольца со стороны посадочной поверхности.

В подшипниках главных опор ГТД наблюдаются случаи проскаль­зывания комплекта роликов подшипников относительно внутреннего кольца, приводящие к выработке дорожек качения.

Причинами нарушения нормальной работы подшипников скольжения являются: изменение режима смазки; попадание в подшипник посторон­них твердых частиц; воздействие вибрационных нагрузок; дефекты заливки баббита; неудовлетворительная подгонка вкладышей и упор­ных подушек.

Нарушение режима смазки вызывает перегрев, а при несвоевре­менном обнаружении это может привести к местному подплавлению баббита и его натягу (наволакиванию баббита с нижнего вкладыша в район разъема подшипника). При усилении перегрева может произойти выплавление баббита с большой площади вкладыша, налипание его на шейку вала, что приведет к исчезновению зазора и полному выплавле­нию заливки.

Перегрев баббита приводит к заметному снижению его твердости и увеличению хрупкости, что уменьшает несущую способность подшипника.

При работе в подшипник между шейкой вала и вкладышами могут попадать различные твердые частицы, заносимые маслом. Это приводит к образованию на шейке вала и заливке вкладышей кольцевых рисок и царапин, что вызывает нарушение условий смазки и ухудшение скольжения.

Особенностью работы подшипников скольжения в судовых ГТУ является воздействие на них различных по величине вибрационных нагрузок. При их значительных величинах вследствие ударов шейки вала происходит наклеп баббита. На поверхности заливки появляются белые пятна и мельчайшие трещины. Постепенно трещины сливаются в замкнутые контуры, в которых происходит отслаивание и выкрашивание баббита. Наличие трещин препятствует установившейся работе масляной пленки. Отслаивающиеся и выкрашивающиеся кусочки баббита забивают зазор и нарушают нормальную смазку. В отдельных случаях это может привести к натягу и выплавлению баббита.

В эксплуатации встречаются случаи повреждения подшипников вследствие неудовлетворительного качества заливки. При этом дефект выражается в плохом сцеплении баббитовой заливки с металлом вкла­дыша, что может вызвать образование трещин в нижней части вкладыша.

Дефектом заливки является также неоднородность структуры разли­чных слоев баббита вкладышей вследствие различных скоростей охлаж­дения их нижних и верхних частей.

Нормальная работа подшипника может быть нарушена вследствие плохого состояния поверхностей шеек валов. Одна из причин обуслов­ленного попаданием в него посторонних твердых частиц, заносимых маслом и с их коррозионным повреждением, вызванным обводнением масла, а также неудовлетворительным контролем. Коррозия шеек мо­жет возникнуть в результате несоблюдения и невыполнения порядка консервации подшипников в период бездействия ГТУ.

В эксплуатации встречаются случаи повреждения подшипников с образованием натяга и подплавлением баббита при неудовлетво­рительной пригонке вкладышей относительно шеек валов.

Аналогичные повреждения могут произойти при нарушении тре­бований скорости набора мощности ГТУ, изменения стороны ее вра­щения, подключения дополнительных ГТД, что приводит к появлению значительных временных деформаций гибких валосоединений-рессор и торсионов редукторов, превышающих установленные. При этом по­ложение шеек в подшипниках отклоняется от расчетного и резко воз­растает нагрузка на вкладыши, что в отдельных случаях вызывает их повреждения.

Характер работы подшипников может быть определен по измене­нию их температуры, шуму работы ГТУ, легкости вращения роторов и величине вибрации.

ТОПЛИВОРЕГУЛИРУЩАЯ АППАРАТУРА. Наибольшее количество повреждений и неисправностей этого элемента ГТУ связано с загрязнением и обводнением топлива. Их появление отражается на работе ГТУ, вы­ражающееся в нарушении нормальных запусков в действие, ухудшении приемистости, снижении развиваемой мощности, самовыключении, воз­никновении неустойчивой работы, колебании частоты вращения и т.п.

Неисправности топливорегулирующей аппаратуры ГТУ можно раз­делить на три группы: засорение фильтров, узких каналов регулято­ров и форсунок, заедание золотников регуляторов; вымывание мате­риала стенок каналов, жиклеров, затупление отсечных кромок золотников регуляторов; повышенный износ нагруженных деталей качающего узла насоса-регулятора.

Неисправности первой группы возникают из-за механических примесей в топливе, продуктов коррозии и образования в топливе осадков термического происхождения.

Вторая группа неисправностей связана с эрозионным и корро­зионным воздействием топлива из-за наличия в нем механических примесей, осадков высокотемпературного происхождения, продуктов коррозии и воды.

Основные причины неисправностей третьей группы - это недостаточность противоизностных свойств топлива, а также наличие в нем различных загрязнений.

Значительные нарушения в работе агрегатов топливорегулирующей аппаратуры вызывает коррозия их деталей. Она может привести к "зависанию" плунжеров качающего узла насоса-регулятора и выво­ду его из строя.

Коррозия плунжеров и их подпятников вызывает значительную выработку рабочей поверхности наклонной шайбы качающего узла насоса-регулятора. При коррозионном износе может произойти заеда­ние сопряженных деталей и увеличение протечек топлива. В резуль­тате коррозии и отложений существенно возрастают силы трения плунжеров в гнездах ротора насоса.

Стальные детали топливорегулирующей аппаратуры, имеющие кад­миевое покрытие, также подвержены коррозии вследствие воздействия меркаптанов топлива. При этом сначала происходит его разрушение, а затем коррозия основного металла. Чаще всего подвергаются раз­рушению кадмиевые покрытия различных пружин узлов. Интенсивность коррозионных процессов возрастает при работе ГТД на топливе с по­вышенным содержанием меркаптанов. В этом случае коррозия сопро­вождается выработкой покрытия на глубину 0,0005-0,007 мм на участке против топливных каналов золотника.

В эксплуатации имеет место износ элементов топливорегулирующей аппаратуры, связанный с трением, абразивным воздействием топливной среды и кавитацией.

При работе топливных насосов-регуляторов наблюдается зна­чительный механический износ у сфер плунжеров, распределительно­го золотника, втулок, гильз и золотника центробежного регулятора, штока и втулки гидрозамедлителя.

Абразивный износ является следствием механического воздей­ствия твердых частиц загрязнения топлива на элементы топливорегулирующей аппаратуры. Он возникает на острых кромках отсечных клапанов и золотниках регулятора насоса, жиклерах, в прецизионных парах и тонких каналах. В результате чего изменяются регулиро­вочные и гидравлические характеристики агрегатов и узлов топливорегулирующей аппаратуры.

При длительной работе деталей в топливной среде, протекаю­щей по каналам с большой скоростью (10-60 м/с), возможен их размыв, притупление острых кромок отсечных регулировочных клапа­нов, изменение геометрии сечения проточной части жиклеров и дру­гих дроссельных устройств системы регулирования.

В эксплуатации отмечаются случаи поверхностной эрозии отдель­ных деталей топливорегулирующей аппаратуры, связанные с кавита­цией. Последствия эрозии выражаются в виде вымывания материала на выходных каналах у торцов роторов плунжерных насосов-регулято­ров, поверхности торцовых втулок шестеренных насосов, лопатках колес центробежных насосов.

Возникающие повреждения элементов топливорегулирующей аппа­ратуры оказывают различное влияние на работу ГТД. Так, повреж­дения плунжеров вызывают снижение производительности топливного насоса-регулятора, что не позволяет достичь требуемой мощности, а в некоторых случаях это может привести к остановке ГТД.

При заклинивании одного лишь плунжера происходит колебание частоты вращения в результате возникновения сильной пульсации топлива. В отдельных случаях "зависание" плунжера насоса-регуля­тора вызывает только колебания давления топлива при стабильной частоте вращения.

Заклинивание золотника центробежного регулятора в гильзе может вызвать самопроизвольную остановку ГТД или увеличение его частоты вращения сверх заданной в зависимости от положения зак­линенного золотника.

При заклинивании клапана постоянного перепада может прои­зойти перенастройка наклонной шайбы и уменьшение производитель­ности насоса-регулятора. В конечном итоге это может вызвать само­выключение ГТД и привести к отказу его запуска.

Ненормальная работа гидрозамедлителя может привести к "зави­санию" частоты вращения ГТД. Этому также способствует негерметич­ность клапана автомата запуска. При разрушении его мембраны возможен отказ запуска из-за снижения давления топлива перед расп­ределительным клапаном.

К "зависанию" частоты вращения во время запуска и его отказу может привести неисправность ограничителя нарастания давления топлива, вызванная нарушением герметичности манжеты поршня из-за попадания под нее твердых частиц загрязненного топлива. К таким же результатам приводит заклинивание золотника во втулке, вызываю­щее излишний перепуск топлива, и неисправность распределитель­ного клапана.

Анализ основных повреждений и неисправностей топливорегулирующей аппаратуры судовых ГТУ показывает, что они возникают в основном вследствие загрязнения и обводнения топлива. Поэтому в процессе ее эксплуатации необходим тщательный контроль за качест­вом топлива и использования мер, направленных на его очистку и обезвоживания. Сюда же относятся мероприятия, предусматривающие ее консервацию (заполнение ее на период бездействия обезвоженньм дизельным топливом, маслом или специальными консервирующими сос­тавами).

Перечень основных неисправностей, возникающих в процессе эксплуатации судовых ГТУ и причин их вызывающих, приведен в табл.3.3[11].

Таблица 3.3.

Характерные неисправности при работе корабельных

ГТУ и их причины

Признаки неисправности

Возможная причина неисправности

Отсутствует давление пускового воздуха. Отсутствует давление топлива перед рабочими форсунками. Топливо не воспламеня­ется. Отказ запуска Двигатель не выходит на частоту вращения холостого хода. Повышенное давление топлива перед рабочими форсунками. Повышенная температура масла на входе в ГТУ. Температура масла на выходе из ГТУ выше допустимых норм. Повышенная температура подшипников редуктора. Изменение "скольжения" КВД-КНД выше допустимых норм (повышенная темпе­ратура газов за ТВД на установив­шихся режимах ра­боты ГТУ). Повышенная вибрация и шум во время работы. Недостаточное давление масла на входе в ГТУ. Колебание давления масла в масляной системе ГТУ. Центрифуги выбрасывают масло. Пульсирует давление топлива перед форсунками. Колебание частоты вращения ГТД. Самопроизвольное снижение частоты вращения ГТД или его остановка. "Зависание" частоты вращения ГТД. Не закрывается лента перепуска воздуха. Частота вращения открытия и закрытия ленты перепуска воздуха не соответ­ствует техническим условиям. Велика номинальная частота вращения. Высокая температура газов за ТВД на номинальном режиме. Низкая температура газов за ТВД на номинальном режиме. Мала номинальная частота вращения при нормальной температуре газов за ТВД. Засоление циркуля­ционного масла. Соленость отстоя более 15° Бр Обводнение топлива.

Не срабатывает топливный кран. Не работает пусковой топливный насос. Не работает стоп-кран. Заклинен в закрытом положении распределительный клапан APT. Топливный насос-регулятор не создает давления. Отсутствует искрообразование на свечах зажигания. Отсутствует давление воздуха во втором канале рабочих форсунок. За­сорены форсунки воспламенителей. Неисправности APT: неоткрытие распре­делительного клапана из-за заклинива­ния золотника, негерметичность поршня ОНД, повреждение мембраны автомата за­пуска, негерметичность клапана автома­та запуска, засорение дренажа подмембранной полости автомата запуска. Неисправны: стартеры или цепи их управ­ления. Неисправна система управления. Разрегулирована частота вращения холостого хода. Клапан автомата запуска заклинен в открытом положении. Засорены фильтры рабочих форсунок. Засорены рабочие форсунки. Недостаточное охлаждение масла. Дефект термопары или термометра. Подплавление подшипника. Дефект термопары или термометра. Засорены проточные части компрессоров Обрыв рабочей лопатки компрессора или турбины. Разрушение подшипниковых опор компрессоров или турбин.Обледенение компрессора. Заклинивание скользящих опор ГТУ. Возникновение вибрацион­ного горения. Нарушение центровки ГТД и ре­дуктора, а также редуктора и валопровода. Нарушена герметичность масляных коммуникаций. Ненормальная работа маслоагрегата. Засорился масляный фильтр. Повышенный расход масла на ГТД. Проникновение воздуха в масляную систему или маслоагрегаты. Центрифуги не вращаются Неисправен топливный насос-регулятор ("завис" плунжер). Нарушена герметичность электромагнитного топливного крана пусковой системы. Заклинен один или два плунжера топливного насоса-регулятора. Неисправности топливного насоса-регулятора; повреждение плунжеров, заклинивание золотника центробежного регулятора или клапана постоянного перепада. Остановился топливоподкачивающий насос. Сработала защита. Засорение дроссельного пакета или повышенная утечка топлива из полости поршня гидро­ замедлителя топливного насоса-регулятора. Неисправности APT: нарушение герметичности клапана автомата запуска или герметичности манжеты поршня ОНД, возникновение высоко­частотных колебаний золотника ОНД и его "зависание", высокочастотные колебания распределительного клапана, заклинивание золотника распределительного клапана. Отсутствует подача сжатого воздуха к механизму управления лентой перепуска воздуха. Нарушена регулировка или неисправен центробежный датчик. Неисправен тахометр. Нарушена регулировка номинальной частоты вращения. Открыта лента перепуска воздуха. Загрязнены проточные части компрессоров. Замыкание термопар. Нагрев проводов термопар от ГТД. Неисправность проводов термопар. Плохие контакты в соединениях. Неисправен тахометр. Попадание забортной воды в систему циркуляционного масла через дефектные масло- или воздухоохладители, неплотности закрытий цистерн. Прием обводненного топлива с танкера. По­падание забортной воды через неплотности закрытий цистерн.

Перечень основных неисправностей судовых ГТД, возникающих в процессе эксплуатации и причин их вызывающих, приведен в табл.3.4 [16].

Таблица 3.4.

Характерные неисправности при работе судовых ГТД

и их причины

Признаки неисправности

Возможная причина неисправности

Проворачивание ГТД осуществляется с трудом. Ток на валоповоротный электродвигатель возрос. Пусковой электродвигатель не работает при нажатии кнопки "Пуск". Топливо в камерах сгорания не воспламеняется при вращении ТК от пускового электродвигателя. ГТД не разгоняется от оборотов холостого хода до полных. При разгоне от холостых оборотов до полных ГТД по­падает в помпаж. Самопроизвольная остановка ГТД. Во время длитель­ной работы ГТД попадает в помпаж. Снижается мощность ГТД с течением времени. Вибрация ТК. Вибрация подшипника, сопровож дающаяся повышением его температуры. Вибрация редуктора. Вибрация в районе гребного вала. Вибрация камер сгорания. Посторонние звуки, шум и скрежет при работе ГТД. Предельный регулятор не выключает турбину при превышении преде­льных оборотов. Шум и звуки ударного характера в редукторе. Повышенный нагрев упорного подшипника. Выбивание масла из подшипников. Вспенивание масла в редукторе. Внезапное повышение давления в масляных системах регулирования. Качание системы регулирования (качание параметров ГТД при работе).

Задевание ротора ТК о статор; коррозия шеек валов в подшипниках скольжения; неисправны подшипники скольжения; подплавлен упорный подшипник; неполностью отдан тормоз гребного вала или мало отжат дейдвудный сальник; отсутствие масла в некоторых подшипниках; неисправность валоповоротного устройства; неправильная центровка и сборка двигателя. Пусковые аккумуляторы разряжены; нет питания от судовой электростанции; неисправны контакты или реле системы пуска; поврежден пусковой двигатель. Не работает запальное устройство; засорились свечи; недостаточно интенсивна искра; пробит кабель; засорились запальные форсунки; мало давление топлива перед запальными форсунками; недостаточная скорость вращения из-за малой мощности пускового электродвигателя, питаемого от аккумуляторов; недостаточное давление топлива; мало топлива в расходной цистерне; засорился фильтр; попал воздух в топливную систему; протечки топлива в сис­теме регулирования; засорились форсунки (повышенное давление топлива); низкая темпе­ратура топлива. Клапан подачи топлива в ненормальном положе­нии; недостаточное давление топлива или за­сорены форсунки; неисправна система регулирования. Большая подача топлива. Помпажный режим из-за высокой или низкой тем­пературы окружающего воздуха; неисправна антипомпажная система; загрязнение лопаток компрессора; нарушение работы топливоподающей и регулирующих систем из-за засорений; обесточивание. Резко изменились атмосферные условия; заг­рязнение лопаток компрессора; обледенение входа в компрессор (сопровождается понижени­ем оборотов и повышением температуры на входе в турбину). Появились отложения на лопатках компрессора или турбины; отложения в промежуточном охладителе или регенераторе; утечки воздуха в ре­генераторе (одновременно наблюдается повыше­ние температуры газа). Прогиб ротора или корабление корпуса из-за быстрого пуска и остановки или неправильного режима прогрева пуска и остановки; неуравно­вешенность ротора вследствие поломок лопаток, неравномерных отложений в проточной части турбин и компрессоров или обледенение первых ступеней компрессора и других причин; непра­вильная центровка или расцентровка муфт (виб­рация подшипников в районе муфт); задевание лопаток (частота вибрации пропорциональна оборотам); ослабление посадки на валу дисков и втулок. Неустойчивая работа шейки ротора в подшипнике из-за неправильно выбранных зазоров, недостаточного поступления масла или низкой его температуры (вибрация неустойчивая, имеет переменную амплитуду); ослабление крепления кор­пуса и вкладышей в подшипнике (вибрация неус­тойчивая, шум в подшипнике); овальность шеек ротора (вибрация с двойной частотой). Неправильная балансировка или центровка. Изгиб или поломка лопастей гребного винта. Пульсационное сгорание из-за износа сопел форсунок. Задевание рабочих лопаток из-за больших осевых зазоров в упорном подшипнике, ослабления крепления лопаток, быстрого пуска или остановки; корабление корпуса. Заедание бойка; чрезмерно затянута пружина; большой зазор между собачкой и бойком. Поломка зубьев; попадание посторонних пред­метов в редуктор; плавание в штормовых или ледовых условиях. Высокая температура масла, поступающего на смазку из-за недостаточного охлаждения; недостаточное поступление масла вследствие засоре­ния фильтров; попадание воды и шлама в масло или наличие воздуха в системе. Большой зазор в стыке между верхней и нижней половиной корпуса; большие зазоры или повреж­дения масляных уплотнений. Переполнение редуктора. Разрыв сильфона редукционного клапана. Недостаточно давление рабочей среды; неустойчивая работа импеллера.