3.5. Дефекты камер сгорания

При доводке и эксплуатации газотурбинных двигателей в камерах сгорания встречаются различные дефекты. Укажем некоторые, наиболее характерные из них.

Отложение нагара на стенках часто приводит к не­поладкам в работе камер и их повреждениям.

Появление нагара в ви­де толстого слоя сажи и кокса на стенках жаровой трубы показывает, что в ка­мере имеются зоны с недо­статочным количеством воз­духа, вследствие чего проис­ходит неполное сгорание топлива.

Н агар изолирует металлическую поверхность стен­ки от охлаждающего воз­духа и создает в ней боль­шие местные перегревы. Это влечет за собой появление местных температурных на­пряжений и, как следствие, коробление или растрескива­ние стенок жаровой трубы. Примеры коробления стенок жаровой трубы приведены на рис. 22. В результате отложения нагара может нару­шиться структура газового потока, что приведет к прогрессивному ухуд­шению условий горения и неудовлетворительному распределению темпе­ратуры газов перед турбиной.

Рис. 22. Коробление стенок жаровой трубы в продольном (а) и поперечном (б) направлениях

Нагар обычно возникает вследствие неправильного подвода воздуха в жаровую трубу. Место подвода и площади сечений подводящих отверстий выбираются на основании большого числа опытов, проводимых с камерами сгорания на специальных установках при различных режимах работы двигателя.

Существенным дефектом камер также является возникновение во время работы двигателя усталостных трещин в наружных кожухах, секциях жаровых труб и соединительных патрубках как у сварных швов, так и вдали от места сварки. Примеры образования трещин в деталях камер сгорания и жаровых труб показаны на рис. 23.

Если уста­новлено, что в элементах камеры имеет место явление резонанса, то устранить разрушение камер можно двумя способами. Наиболее труд­ным из них является устранение самой причины колебаний, т. е. такая переделка воздушно-газового тракта двигателя, при которой устра­няются или ослабляются колебания давлений газа, и частота, вызываю­щая явление резонанса. Для этого необходима большая работа по вне­сению изменений в конструкцию компрессора (в осевом компрессоре — изменение числа рабочих и спрямляющих лопаток, в центробежном ком­прессоре — изменение числа лопаток колеса и диффузора) и другие меры.

Рис. 23. Разрушения камер сгорания и жаровых труб:

а—усталостные трещины на наружном кожухе камеры сгорания; б—трещины в передней части жаровой трубы

Второй способ устранения усталостных трещин заключается в изме­нении частоты собственных колебаний оболочки (деталей камеры), для чего бывает достаточно, например, подобрать длину и диаметр кожуха, а также толщину материала.

В некоторых случаях устраняют колебания камер изменением процесса сгорания, улучшением стабилизации пламени, изменением системы распределения воздуха и др.

Могут появляться трещины в жаровой трубе у краев отверстий, служащих для подачи воздуха, или у места окончания наружных фрезе­рованных ребер. Эти трещины возникают от частых изменений темпе­ратурного режима работы камер. Появлению их могут в значительной мере способствовать внутренние напряжения, остающиеся после штам­повки или фрезеровки, а также различного рода риски и заусенцы на стенках отверстий. Главную роль при этом играет эффект концентрации напряжений.

Для получения гладкой поверхности необходимо после сверления развертывать отверстия и снимать в них зенкером фаски. Это устранит острые кромки и, кроме того, уменьшит сопротивление входу воздуха.

Трещины могут возникать также вследствие большой разницы температур у края отверстия, кото­рый интенсивно охлаждается, и у мест стенки, отстоящих на некотором расстоянии от отверстия. Нередко трещина имеет круговое распростра­нение и, замыкаясь, приводит к тому, что кусок жаровой трубы отламы­вается и уносится потоком газов в турбину, вызывая поломку ее лопаток.

Прогары жаровых труб возникают от местных перегревов (рис. 24). Перегревы могут быть по разным причинам: при негерметичности форсунок, при дефектах в работе форсунок, при плохом охлажде­нии из-за нарушения величины зазоров между жаровой трубой и кожу­хом и по другим причинам.

Рис. 24. Прогар головки жаровой части кольцевой камеры ТВД:

а—вследствие негерметичной форсунки или горячего состояния форсунки; б—из-за плохого охлаждения

Дефекты в работе форсунок возникают от закоксования каналов и фильтров (при установке индивидуальных фильтров перед каждой форсункой). При этом уменьшается расход топлива через засорившуюся форсунку и увеличивается расход через менее засоренные и незасорившиеся форсунки. Это приводит к резкому изменению тепловой нагрузки отдельных камер, приводящему к изменению теплового режима не только камеры, но и соплового аппарата турбины.