4. Каким образом используются результаты вибрационной диагностики при балансировке роторов?

Физический смысл операций, положенных в основу динамической балансировки проще и нагляднее всего пояснить с помощью векторных построений. Такую возможность предоставляет тот факт, что дисбаланс может быть охарактеризован уровнем вибрации на частоте вращения ротора, т.е. уровнем на дискретной частоте. А вибрация на конкретной частоте есть величина векторная, т.е. ее полное описание включает в себя не только величину, но и направление вибрации или ее фазу (в отличие от, например, общего уровня вибрации в широкой полосе частот, который является энергетической характеристикой вибрационного процесса и является величиной чисто скалярной). В общем виде задачу балансировки можно сформулировать следующим образом: - дан вращающийся ротор, имеющий динамически неуравновешенные массы. Расположение этих масс и их величины неизвестны, доступно только измерение вектора вибрации (величины и фазы) от суммарного дисбаланса всех неуравновешенных масс. Имеется возможность устанавливать на ротор известные массы в известном угловом положении по окружности ротора. Место установки масс называется плоскостью балансировки. Обычно по длине ротора располагается одна такая плоскость, реже две плоскости. Но в отдельных случаях, на длинных составных роторах мощных энергетических машин таких плоскостей может быть до 8-10; - в результате балансировки необходимо определить величину и угловое положение массы, которая минимизирует суммарный динамический дисбаланс ротора. Критерием достижения цели является минимизация, т.е. снижение до определенной, заранее заданной величины, уровней вибрации на частоте вращения в контролируемых точках механизма.

4. Назовите технологические способы восстановления работоспособности и продления ресурса работы лопаточного аппарата турбины.

Рабочие лопатки, являющиеся одними из самых ответственных и дорогостоящих деталей в газотурбинных двигателях, подвергаются непосредственному воздействию высокой температуры газового потока, значительным напряжениям от центробежных и аэродинамических сил.

Известно, что с увеличением наработки такой показатель как надежность лопаток, не остается постоянным, а претерпевает изменения даже при расчетных условиях эксплуатации [3]. Это обусловливает необходимость разработки методик и мероприятий, определяющих возможность увеличения их ресурса и повышения надежности работы лопаточного аппарата в процессе длительной эксплуатации.

Данное обстоятельство тесно связано с расширением базы теоретических знаний и экспериментальных исследований в области прочности материалов и механизмов разрушения, рабочих ступеней лопаточного аппарата газовых турбин, обеспечивающих необходимую длительность их эксплуатации, измеряемую десятками тысяч часов [4, 5], разработки и внедрения технологических операций, позволяющих повысить конструкционную прочность, надежность и продлить ресурс лопаток турбин после нормативной эксплуатационной наработки. Одной из главных причин выхода из строя газоперекачивающих агрегатов (ГПА) являются поломки рабочих лопаток турбин. Основным показателем, определяющим работоспособность лопаток в течение длительной эксплуатации, является их характеристики сопротивления усталости, которые претерпевают изменения в процессе наработки. Сопротивление усталости турбинных лопаток может в значительной степени изменяться вследствие воздействия конструкционных, технологических и эксплуатационных факторов. Анализ отказов ряда промышленных турбоагрегатов показал, что примерно в 80% случаев аварии происходят из-за усталостных повреждений лопаток. В «Тюментрансгазе» в период с 1988 по 2000 гг. произошло более 150 отказов турбин по этой причине. В ходе проведения работ по оценке технического состояния и продлению ресурса ГПА с наработкой, превышающей нормативную (100 тысяч часов), в период с 1998 по 2005 гг. было обследовано более 125 агрегатов типа ГТК-10, установленных на предприятиях ООО «Севергазпром» и ООО «Тюментрансгаз». Опыт обследования показал, что одной из основных причин браковки лопаток являются трещины на профильной части, образовавшихся по причине усталости. Следовательно, определение доминирующих факторов, влияющих на характеристики сопротивления усталости рабочих лопаток и определяющих их снижение в процессе длительной эксплуатации, является важным предметом для исследований.

Несовершенство конструкции и технологии изготовления, рассеяние механических характеристик материала могут служить причиной пониженного уровня усталостных характеристик новых лопаток. Однако, даже при условии правильного проектирования и соблюдения оптимальных параметров технологического процесса изготовления лопаток, в эксплуатации имеют место отказы и разрушения лопаток турбин

Статистические данные, базирующиеся на расследованиях причин аварийного выхода их строя турбин на магистральных газопроводах, свидетельствуют, что абсолютное большинство случаев аварийного выхода из строя стационарных газотурбинных агрегатов связано именно с усталостными разрушениями рабочих лопаток.

Причинами этого могут служить изменения, происходящие с турбинными лопатками в результате длительного воздействия повреждающих эксплуатационных факторов, в той или иной степени, приводящие к снижению их конструкционной прочности.

Таким образом, сопротивление усталости турбинных лопаток с длительной эксплуатационной наработкой не остается постоянной, а претерпевает изменения. Степень снижение характеристик сопротивления усталости зависит от многих факторов конструкционного, технологического и эксплуатационного происхождения.

Анализ механизмов возникновения и степени воздействия отдельных факторов позволит выявить среди них доминирующие, наиболее часто встречающиеся при эксплуатации лопаток и наиболее сильно влияющие на работоспособность лопаток. Для повышения надежности турбинных лопаток с длительной эксплуатационной наработкой и продления их ресурса необходима разработка мероприятий, направленных на снижение их отрицательного влияния на характеристики сопротивления усталости рабочих лопаток стационарных ГТУ.