Неисправности осевого компрессора

И их диагностические признаки

Наиболее распространен занос проточной части мелкими аэрозолями вследствие отсутствия или неэффективной работы фильтров тонкой очистки. Затем – эрозионный износ профильной части лопаток и вершин рабочих лопаток крупными аэрозолями. Особенно большой вред наносит увеличение радиальных зазоров над рабочими лопатками (РЛ). Этому может способствовать и коробление деталей статора вследствие их недостаточной жесткости. Такие дефекты приводят к падению давления за компрессором, повышению приведенной температуры за ним при той же приведенной частоте вращения, что является диагностическими признаками снижения внутреннего КПД компрессора.

Такое же влияние оказывает повреждение лопаток посторонними предметами, однако главная опасность заключается в поломке лопаток, даже если они не сломаны, а только изменились межлопаточные каналы. Увеличение радиальных зазоров диагностируют помощью емкостных, индукционных и других датчиков, а на остановленном агрегате – с помощью механических и оптических устройств.

Другая группа характерных для осевого компрессора неисправностей, влияющих на надежность: задевания в проточной части, трещины в лопатках и обрыв РЛ вследствие высоких вибронапряжений. Эрозия лопаток приводит к ослаблению сечения пера, появлению концентраторов напряжений в виде механических выемок, подрезов. Частотные характеристики лопаток меняются, что грозит виброполомкой. Иногда возникает неравномерный вредный наклеп, снижающий пластичность материала.

Диагностика РЛ компрессора обычно осуществляется при обследовании с помощью эндоскопов.

Поворотные направляющие лопатки компрессора могут заедать, настройка их может нарушаться, что грозит помпажем компрессора или поломкой РЛ. Обледенение входного тракта компрессора приближает рабочую линию к границе устойчивости, а обледенение ВНА грозит поломкой РЛ первой ступени.

Диагностическим признаком обледенения входного тракта может служить увеличение разрежения перед ВНА, возможно заметное повышение вибрации.

Неисправная работа противопомпажных воздуховыпускных клапанов, так же как и заедание поворотных лопаток ВНА, может привести к помпажу компрессора. Неплотность клапанов на рабочих режимах приводит к вредной утечке воздуха, часто сопровождаемой свистом.

Помпаж компрессора может наблюдаться при запуске неостывшей ГТУ и при резких набросах температуры перед турбиной, например, вследствие помпажа ЦН, а также при снижении давления перед ВНА, вследствие загрязнения воздушных фильтров и при возникновении неравномерности потока перед ВНА. При пуске ГТУ первые ступени компрессора проходят через вращающийся срыв.

Неисправности турбины

На внутренний КПД турбины влияет образование отложений на профильной части лопаток и увеличение радиальных зазоров над рабочими и под сопловыми лопатками. Коробление статорных деталей турбины при несовершенной конструкции их системы охлаждения может вызвать возрастание радиальных зазоров даже на несколько миллиметров в основном за счет срабатывания утонений на РЛ или гребней на лопатках с полками.

Износ лабиринтовых уплотнений также увеличивает вредные протечки, равно как и задевания в лопаточном аппарате. Лопатки могут получить ударно-механические повреждения при попадании посторонних предметов, от вылетевшей РЛ.

Диагностические признаки снижения эффективности турбины разнообразны и обычно рассматриваются в комплексе с ГТУ в целом.

Многочисленные дефекты снижают надежность работы турбины. К ним относятся термоусталостные трещины в выходных кромках сопловых и рабочих лопаток неохлаждаемых первых венцов. Для полых охлаждаемых СЛ и РЛ нередки прогары тонких стенок при нарушениях в системе их охлаждения или при большой неравномерности температурного поля камеры сгорания. Возможно выкрашивание кромок лопаток.

На лопатках, имеющих жаростойкое или термобарьерное покрытие, оно может отслаиваться или выкрашиваться. Неохлаждаемые лопатки без покрытий подвержены обезлегированию поверхностного слоя. Материал лопаток из сплава на никелевой основе претерпевает укрупнение зерен и снижение длительной прочности.

Полые тонкостенные охлаждаемые лопатки могут получать коробление вследствие неравномерного нагрева и градиентов температур. При перегревах или пережогах лопаток меняются их цвет и прочностные свойства. Происходит вредное изменение микроструктуры и ускоренный рост зерна. Для РЛ опасна неравномерность температурного поля по радиусу, для СЛ первой ступени - и по радиусу, и по окружности. Вследствие перегрева возможна вытяжка РЛ, а при повышенных вибронапряжениях возможен их обрыв. В новых конструкциях для контроля температуры охлаждаемых РЛ турбины используют оптические пирометры. Поверхностные слои лопаток подвергаются тепловым ударам, особенно при погасании факела в камере сгорания. Это приводит к снижению прочностных свойств, к появлению и росту микротрещин, появлению окалины.

Для дисков и роторов возможно нарушение работы системы охлаждения, часто при заносе пылью и продуктами коррозии каналов для прохода охлаждающего воздуха. В охлаждаемых статорных деталях турбины при заносе каналов или появлении утечек возникают коробления. Плотность и чистота каналов системы охлаждения должна обязательно проверяться при ремонтах.

При повышенной вибрации лопаток и достаточно высокой их вибропрочности могут возникнуть трещины в елочных пазах дисков.

Для одноступенчатых турбин, имеющих посадку дискового ротора на радиальных пальцах, возможны нарушения посадки и возникновение боя дисков.

В сболченных роторах возможно ослабление затяжки болтов, например вследствие недопустимо высоких напряжений при поперечных колебаниях ротора. Сопловые аппараты диафрагменной конструкции могут получать остаточные деформации.

При перекрытии хотя бы одного соплового канала при большом и неравномерном изменении выходных сечений сопловых аппаратов может произойти виброполомка рабочих лопаток. Усталостные повреждения - наиболее распространенная причина разрушения рабочих лопаток. Вначале образуются микротрещины, затем они сливаются в более заметную. Перед поломкой изменяется частота вибрации лопатки, что может служить диагностическим признаком. Изменяется и положение торцевой поверхности лопатки по отношению к статору, что также используется в качестве диагностического признака.

Возможно также коробление корпуса турбины и обойм вследствие неравномерности температурного поля как при прогреве и наборе нагрузки, так и при длительной эксплуатации.