1. Отказы газотурбинных установок

Характерные отказы газотурбинных установок на отечественных станциях приведены в табл. 1³.

Отказы основных элементов энергетических ГТУ

Таблица 1

Отказавший элемент или система	Доля от общего числа отказов, %
	1970 – 1974 гг.	1975 –1979гг.
Рабочие лопатки и ротор турбины	31	29,3
Направляющие лопатки и диафрагмы турбины	8	21,2
Рабочие лопатки и ротор компрессора	12	4,8
Направляющие лопатки компрессора	4	5,3
Камеры сгорания и газоходы	11	6,3
Подшипники	6	14,4
Теплообменники, выхлопные устройства	6	5,8
Корпуса и уплотнения	4	3,4
Арматура, воздуховоды и другие трубопроводы ГТУ	7	1,4
Вспомогательные устройства и фундаменты	7	3,3
Прочие	4	4,8
Всего	100	100

Как следует из табл.1, наиболее часто отказывают рабочие лопатки турбин. Это связано с тем, что турбинные лопатки являются самым напряжённым элементом ГТУ. Рабочие лопатки турбин повреждаются вследствие действия высоких температур газа, повышенных нагрузок от центробежных сил и сил давления газа, вибрации, коррозионного действия продуктов сгорания топлива и эрозии со стороны пылевых частиц в цикловом воздухе. Во время запуска при «забросах» температур газа градиенты температур металла рабочих лопаток турбин достигают нескольких десятков градусов на миллиметр, что вызывает накопление термоусталостных повреждений. Увеличение числа запусков вызывает быстрый износ всех горячих деталей ГТУ.

Причинами поломок лопаток компрессоров чаще всего являются помпаж, коррозия, эрозия и вибрация. При действии этих факторов на поверхности лопаток возникают усталостные микротрещины, риски и коррозионные язвы. Циклические нагрузки и вибрация приводят к развитию трещин и к уменьшению сечения лопаток. В результате снижения прочности происходит обрыв лопатки, который, как правило, сопровождается повреждением всей проточной части.

Отказы камер сгорания ГТУ обычно связаны с нарушением процесса горения топлива и искажением факела пламени в жаровой трубе, что вызывает пожоги стенок, коробление и трещины. Искажение факела пламени наблюдается при разрушении сопел форсунок, при загрязнении каналов подвода воздуха в камеру сгорания, при нарушении режима работы ГТУ, а также при отказах автоматики в системе управления и защиты.

Подшипники компрессоров и турбин отказывают в основном из-за нарушения режима смазки или при перегрузках. При недостаточной смазке (масляное голодание) происходит подплавление подшипников скольжения и разрушение шариков и роликов в подшипниках качения. При разрушениях подшипников повреждаются уплотнения роторов, и может нарушиться положение ротора относительно статора. В результате задевания ротора о статор, как правило, повреждаются лопатки компрессоров и турбин.

На различных этапах жизненного цикла с увеличением наработки меняется соотношение между отказами элементов ГТУ и их общее количество. Наибольшее число отказов наблюдается на начальном этапе эксплуатации, когда выявляются отказы из-за конструкционных и технологических недоработок. При увеличении наработки до величин, соизмеримых с назначенным ресурсом, растёт число деградационных отказов. В табл.2. приведены отдельные данные по отказам ГТУ в энергетике ФРГ. Эти данные получены по 96 ГТУ обычной конструкции и 22 ГТУ авиационного типа.

Причинами отказов ГТУ могут быть ошибки при проектировании, дефекты монтажа, а также нарушения положений эксплуатационной документации. В табл.2 приведены отдельные данные по причинам отказов энергетических ГТУ.

Распределение отказов ГТУ по наработке, %

Таблица 2

Элемент или система ГТУ	Наработка, тыс.ч.								Среднее время ремонта, дней
	2,5	2,5-5	5-10	10-15	15-20	20-25	25-30	30-40
Турбина	24,7	7,4	15	15,5	27,6	8,8	10,3	4,3	78
Компрессор	8,2	1,4	2,5	5,2	2,1	3,0	6,8	13	59
Камеры сгорания и газоходы	7,9	-	2,5	3,4	4,2	5,8	3,4	-	27
Подшипники	8,5	1,4	6,2	3,4	6,4	5,8	-	-	32
Теплообменники и газовыхлоп	4,7	-	-	5,2	2,1	3,0	3,4	-	27
Прочие	8,2	2,9	3,8	5,2	8,5	-	6,8	9,0	20
Всего	62,2	13,1	30,0	37,9	50,9	26,4	30,7	26,3	-