6.2.1 Повреждения лопаточного аппарата компрессоров и турбин

Отказы, относящиеся к лопаточным аппаратам, характерным для всех типов ГТ. При осмотрах лопаточных аппаратов обнаруживаются трещины, а также обрывы пера лопаток (рис. 6.1). Обрывы пера лопаток из-за разбалансировки могут приводить к резкому возрастанию амплитуды вибраций ротора турбомашины, что, в свою очередь требует остановки ГТА. Повреждения лопаточного аппарата компрессоров могут возникнуть и при обледенении, которое наблюдается при определенных атмосферных условиях. Утолщение лопаток ВНА при обледенении вызывает возрастание нестационарных нагрузок на РЛ и их усталостные поломки.

6.2.2. Отказы из-за наличия вращающегося срыва и помпажа.

При вращающемся срыве происходит изменение режима с переходом на уменьшенные π_к и расходы воздуха, что сопровождается резким снижением КПД и повышением температуры газа. Рост температуры не позволяет увеличить расход топлива, чтобы увеличить частоту вращения ротора и выйти из режима "зависания" ГТА. Очевидно также, что режим вращающегося срыва всегда сопровождается повышенными вибрациями лопаток, как рабочих, так и направляющих.

Режимы помпажа, неустойчивых периодически колебательных процессов со значительными пульсациями всех параметров (давления, расхода и т.д.), обычно реализуются при наличии значительных присоединенных объемов, которые и определяют частоту колебательного процесса. Режим вращающегося срыва обычно предваряет режим помпажа. Режим помпажа наиболее опасен по забросам температуры (перегрев элементов, термоудар), так и по механическим нестационарным воздействи­ям на элементы ротора и статора.

6.2.3 Отказы из-за вибрации газотурбинного агрегата

Повышение вибрации турбоагрегата могут возникать не только из-за помпажа, но и по другим причинам, а потому их следует отнести к самостоятельней группе причин отказов.

Причиной повышенных вибраций может быть изменение условий посадок элементов роторов под действием центробежных сил инерции. Это возможно, в частности, в конструкциях, где диски турбомашины соединяются торцевыми шлицами и стяжными болтами (болтом) и усилие затяжки в условиях эксплуатации оказывается недостаточным. Повышенные вибрации наблюдаются и из-за близости рабочих оборотов к резонансным вследствие снижения собственных частот при нестабильности характеристик жесткости опор, или из-за неравномерных тепловых расширении опор и их расцентровок.

Отметим также, что кроме поперечных вибрации могут возникать и крутильные колебания (ТВД и вертолетные ГТ).

6.2.4. Разрушения дисков

Разрушения дисков турбин и компрессоров приводят к наиболее тяжелым последствиям - разрушению не только турбоагрегата, но, нередко, и турбоустановки. Разрушения дисков турбины обычно более часты по сравнению с разрушением дисков компрессора из-за более тяжелых условий работы и их существенно большей массы. Начальные повреждения дисков могут быть проконтролированы при технических осмотрах с помощью эндоскопической аппаратуры, что позволяет своевременно предотвратить аварийную ситуацию.

К характерным типам повреждений дисков турбин можно отнести трещины на ободе в пазах елочных замков. Наиболее частая причина этого - малоцикловая (термическая) усталость, особенно часто проявляющаяся при частых пусках и остановах ГТА. Возможны разрушения дисков и из-за перегрева, особенно в условиях статических перегрузок при "забросах" частоты вращения ротора.

Рост числа отказов может наблюдаться и при потере пластичности материалом дисков при работе в условиях высоких температур. Такая возможность должна предусматриваться и устраняться на этапе проектирования турбин и выбора материалов.