Характерные неисправности КС

К основным неисправностям КС, обнаруживаемым в эксплуатации, относятся прогары, коробления и трещины. Причинами появления этих неисправностей являются возникновение нерасчетных повреждающих факторов и отклонения в технологии изготовления и сборки узла.

Возникновению нерасчетных повреждений способствует нагарообразование, появление которого свидетельствует о неполном сгорании топлива и несовершенстве организации процесса горения в данной камере. Отложение нагара на торцах форсунок искажает фронт пламени и поле температур. Это приводит к прогарам или перегреву и короблению стенок жаровой трубы, что еще более искажает структуру газового потока.

Образование нагара на стенке жаровой трубы приводит к изоляции стенки от охлаждающего воздуха, местному повышению температуры и короблению (потере устойчивости) данного участка жаровой трубы.

К короблению и последующему трещинообразованию стенок жаровой трубы приводит применение нестандартного или загрязненного топлива. В этом случае частичное засорение отдельных форсунок приводит к резкому перераспределению подаваемого в КС топлива и искажению структуры газового потока. К аналогичным результатам приводит попытка повторного запуска двигателя без предварительной холодной прокрутки и продувки газовоздушного тракта. Несмотря на наличие дренажного клапана, соединяющего нижнюю полость камеры с системой дренажа, загорание остатков топлива на стенках камеры при повторном запуске может привести к перегреву и короблению камеры.

Другой распространенный дефект КС, обнаруживаемый при периодическом осмотре внутренних полостей, - трещинообразование. Основная причина появления трещин – значительный температурный градиент, например, на кромках отверстий подвода вторичного воздуха, в местах стыка горячей и относительно холодной оболочек. Появлению таких трещин способствуют отклонения в геометрии деталей или технологии их изготовления и сборки.

Действия экипажа при неустойчивой работе КС

При эксплуатации ГТД в определенных условиях может возникнуть неустойчивая работа КС (главным образом форсажной), сопровождающаяся высокочастотными или низкочастотными колебаниями параметров газа.

Процесс горения в ФК, сопровождающийся высокочастотными колебаниями давления газа, называется вибрационным горением. Оно представляет собой автоколебательный процесс, развивающийся при определенных условиях из пульсаций потока, поступающего в ФК.

Энергия колебательного движения потока в значительной степени рассеивается вследствие вязкости газа. Вместе с тем колебания положения фронта пламени из-за пульсаций потока приводят к периодическому изменению тепловыделения, усиливающему колебания давления. В том случае, когда рассеяние энергии колебательного движения оказывается меньше, чем ее увеличение за счет изменения тепловыделения, развивается вибрационное горение. Наилучшие условия для возникновения вибрационного горения будут на повышенных режимах форсажа, когда колебания тепловыделения могут быть значительными.

Признаками вибрационного горения является тряска самолета и звук высокого тона в области выходного устройства. Вибрационное горение может привести к разрушению элементов ФК и реактивного сопла, поэтому в эксплуатации недопустимо. В случае возникновения вибрационного горения необходимо понизить степень форсирования тяги двигателя.

Тема 6. Газовые турбины

Требования к газовым турбинам. Типы и схемы ГТ

Газовой турбиной (ГТ) называется лопаточная машина, преобразующая энергию газового потока в механическую работу, используемую в ГТД для привода ОК, вспомогательных агрегатов и воздушного винта (в ТВД).

ГТ – важнейший узел двигателя, определяющий его ресурс и надежность работы, поэтому к ней предъявляются жесткие требования.

ГТ должна иметь возможно больший КПД, который для выполненных конструкций составляет 0,85-0,93, что обеспечивается: оптимальным выбором числа ступеней и параметров газа; тщательной профилировкой лопаток СА и РК; уменьшением перетекания газа через радиальные зазоры.

Необходимая мощность ГТ при наименьшей массе и габаритах достигается: увеличением температуры газа перед ГТ до 1400-1600 К; увеличением теплоперепада, срабатываемого на одной ступени ГТ.

Высокая надежность ГТ и большой ресурс обеспечиваются: применением жаропрочных и жаростойких материалов; снижением температуры наиболее нагретых деталей за счет эффективного охлаждения.

ГТ должна быть простой в ремонте, Это важно потому, что стоимость ГТ составляет 25-30% от стоимости двигателя.

Классифицируют ГТ в зависимости от направления движения газового потока, количества ступеней и каскадов, а также способов использования теплоперепада и подвода газа к РК.

По направлению движения потока различают осевые и радиальные (центростремительные) турбины. В осевых ГТ поток движется в основном вдоль оси ГТ, в радиальных – практически перпендикулярно к ней. Осевые ГТ используются практически во всех типах ГТД. Радиальные ГТ применяют при малых расходах газа,- в этом случае их КПД может превышать КПД осевых ГТ.

По числу каскадов различают одно-, двух- и трехкаскадные ГТ. Однокаскадными в настоящее время являются в основном турбины ГТД небольшой тяги (мощности), а также ВСУ. Большинство ГТ современных ГТД – двухкаскадные. В некоторых ТРДД применяют трехкаскадные схемы.

Иногда используются парциальные ГТ, где газовый поток подводится к СА в некоторой части окружности. Однако КПД такой ГТ меньше, и применяют их в авиационных ГТД в тех случаях, когда существенно улучшаются другие характеристики (компоновочные, массовые и др.).

В конструктивном отношении осевая ГТ имеет много общего с ОК. Она состоит из ротора и статора. Главными элементами ротора являются рабочие лопатки, воздействуя на которые поток газа заставляет вращаться ротор ГТ и механически связанные с ним узлы двигателя. Главными элементами статора являются лопатки сопловых аппаратов (СА), неподвижно закрепленные в корпусе.

По схеме преобразования энергии ГТ обратна ОК. Поступающий на ГТ предварительно сжатый и нагретый газ в СА расширяется, его скорость увеличивается. Кинетическая энергия, полученная в СА, преобразуется в РК в механическую работу вращения вала ГТ.

Осевые ГТ, как и ОК, могут выполняться одно-, двух- и многоступенчатыми. Число ступеней определяется назначением и конструктивной схемой ГТ, величиной располагаемого теплоперепада и нагрузкой на ступень. Различают многоступенчатые ГТ со ступенями давления (реактивные) и со ступенями скорости (активные). В авиационных ГТД нашли применение многоступенчатые ГТ со ступенями давления.Процессы преобразования энергии потока в каждой ступени многоступенчатой ГТ подобны, поэтому принцип работы ГТ можно рассмотреть на примере отдельно взятой ступени.