Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели

Подождите немного. Документ загружается.

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

510

Ðèñóíîê 8.9_3 – Ñðàâíèòåëüíûé ïðîäîëüíûé ðàçðåç áàçîâîé àâèàöèîííîé òóðáèíû Trent 800 (âíèçó) è

òóðáèíû Industrial Trent (ââåðõó) [8.9.1.3]

1 – íîâûé âûõîäíîé âàë; 2 – ïåðåïðîåêòèðîâàííûå ñòóïåíè

LM6000PC/PD [8.9.1.2] – îòëè÷àþùàÿñÿ, â îñíîâ-

íîì, êîíñòðóêöèåé ÒÍÄ. Áûëè ïåðåïðîåêòèðîâà-

íû ïîñëåäíèå ïÿòü ëîïàòî÷íûõ âåíöîâ ñ óâåëè÷å-

íèåì èõ äëèíû è óâåëè÷åíèåì îñåâîé ïëîùàäè íà

âûõîäå èç ÒÍÄ. Óìåíüøåíèå óðîâíÿ ñêîðîñòåé íà

ïîñëåäíèõ ëîïàòêàõ è íà âûõîäå èç ÒÍÄ ïîçâîëè-

ëî óâåëè÷èòü ê.ï.ä. ÒÍÄ è óìåíüøèòü ïîòåðè â çà-

òóðáèííîì âûõîäíîì óñòðîéñòâå. Â ðåçóëüòàòå

ýòîé ìîäåðíèçàöèè òóðáèíû ïîëåçíàÿ ìîùíîñòü

óñòàíîâêè âîçðîñëà äî 45 ÌÂò, à òåðìè÷åñêèé

ê.ï.ä. – äî 42,6%.

Òóðáèíà Industrial Trent (Rolls-

Royce) [8.9.1.3]

Äðóãèì ïðèìåðîì óñïåøíîãî ïðåâðàùåíèÿ

àâèàöèîííîãî äâèãàòåëÿ â ïðîìûøëåííûé ÿâëÿåò-

ñÿ 50-ìåãàâàòòíûé Industrial Trent (â ýêñïëóàòàöèè

ñ 1996) ôèðìû Rolls-Royce – ñ àâèàöèîííîãî äâè-

ãàòåëÿ Trent800 ñîõðàíåíû ÒÂÄ, ÒÑÄ è òðè èç ïÿòè

ñòóïåíåé ÒÍÄ. Êàê è LM6000, Industrial Trent èìå-

åò ðåêîðäíûé òåðìè÷åñêèé ê.ï.ä. ïðîñòîãî öèêëà –

42%. Êàê è â LM6000, ÒÍÄ ÿâëÿåòñÿ îäíîâðåìåí-

íî ÑÒ è ìåõàíè÷åñêè ñâÿçàíà ñ ÊÍÄ, òî åñòü íå

ÿâëÿåòñÿ ñâîáîäíîé òóðáèíîé.

Â Industrial Trent (ñì. Ðèñ. 8.9_3) ñîõðàíåíà

ñâÿçü ÒÍÄ ñ ÊÍÄ è ââåäåí âûõîäíîé âàë 1 äëÿ îò-

áîðà ïîëåçíîé ìîùíîñòè. Äâå ïîñëåäíèå ñòóïåíè

2 ÒÍÄ ïåðåïðîåêòèðîâàíû â ñâÿçè ñ óâåëè÷åíèåì

ïåðåïàäà äàâëåíèÿ è ìîùíîñòè.

Â ýòîé òóðáèíå ïðèìåíåíî èíòåðåñíîå òåõíè-

÷åñêîå ðåøåíèå – èçìåíåíèå ÷àñòîòû âðàùåíèÿ

ÒÍÄ äëÿ ïðèâîäà ãåíåðàòîðîâ íà 3000 èëè íà

3600 îá/ìèí, îñóùåñòâëÿåìîå çà ñ÷åò âûáîðà îä-

íîãî èç äâóõ âàðèàíòîâ ëîïàòîê äëÿ ÊÍÄ. Òàêèì

îáðàçîì, èñêëþ÷àþòñÿ ðåäóêòîð è ñâÿçàííûå ñ íèì

ïðîáëåìû.

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

511

ÃÒÓ-2.5/4Ï (ÎÀÎ «Àâèàäâèãàòåëü»)

Ê êîíñòðóêöèÿì ñî ñòîëü æå âûñîêîé ñòåïå-

íüþ ïðååìñòâåííîñòè îòíîñèòñÿ è ýíåðãîóñòàíîâ-

êà ÃÒÓ-2,5Ï/4Ï (2,5…4 ÌÂò), èñïîëüçóþùàÿ áåç

èçìåíåíèé ÒÂÄ è ÒÍÄ àâèàöèîííîãî äâèãàòåëÿ

Ä-30. Àâèàöèîííûé ÊÍÄ ñíÿò è ÒÍÄ ñëóæèò ñâî-

áîäíîé ÑÒ äëÿ ïðèâîäà ãåíåðàòîðà ÷åðåç ðåäóêòîð.

Òàê êàê íàãðóçêà ÑÒ (ïðè ñíÿòîì ÊÍÄ) îòíîñèòåëü-

íî íåâåëèêà, îêàçàëîñü âîçìîæíûì ïîëíîñòüþ ñî-

õðàíèòü ÒÍÄ áàçîâîãî äâèãàòåëÿ. Ðåàëüíàÿ ñòåïåíü

óíèôèêàöèè â ýòîé êîíñòðóêöèè åùå âûøå, òàê êàê

â íåé îêàçàëîñü âîçìîæíûì îáîéòèñü áåç äîïîë-

íèòåëüíîé ðàçãðóçî÷íîé ïîëîñòè è âñþ îñåâóþ

ñèëó ÑÒ âîñïðèíèìàåò øàðèêîïîäøèïíèê.

Îáùèå îñîáåííîñòè êîíñòðóêöèè òóðáèí äâè-

ãàòåëåé íàçåìíîãî ïðèìåíåíèÿ - ïðîèçâîäíûõ îò

àâèàöèîííûõ äâèãàòåëåé, èçëîæåíû íèæå.

Ìîäóëüíîñòü êîíñòðóêöèè, äîïóñêàþùàÿ

çàìåíó ìàêñèìàëüíî âîçìîæíîãî êîëè÷åñòâà óçëîâ

è äåòàëåé ïðÿìî íà ìåñòå ýêñïëóàòàöèè. Íà

Ðèñ. 8.9_4 ïðèâåäåíî ðàçäåëåíèå íà ìîäóëè òóðáè-

íû îäíîãî èç íàèáîëåå ïîïóëÿðíûõ ïðîìûøëåí-

íûõ äâèãàòåëåé LM2500 (GE Aircraft Engines).

Îòñóòñòâèå æåñòêèõ îãðàíè÷åíèé ïî ìàñ-

ñå,

õàðàêòåðíûõ äëÿ àâèàöèîííûõ òóðáèí. Âîçìîæ-

Ðèñóíîê 8.9_4 – Ìîäóëè ÒÂÄ è ÑÒ äâèãàòåëÿ LM2500 (GE Aircraft Engines)

íîñòü èñïîëüçîâàíèÿ áîëåå ìàññèâíûõ êîíñòðóêöèé

â îòäåëüíûõ ñëó÷àÿõ óïðîùàåò ïðîåêòèðîâàíèå êîð-

ïóñîâ è äèñêîâ

Ïðèìåíåíèå ñïëàâîâ ñ áîëåå âûñîêîé ïðî÷-

íîñòüþ, ñòîéêîñòüþ ê îêèñëåíèþ è êîððîçèè

äëÿ ðàáî÷èõ è ñîïëîâûõ ëîïàòîê ÒÂÄ - â òîì ÷èñ-

ëå ñïëàâîâ íàïðàâëåííîé êðèñòàëëèçàöèè è ìîíîê-

ðèñòàëëè÷åñêèõ (äàæå åñëè îíè íå èñïîëüçîâàëèñü

â áàçîâîé àâèàöèîííîé êîíñòðóêöèè). Íàïðèìåð,

â ÒÂÄ LM6000 ðàáî÷èå ëîïàòêè èçãîòîâëåíû èç

ìîíîêðèñòàëëè÷åñêîãî ñïëàâà Rene N5 – âìåñòî

îáû÷íîãî Rene 80 èëè ñïëàâà ñ íàïðàâëåííîé êðè-

ñòàëëèçàöèåé DSR142 – â áàçîâîé àâèàöèîííîé

òóðáèíå CF6-80C2 [8.9.1.4].

Ýòî îáóñëîâëåíî, âî-ïåðâûõ, íåîáõîäèìîñòüþ

îáåñïå÷åíèÿ äëèòåëüíîé ðàáîòû íà ìàêñèìàëüíîé

ìîùíîñòè (õîòÿ è ïðè ìåíüøèõ íà 60…80

Ñ ìàê-

ñèìàëüíûõ òåìïåðàòóðàõ) – â îòëè÷èå îò àâèàöèîí-

íûõ äâèãàòåëåé, ó êîòîðûõ âçëåòíûé ðåæèì ñ ìàê-

ñèìàëüíûìè òåìïåðàòóðàìè

çàíèìàåò íåáîëüøóþ

÷àñòü ðàáî÷åãî öèêëà. Âî-âòîðûõ, íåîáõîäèìîñòüþ

îáåñïå÷åíèÿ çíà÷èòåëüíî áîëåå âûñîêîé äîëãîâå÷-

íîñòè (ìåæðåìîíòíûé ðåñóðñ â íàçåìíîì ïðèìå-

íåíèè ñîñòàâëÿåò îáû÷íî îêîëî 25000 ÷àñîâ, ÷òî

â 2…3 ðàçà ïðåâûøàåò îáû÷íûå äëÿ àâèàöèîííûõ

òóðáèí ìåæðåìîíòíûå íàðàáîòêè).

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

512

Ïðèìåíåíèå ìåòàëëè÷åñêèõ ìíîãîêîìïî-

íåíòíûõ ïîêðûòèé, îáåñïå÷èâàþùèõ çàùèòó îò

îêèñëåíèÿ è êîððîçèè íàðóæíûõ è âíóòðåííèõ

ïîâåðõíîñòåé. Ýòî îñîáåííî àêòóàëüíî äëÿ òóðáèí

äâèãàòåëåé ìîðñêîãî ïðèìåíåíèÿ, à òàêæå äëÿ òóð-

áèí äâèãàòåëåé, ðàáîòàþùèõ íà ïðèðîäíîì èëè

ïîïóòíîì íåôòÿíîì ãàçå – òàê êàê èõ ïðîäóêòû

ñãîðàíèÿ è âîçìîæíûå ïðèìåñè ãîðàçäî áîëåå àã-

ðåññèâíû ïî îòíîøåíèþ ê ìåòàëëó, ÷åì ïðîäóêòû

ñãîðàíèÿ êåðîñèíà.

Îòâåðñòèÿ ïëåíî÷íîãî èëè ñòðóéíîãî îõ-

ëàæäåíèÿ â ëîïàòêàõ ÒÂÄ äîëæíû áûòü ñïðîåê-

òèðîâàíû èëè ñêîððåêòèðîâàíû äëÿ ó÷åòà óñëîâèé

ïîñòîÿííîé ðàáîòû â ãîðàçäî áîëåå çàïûëåííîé

ñðåäå, ÷åì ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ òóðáèí àâèàöèîí-

íûõ äâèãàòåëåé. Îíè äîëæíû èìåòü óâåëè÷åííûé

äèàìåòð (âåäóùèå ðàçðàáîò÷èêè òóðáèí íàçåìíî-

ãî ïðèìåíåíèÿ èìåþò îñíîâàííûå íà îïûòå ýêñï-

ëóàòàöèè îãðàíè÷åíèÿ íà ìèíèìàëüíûé äèàìåòð

îòâåðñòèÿ).

8.9.1 - Ïåðå÷åíü èñïîëüçîâàííîé

ëèòåðàòóðû

8.9.1.1 GE Aircraft Engines: LM6000 Gas Turbine:

Simply the World’s Most Efficient. AE-3248. USA,

1995.

8.9.1.2 LM6000 rated 45 MW shaft output and 42.6%

simple cycle efficiency. Gas Turbine World,

November-December 1995.

8.9.1.3 Closing the loop. International Power

Generation, March 1996.

8.9.1.4 LM6000 PC. Generator Drive/Mechanical

Drive. Gas Turbine World, March-April 1996.

Ðèñóíîê 8.10_1 – Ñðåäíÿÿ íàðàáîòêà íîâûõ äâèãà-

òåëåé CF6-80C2 íà ñíÿòèå ñ êðû-

ëà – ïî äåôåêòàì ëîïàòîê òóðáè-

íû è ïî âñåì äåôåêòàì, âìåñòå

âçÿòûì [8.10.5.3]

8.10 - Õàðàêòåðíûå äåôåêòû

â òóðáèíàõ è ïóòè èõ

ïðåäîòâðàùåíèÿ

Ñîâðåìåííûå äâèãàòåëè ýêñïëóàòèðóþòñÿ ïî

òåõíè÷åñêîìó ñîñòîÿíèþ âïëîòü äî èñ÷åðïàíèÿ

çàïàñà ïî ïàðàìåòðàì èëè äî âîçíèêíîâåíèÿ êàêîé-

ëèáî íåèñïðàâíîñòè.

Ïðè ñòåíäîâûõ èñïûòàíèÿõ è â ýêñïëóàòàöèè

íåèñïðàâíîñòè â òóðáèíå ìîãóò áûòü âûÿâëåíû

ñðåäñòâàìè äèàãíîñòèêè äâèãàòåëÿ (íàïðèìåð, ïî-

âûøåíèå òåìïåðàòóðû çà òóðáèíîé) èëè ïðè òåõíè-

÷åñêîì îáñëóæèâàíèè, ñ èñïîëüçîâàíèåì ñïåöèàëü-

íûõ ñðåäñòâ è ìåòîäîâ êîíòðîëÿ. Òàêèìè ñðåäñòâàìè

ñëóæàò îïòè÷åñêèå ýíäîñêîïû

(äëÿ îñìîòðà äåòà-

ëåé ïðîòî÷íîé ÷àñòè), ïðèáîðû äëÿ óëüòðàçâóêî-

âîãî è òîêîâèõðåâîãî êîíòðîëÿ äåôëåêòîðîâ è äèñ-

êîâ. Äëÿ îáëåã÷åíèÿ ïðîâåäåíèÿ äèàãíîñòèêè

â êîðïóñàõ òóðáèíû âûïîëíÿþò ëþ÷êè, îáåñïå÷è-

âàþùèå äîñòóï äëÿ ñðåäñòâ êîíòðîëÿ.

Òóðáèíà, êàê ñàìûé òåïëîíàïðÿæåííûé óçåë

äâèãàòåëÿ, ÿâëÿåòñÿ è íàèáîëåå ÷àñòûì èñòî÷íèêîì

íåèñïðàâíîñòåé, ïðèâîäÿùèì ê îòïðàâêå â ðåìîíò

è îãðàíè÷èâàþùèì ðåñóðñ. Íàïðèìåð, ïðè ñðåäíåé

ìåæðåìîíòíîé íàðàáîòêå 11000 ÷àñîâ â äâóõ èç

êàæäûõ òðåõ ñëó÷àåâ îòïðàâêè â ðåìîíò äâèãàòå-

ëåé ñåìåéñòâà PW4000 (âñåõ ìîäåëåé) ïðè÷èíîé

ÿâëÿþòñÿ ïðîáëåìû (ïðîãàðû è òðåùèíû) ñ ëîïàò-

êàìè ÒÂÄ [8.10.5.1].

Äâèãàòåëü CFM56-3 ïðè ñðåäíåé ìåæðåìîíò-

íîé íàðàáîòêå (íà âòîðîé è ïîñëåäóþùèå ðåìîí-

òû) îêîëî 10000 ÷àñîâ îòïðàâëÿåòñÿ â ðåìîíò èç-

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

513

çà äîñòèæåíèÿ îãðàíè÷åíèÿ ïî öèêëè÷åñêîìó ðå-

ñóðñó (35%), èç-çà ïðåâûøåíèÿ îãðàíè÷åíèÿ ïî

òåìïåðàòóðå çà òóðáèíîé (31%) è èç-çà ïðîáëåì

ñ äîëãîâå÷íîñòüþ ëîïàòîê ÒÂÄ (ïðîãàðû è òðåùè-

íû 1ÑÀ, îñåâûå è ðàäèàëüíûå òðåùèíû 1ÐË)

[8.10.5.2].

Íà Ðèñ. 8.10_1 ïðèâåäåíà ñðåäíÿÿ íàðàáîòêà

íîâûõ äâèãàòåëåé CF6-80C2 (GE Aircraft Engines)

íà «ñíÿòèå ñ êðûëà» ïî ïðè÷èíå âûõîäà èç ñòðîÿ

ëîïàòîê òóðáèíû è ïî âñåì äåôåêòàì, âìåñòå âçÿ-

òûì [8.10.5.3]. Èç ãðàôèêà ñëåäóåò, ÷òî èìåííî äå-

ôåêòû ëîïàòîê òóðáèíû â ïîäàâëÿþùåì áîëüøèí-

ñòâå ñëó÷àåâ ÿâëÿþòñÿ ïðè÷èíîé âûâîäà äâèãàòåëåé

èç ýêñïëóàòàöèè è îòïðàâêè èõ â ðåìîíò.

8.10.1 - Ïðîãàðû è òðåùèíû

ëîïàòîê ÒÂÄ

Â òî âðåìÿ êàê ïðîáëåìû ñ ëîïàòêàìè ÒÂÄ

ñîñòàâëÿþò îñíîâíóþ ÷àñòü ïðîáëåì ñ äâèãàòåëÿ-

ìè, ïîäàâëÿþùóþ ÷àñòü äåôåêòîâ ñàìèõ ëîïàòîê

ñîñòàâëÿþò ïðîãàðû, òåðìîóñòàëîñòíûå òðåùèíû,

âûñîêîòåìïåðàòóðíûå îêèñëåíèå, êîððîçèÿ è ýðî-

çèÿ. Íà Ðèñ. 8.10.1_1 è 8.10.1_2 ïîêàçàíû õàðàêòåð-

íûå äåôåêòû ñîïëîâûõ ëîïàòîê ïåðâîé ñòóïåíè

ÒÂÄ.

Îñíîâíûå ìåðîïðèÿòèÿ ïî óâåëè÷åíèþ äîë-

ãîâå÷íîñòè ëîïàòîê âêëþ÷àþò:

- ìåñòíîå óâåëè÷åíèå ðàñõîäà îõëàæäàþùåãî

âîçäóõà çà ñ÷åò ââåäåíèÿ äîïîëíèòåëüíîãî ïëåíî÷-

íîãî îõëàæäåíèÿ;

- óâåëè÷åíèå ðàñõîäà îõëàæäàþùåãî âîçäóõà

äëÿ óìåíüøåíèÿ îáùåé òåïëîíàïðÿæåííîñòè ëî-

ïàòêè;

ïðèìåíåíèå ìàòåðèàëà ñ áîëåå âûñîêèìè õà-

ðàêòåðèñòèêàìè ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ

(ñ íàï-

ðàâëåííîé êðèñòàëëèçàöèåé è ìîíîêðèñòàëëè÷åñ-

êèõ);

- òåïëîçàùèòíûå ïîêðûòèÿ;

- çàìåíà îáùåé ñõåìû îõëàæäåíèÿ ëîïàòêè íà

áîëåå ýôôåêòèâíóþ (è ñîîòâåòñòâåííî áîëåå òåõ-

íîëîãè÷åñêè ñëîæíóþ);

- èçìåíåíèå (åñëè ýòî âîçìîæíî) èñòî÷íèêà

îòáîðà îõëàæäàþùåãî âîçäóõà íà ñòóïåíü êîìïðåñ-

ñîðà ñ áîëåå âûñîêèì äàâëåíèåì (òàêîé âîçäóõ ðàñ-

ïîëàãàåò áîëåå âûñîêèì ïîòåíöèàëîì ïî äàâëåíèþ

è, ñîîòâåòñòâåííî, ïî óðîâíþ òåïëîîòäà÷è â êàíà-

ëàõ îõëàæäåíèÿ);

- óñîâåðøåíñòâîâàíèå àïïàðàòà çàêðóòêè ñ öå-

ëüþ ñíèæåíèÿ òåìïåðàòóðû îõëàæäàþùåãî âîçäó-

õà äëÿ ðîòîðà;

- óìåíüøåíèå íåïðîèçâîäèòåëüíûõ óòå÷åê

è ïîòåðü äàâëåíèÿ îõëàæäàþùåãî âîçäóõà â êîì-

ìóíèêàöèÿõ ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ äëÿ èñïîëüçîâà-

íèÿ äîïîëíèòåëüíîãî ïîòåíöèàëà ïî äàâëåíèþ

è ðàñõîäó íåïîñðåäñòâåííî â ëîïàòêàõ;

- êîððåêòèðîâêà òåìïåðàòóðíîãî ïîëÿ ãàçà â ï-

ðîòî÷íîé ÷àñòè (êîððåêòèðîâêà ðàäèàëüíîé

è óìåíüøåíèå îêðóæíîé íåðàâíîìåðíîñòè çà ÊÑ);

- óìåíüøåíèå òåìïåðàòóðû ãàçà ïåðåä òóðáè-

íîé çà ñ÷åò êîìïëåêñà ìåðîïðèÿòèé ïî äâèãàòåëþ,

âêëþ÷àÿ óâåëè÷åíèå ðàñõîäà âîçäóõà ÷åðåç ãàçîãå-

íåðàòîð;

- óëó÷øåííîå óïðàâëåíèå ýêñïëóàòàöèåé äâè-

ãàòåëÿ.

Ìåñòíîå óâåëè÷åíèå ðàñõîäà îõëàæäàþùåãî

âîçäóõà (â îñíîâíîì, çà ñ÷åò äîïîëíèòåëüíûõ îò-

âåðñòèé ïëåíî÷íîãî îõëàæäåíèÿ) ÿâëÿåòñÿ îáû÷-

íûì íà ñòàäèè äîâîäêè èëè ïåðâûõ ýòàïàõ ýêñïëó-

àòàöèè, êîãäà íåîáõîäèìî îòêîððåêòèðîâàòü

ñèñòåìó îõëàæäåíèÿ ëîïàòêè ïî ðåçóëüòàòàì ðåàëü-

íûõ èñïûòàíèé.

Ïðèìåíåíèå ìîíîêðèñòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ

äëÿ ëîïàòîê ÒÂÄ ãðàæäàíñêèõ äâèãàòåëåé ñòàëî óæå

îáùèì ïðàâèëîì ñî âòîðîé ïîëîâèíû

1980-õ ãîäîâ,

êîãäà ìîíîêðèñòàëëè÷åñêèå ðàáî÷èå ëîïàòêè áûëè

âïåðâûå ïðèìåíåíû Pratt&Whitney

â ÒÂÄ PW2000

(ñåðòèôèöèðîâàí â 1983 ãîäó) è PW4000 (ñåðòèôè-

öèðîâàí â

1987ãîäó). Ìîíîêðèñòàëëè÷åñêèå ñî-

ïëîâûå ëîïàòêè áûëè âïåðâûå ïðèìåíåíû GE

Aircraft Engines â ÒÂÄ CFM56-5A (ñåðòèôèöèðî-

âàí â 1988 ãîäó) è ïîçâîëèëè ñóùåñòâåííî ïîâû-

ñèòü äîëãîâå÷íîñòü ëîïàòîê ïî ñðàâíåíèþ

ñ CFM56-3C1. Â íà÷àëå 1990-õ Pratt&Whitney íà-

÷àëà âíåäðåíèå ìîíîêðèñòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ

òàê íàçûâàåìîãî âòîðîãî ïîêîëåíèÿ, â òîì ÷èñëå

– äëÿ ïîâûøåíèÿ äîëãîâå÷íîñòè ëîïàòîê ñóùå-

ñòâóþùèõ äâèãàòåëåé.

Ïðè ðåøåíèè ïðîáëåì ñ äîëãîâå÷íîñòüþ ëî-

ïàòîê ÒÂÄ PW4000 [8.10.5.1] áûëî èñïîëüçîâàíî

ñðàçó íåñêîëüêî ïîäõîäîâ èç ïåðå÷èñëåííîãî âûøå

ñïèñêà.

Äëÿ ðåøåíèÿ ïðîáëåì ñ ïðîãàðîì ñïèíêè 1ÑÀ

ÒÂÄ PW4000–112” áûë äîáàâëåí ðàñõîä âîçäóõà

íà ñïèíêó ëîïàòêè.

Ðàáî÷èå ëîïàòêè ÒÂÄ PW4000 ìîäåëåé 94”/

100” ó áîëüøèíñòâà îïåðàòîðîâ íàðàáàòûâàþò ïî

2500…3000 öèêëîâ ìåæäó ðåìîíòàìè. Îäíàêî

ó îïåðàòîðîâ, ðàáîòàþùèõ ïðåèìóùåñòâåííî â óñ-

ëîâèÿõ æàðêîãî êëèìàòà è âûñîêîé çàïûëåííîñòè

âîçäóõà, ðàáî÷èå ëîïàòêè ïåðâîé ñòóïåíè âûõîäè-

ëè èç ñòðîÿ ðàíåå ýòîãî ñðîêà. Äëÿ ðåøåíèÿ ýòèõ

ïðîáëåì áûëà ðàçðàáîòàíà íîâàÿ ëîïàòêà «ñ óâå-

ëè÷åííûì ðàñõîäîì», ïîÿâèâøàÿñÿ â ýêñïëóàòàöèè

ñ 1997 ãîäà. Ðàáî÷èå ëîïàòêè âòîðîé ñòóïåíè ÒÂÄ

ïîäâåðæåíû êîððîçèè è òðåùèíàì. Äëÿ èñêëþ÷å-

íèÿ äåôåêòîâ áûëà âíåäðåíà íîâàÿ ëîïàòêà èç ìî-

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

514

íîêðèñòàëëè÷åñêîãî ìàòåðèàëà ñ óëó÷øåííûìè

ñâîéñòâàìè. Êðîìå òîãî, äëÿ îáùåãî ñíèæåíèÿ òåï-

ëîíàïðÿæåííîñòè ÒÂÄ PW4000 áûë âíåäðåí ïà-

êåò ìåðîïðèÿòèé («Phase 3») ïî ñíèæåíèþ òåìïå-

ðàòóðû ïåðåä òóðáèíîé (ñíèæåíèå òåìïåðàòóðû çà

òóðáèíîé ñîñòàâèëî îêîëî 15

Ñ).

Â 1994 ãîäó Pratt&Whitney ñåðòèôèöèðîâàëà

ïàêåò ìåðîïðèÿòèé ïî óâåëè÷åíèþ äîëãîâå÷íîñòè

ëîïàòîê ÒÂÄ PW2000 [8.10.5.4]. Ìîäèôèöèðîâàí-

íàÿ ìîäåëü äâèãàòåëÿ áûëà íàçâàíà PW2000-RTC

(Reduced Temperature Configuration – Êîíôèãóðà-

öèÿ óìåíüøåííîé òåìïåðàòóðû) è â íåé áûë ðåà-

ëèçîâàí öåëûé ðÿä ìåðîïðèÿòèé:

Ðèñóíîê 8.10.1_1 - Òðåùèíû íà ïðîôèëå è ïîëêå ñîïëîâîé ëîïàòêè ïåðâîé ñòóïåíè ÒÂÄ

- óìåíüøåíèå òåìïåðàòóðû ãàçà ïåðåä òóðáè-

íîé íà 44

Ñ çà ñ÷åò ïåðåïðîåêòèðîâàíèÿ ÊÍÄ è óâå-

ëè÷åíèÿ ðàñõîäà âîçäóõà ÷åðåç ãàçîãåíåðàòîð

(óìåíüøåíèå òåìïåðàòóðû ìåòàëëà 1ÐË – 25

Ñ);

- óâåëè÷åíèå ðàñõîäà îõëàæäàþùåãî âîçäóõà

äëÿ 1ÐË (óìåíüøåíèå òåìïåðàòóðû ìåòàëëà 1ÐË –

Ñ);

- âíåäðåíèå íîâîé ïåòëåâîé ñõåìû îõëàæäå-

íèÿ 1ÐË (ñì. Ðèñ. 8.4.3_1 - óìåíüøåíèå òåìïåðà-

òóðû ìåòàëëà 1ÐË íà 46

Ñ) è 2ÐË;

- ïðèìåíåíèå ìîíîêðèñòàëëè÷åñêîãî ìàòåðè-

àëà 2 ïîêîëåíèÿ äëÿ 1ÐË è 2ÐË (óâåëè÷èâàåò ñòîé-

êîñòü ìàòåðèàëà ê âûñîêîé òåìïåðàòóðå è ñîõðàíÿ-

Ðèñóíîê 8.10.1_2 – Òðåùèíû è ïðîãàðû íà ïðîôèëå ñîïëîâûõ ëîïàòîê ÒÂÄ

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

515

åò åãî ñâîéñòâà ïðè óâåëè÷åíèè òåìïåðàòóðû íà

Ñ);

- ïðèìåíåíèå òåïëîçàùèòíîãî ïîêðûòèÿ íà

1ÑÀ, 1ÐË è 2ÑÀ (óìåíüøåíèå òåìïåðàòóðû ìåòàë-

ëà 1ÐË - 28

Ñ).

Òàêèì îáðàçîì, ïðèìåíåíèå âûøåïåðå÷èñëåí-

íûõ ìåðîïðèÿòèé ñíèçèëî òåìïåðàòóðó ìåòàëëà

ëîïàòêè íà 127

Ñ. Îäíîâðåìåííî äîïóñòèìàÿ òåì-

ïåðàòóðà ìàòåðèàëà óâåëè÷åíà íà 27

Ñ, ÷òî â ñóì-

ìå óâåëè÷èëî çàïàñ ïî ïðåâûøåíèþ äîïóñòèìîãî

óðîâíÿ òåìïåðàòóðû ëîïàòêè íàä äåéñòâèòåëüíûì

óðîâíåì íà 154

Ñ.

Î÷åâèäíî, ÷òî òàêîé êîìïëåêñíûé ïîäõîä äàåò

íàèáîëüøèé ýôôåêò. Ïî ñâèäåòåëüñòâó èçäàâàåìî-

ãî Pratt&Whitney æóðíàëà Customer

Service

[8.10.5.5], ìåæðåìîíòíàÿ íàðàáîòêà òóðáèíû è

äâè-

ãàòåëåé â öåëîì ïîñëå âíåäðåíèÿ ýòîãî ïàêåòà â àâè-

àêîìïàíèè

Delta Airlines âîçðîñëà ñ 5000 ÷àñîâ áî-

ëåå ÷åì â äâà ðàçà è èìååò ïåðñïåêòèâû äàëüíåéøåãî

óâåëè÷åíèÿ.

Îêðóæíàÿ íåðàâíîìåðíîñòü òåìïåðàòóðû çà

ÊÑ òîæå ìîæåò ñòàòü ïðè÷èíîé ïðîãàðà ðàáî÷åé

ëîïàòêè. Â ðàáîòå [8.10.5.5] ïîäðîáíî ðàññìîòðå-

íî âëèÿíèå îêðóæíîé íåðàâíîìåðíîñòè çà ÊÑ íà

ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû ãàçà ïî ïðîôèëüíîé

÷àñòè 1ÐË ÒÂÄ.

Îäíîìåðíàÿ îöåíêà òðåóãîëüíèêîâ ñêîðîñòåé

äëÿ «ãîðÿ÷èõ» è «õîëîäíûõ» ñòðóé ïîêàçûâàåò, ÷òî

ãîðÿ÷èå ñòðóè íàïðàâëÿþòñÿ íà êîðûòî ëîïàòêè,

à õîëîäíûå – íà ñïèíêó (ñì. Ðèñ. 8.10.1_3). Àíàëè-

òè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå ðàñïðîñòðàíåíèÿ «ãîðÿ-

÷åé ñòðóè» ãàçà â ïðîòî÷íîé ÷àñòè ÒÂÄ (â ïðî-

ñòðàíñòâåííîé íåñòàöèîíàðíîé ïîñòàíîâêå) áîëåå

äåòàëüíî ïîêàçûâàåò íà êîíöåíòðàöèþ ãîðÿ÷åãî

ãàçà íà âåðõíåé ÷àñòè êîðûòà ëîïàòêè (ñì.

Ðèñ. 8.10.1_3).

Èçìåðåííîå íåïîñðåäñòâåííî â äâèãàòåëå ðàñ-

ïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû ïîâåðõíîñòè 1ÐË ïîä-

òâåðæäàåò âûøåïðèâåäåííûå îöåíêè, òàê æå êàê

è õàðàêòåð ïîâðåæäåíèé ëîïàòêè â ýêñïëóàòàöèè

(ñì. Ðèñ. 8.10.1_4).

Ïðåäëîæåííûé â [8.10.5.6] ñïîñîá óïðàâëåíèÿ

îêðóæíîé íåðàâíîìåðíîñòüþ òåìïåðàòóðíîãî ïîëÿ

(èñêëþ÷åíèÿ åå âëèÿíèÿ íà 1ÐË) çàêëþ÷àåòñÿ

â ðàç-

ìûâàíèè ãîðÿ÷èõ ñòðóé ïóòåì ðàçìåùåíèÿ â ãîðÿ-

÷èõ çîíàõ õîðîøî îõëàæäàåìûõ ëîïàòîê 1ÑÀ ÒÂÄ.

Ýòîò ìåòîä ïîäòâåðäèë ñâîþ ýôôåêòèâíîñòü äëÿ

ñíèæåíèÿ ìåñòíûõ òåìïåðàòóð ãàçà.

Åùå ðÿä õàðàêòåðíûõ ïðîÿâëåíèé äåôåêòîâ íà

1ÐË ÒÂÄ ïðèâåäåí íà Ðèñ. 8.10.1_5 è 8.10.1_6. Ýòè

äåôåêòû ïðîÿâèëèñü íà ÒÂÄ äâèãàòåëÿ LM2500

(ìîðñêîãî ïðèìåíåíèÿ) GE Aircraft Engines

[8.10.5.7] ïîñëå ñîîòâåòñòâåííî 8700 è 11700 ÷à-

ñîâ ýêñïëóàòàöèè.

Õàðàêòåðíûìè äåôåêòàìè ðàáî÷åé ëîïàòêè

ÿâëÿþòñÿ êîððîçèÿ è ýðîçèÿ òîðöà ëîïàòêè (íà

âñåõ ëîïàòêàõ), ïîâðåæäåíèÿ ìåòàëëà âõîäíîé

êðîìêè (îáå ëîïàòêè íà Ðèñ. 8.10.1_6), êîðûòà

(ëåâàÿ

ëîïàòêà íà Ðèñ. 8.10.1_6) è âåðõíåé ÷àñòè

êîðûòà (ëîïàòêà íà Ðèñ. 8.10.1_5).

8.10.2 - Óñòàëîñòíàÿ ïîëîìêà ðàáî-

÷èõ ëîïàòîê

Íà ðàáî÷èå ëîïàòêè òóðáèíû ïðè ðàáîòå äâèãà-

òåëÿ äåéñòâóþò ïåðèîäè÷åñêè èçìåíÿþùèåñÿ ñèëû.

Åñëè ÷àñòîòà âîçáóæäàþùèõ êîëåáàíèé ñîâïàäàåò

ñ ÷àñòîòîé ñîáñòâåííûõ êîëåáàíèé ëîïàò

îê, âîçíè-

êàåò ðåçîíàíñ. Â ýòîì ñëó÷àå íàïðÿæåíèÿ â ëîïàò-

êàõ ðåçêî óâåëè÷èâàþòñÿ, è ìîæåò ïðîèçîéòè ïî-

ëîìêà ëîïàòîê ïî ïåðó èëè ïî çàìêîâîé ÷àñòè.

Ïåðèîäè÷íîñòü ñèë, âûçûâàþùèõ âûíóæäåí-

íûå êîëåáàíèÿ ëîïàòîê, îáúÿñíÿåòñÿ íåîäíîðîäíî-

ñòüþ ïîòîêà â ïðîòî÷íîé ÷àñòè, ñâÿçàííîé ñ êîíå÷-

íûì ÷èñëîì ñòàòîðíûõ äåòàëåé, çà êîòîðûìè

èìåþòñÿ àýðîäèíàìè÷åñêèå è òåðìè÷åñêèå ñëåäû.

Ýòî ôîðñóíêè è æàðîâûå òðóáû êàìåðû ñãîðàíèÿ,

ñîïëîâûå ëîïàòêè, ñòîéêè â ïðîìåæóòî÷íîé èëè

çàäíåé îïîðå, ëîïàòêè ñïðÿìëÿþùåãî àïïàðàòà çà

òóðáèíîé è òàê äàëåå.

Èçëîì â ëîïàòêàõ ïðè ýòîì íîñèò óñòàëîñò-

íûé õàðàêòåð. Ïîëîìêà îäíîé ëîïàòêè îáû÷íî ïðè-

âîäèò ê ïîâðåæäåíèþ è ðàçðóøåíèþ îñòàëüíûõ

ëîïàòîê â ðàáî÷åì êîëåñå è äàæå ëîïàòîê ñëåäóþ-

ùèõ ñòóïåíåé – Ðèñ. 8.10.2_1.

Âîçìîæíîñòü âîçíèêíîâåíèÿ ðåçîíàíñà îáû÷-

íî àíàëèçèðóåòñÿ è èñêëþ÷àåòñÿ ïðè ïðîåêòèðîâà-

íèè çà ñ÷åò:

- èçìåíåíèÿ êîëè÷åñòâà ôîðñóíîê, ñòîåê, êî-

ëè÷åñòâà ñîïëîâûõ ëîïàòîê è äðóãèõ ýëåìåíòîâ

ïðîòî÷íîé ÷àñòè, ñïîñîáíûõ âîçáóäèòü êîëåáàíèÿ

ëîïàòîê;

- îïòèìèçàöèè ïëîùàäåé è ìîìåíòîâ èíåðöèè

îñíîâíûõ ñå÷åíèé ïðîôèëüíîé ÷àñòè è íîæêè ëî-

ïàòêè – êàê çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ ôîðìû ïðîôèëÿ, òàê

è çà ñ÷åò ââåäåíèÿ ñïåöèàëüíûõ ðåáåð è äðóãèõ

ýëåìåíòîâ âî âíóòðåííþþ ïîëîñòü ëîïàòêè;

- ïðèìåíåíèÿ äåìïôåðîâ ïîä íèæíèìè ïîë-

êàìè ðàáî÷èõ ëîïàòîê;

- ïðèìåíåíèÿ áàíäàæíûõ ïîëîê ñ çèãçàãîîá-

ðàçíûìè ãðàíÿìè, èìåþùèìè ìîíòàæíûé íàòÿã ïî

êîíòàêòíûì ïîâåðõíîñòÿì â ðàáî÷åì êîëåñå –

Ðèñ. 8.4.2_1;

Â ïðîèçâîäñòâå ïðèìåíÿþòñÿ ñëåäóþùèå ìå-

òîäû îáåñïå÷åíèÿ óñòàëîñòíîé ïðî÷íîñòè ëîïàòîê:

- ïîâûøåíèå óñòàëîñòíîé ïðî÷íîñòè «åëî÷íî-

ãî» çàìêà ëîïàòîê ïóòåì îáðàáîòêè (óïðî÷íåíèÿ)

åãî ìèêðîøàðèêàìè;

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

516

Ðèñóíîê 8.10.1_3 – Ðåçóëüòàòû ðàñïðåäåëåíèÿ âûñîêîòåìïåðàòóðíûõ ñòðóé ãàçà â ïðîòî÷íîé ÷àñòè

òóðáèíû [8.10.5.6]

à) îäíîìåðíàÿ îöåíêà

á) 3D-íåñòàöèîíàðíîå ìîäåëèðîâàíèå

Ðèñóíîê 8.10.1_4 – Èçìåðåííîå ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû ïî ïîâåðõíîñòè ëîïàòêè

â óñëîâèÿõ äâèãàòåëÿ (à) è ðåçóëüòàòû ýêñïëóàòàöèè 1ÐË ÒÂÄ [8.10.5.6]

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

517

Ðèñóíîê 8.10.1_5 – Ñîñòîÿíèå 1ÐË ÒÂÄ LM2500

ïîñëå 8700 ÷àñîâ ýêñïëóàòàöèè

[8.10.5.7]. Âèä íà âõîäíóþ êðîìêó

è êîðûòî

Ðèñóíîê 8.10.1_6 – Ñîñòîÿíèå 1ÐË LM2500 ïîñëå 11700 ÷àñîâ ýêñïëóàòàöèè [8.10.5.7]. Âèä íà âõîäíóþ êðîìêó

è êîðûòî. Ó ëåâîé è ïðàâîé ëîïàòîê ðàçíîå ïîêðûòèå

- êîíòðîëü ÷àñòîòû ñîáñòâåííûõ êîëåáàíèé

áåñïîëî÷íûõ ëîïàòîê;

- êîíòðîëü óñòàëîñòíîé ïðî÷íîñòè ëîïàòîê

ïðè èõ èçãîòîâëåíèè.

Îäíàêî íàäåæíîñòü àíàëèòè÷åñêèõ ìåòîäîâ

åùå íå íàñòîëüêî âûñîêà, ÷òîáû ïîëíîñòüþ èñ-

êëþ÷èòü âîçìîæíîñòü âîçíèêíîâåíèÿ ðåçîíàíñà

èëè îáåñïå÷èòü áåçîïàñíûé óðîâåíü âèáðîíàïðÿ-

æåíèé. Ïîýòîìó ïðè äîâîäêå òóðáèíû ïðîâîäèò-

ñÿ òåíçîìåòðèðîâàíèå (èçìåðåíèå âèáðàöèîííûõ

íàïðÿæåíèé íà ëîïàòêàõ) íà îñíîâå ïðåäâàðèòåëü-

íîãî ðàñ÷åòíîãî àíàëèçà íàèáîëåå îïàñíûõ ìåñò.

Â ñëó÷àå îáíàðóæåíèÿ íåäîïóñòèìî âûñîêîãî

óðîâíÿ íàïðÿæåíèé èëè íåîáõîäèìîñòè ñíèçèòü

ðèñê èõ óâåëè÷åíèÿ ïðîâîäèòñÿ âûáîð íàèáîëåå

íàäåæíûõ, ïðèåìëåìûõ ïî ñåáåñòîèìîñòè è ñðî-

êàì ðåàëèçàöèè ìåðîïðèÿòèé äëÿ áîðüáû ñ ïîòåí-

öèàëüíûì äåôåêòîì.

Óìåíüøåíèå ðåçîíàíñíûõ íàïðÿæåíèé áåç

äîðîãîñòîÿùåãî è äëèòåëüíîãî ïåðåïðîåêòèðîâà-

íèÿ ðàáî÷åé ëîïàòêè âîçìîæíî çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ

óðîâíÿ äåìïôèðîâàíèÿ èëè çà ñ÷åò óìåíüøåíèÿ

óðîâíÿ âîçáóæäàþùèõ ñèë. Òàêàÿ ñèòóàöèÿ, âîç-

íèêøàÿ ïðè äîâîäêå îäíîñòóïåí÷àòîé ÒÂÄ íà

Pratt&Whitney, ðàññìîòðåíà â [8.10.5.8]. Áûëî ïðî-

àíàëèçèðîâàíî äâå âîçìîæíîñòè óìåíüøåíèÿ óðîâ-

íÿ íåñòàöèîíàðíîãî äàâëåíèÿ íà ðàáî÷èõ ëîïàòêàõ

– íåñèììåòðè÷íîå ðàçìåùåíèå ëîïàòîê ÑÀ ïî îê-

ðóæíîñòè è ïåðåïðîåêòèðîâàíèå ñïèíêè ÑÀ äëÿ

óìåíüøåíèÿ êîëåáàíèÿ (ñòàöèîíàðíîãî) ñòàòè÷åñ-

êîãî äàâëåíèÿ â îñåâîì çàçîðå ìåæäó ÑÀ è ÐÊ.

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

518

Ðèñóíîê 8.10.3_1 - Ðàáî÷èå êîëåñà âòîðîé ñòóïåíè

ÒÂÄ äâèãàòåëÿ Ä-30

à) ñ îäíîñòîðîííèì íàòÿãîì ïî

îáîäó; á) ñ äâóõñòîðîííèì íàòÿ-

ãîì ïî îáîäó

1 – äèñê; 2 - äåôëåêòîð; 3 - íà-

òÿã; 4 – çàçîð

Êàæäûé èç äâóõ ìåòîäîâ ïîêàçàë âîçìîæ-

íîñòü ñíèæåíèÿ ðåçîíàíñíûõ íàïðÿæåíèé ïðè-

ìåðíî

â äâà ðàçà, íî ïåðåïðîåêòèðîâàíèå ñïèíêè

ÑÀ áûëî ñî÷òåíî âî âñåõ îòíîøåíèÿõ (ñåáåñòîè-

ìîñòü, íîâàÿ îñíàñòêà, íåîáõîäèìîñòü íîâûõ äå-

òàëåé) áîëåå ïðèåìëåìûì.

Íåñìîòðÿ íà âñå ïðèíÿòûå âî âðåìÿ ïðîåêòè-

ðîâàíèÿ è äîâîäêè ìåðû, âî âðåìÿ ýêñïëóàòàöèè

ìîæåò èçìåíèòüñÿ ÷àñòîòà è àìïëèòóäà âîçáóæäàþ-

ùèõ ñèë (íàïðèìåð, çà ñ÷åò çàñîðåíèÿ ôîðñóíîê,

ïðîãàðà ÷àñòè ëîïàòîê) è ñîáñòâåííàÿ ÷àñòîòà êîëå-

áàíèé ëîïàòîê (â ñëó÷àå ïîòåðè íàòÿãà ïî áàíäàæ-

íûì ïîëêàì âî âðåìÿ ýêñïëóàòàöèè – èç-çà èçíîñà

èëè ïåðåãðåâà ëîïàòêè, ïåðåêîñà äåìïôåðà). Â ýòîì

ñëó÷àå îáû÷íî è âîçíèêàþò ïîëîìêè, ïîñëåäñòâèÿ

îäíîé èç êîòîðûõ ïîêàçàíû

íà Ðèñ. 8.10.2_1.

Äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ ïîòåðè íàòÿãà ïðè äëè-

òåëüíîé ýêñïëóàòàöèè èñïîëüçóþòñÿ:

- íàíåñåíèå íà êîíòàêòíûå ïîâåðõíîñòè ïîëîê

èçíîñîñòîéêèõ ïîêðûòèé èëè íàïàéêà òâåðäî-

ñïëàâíûõ ïëàñòèíîê;

- îïòèìèçàöèÿ óãëà íàêëîíà êîíòàêòíîé ïëî-

ùàäêè áàíäàæíîé ïîëêè ëîïàòêè;

- ñíèæåíèå ðàáî÷åé òåìïåðàòóðû áàíäàæíûõ

ïîëîê çà ñ÷åò îõëàæäåíèÿ.

Ïðèìåíÿåòñÿ òàêæå êîíòðîëü íàòÿãà ïî áàí-

äàæíûì ïîëêàì â ýêñïëóàòàöèè.

8.10.3 - Íåäîñòàòî÷íûé öèêëè÷åñ-

êèé ðåñóðñ è ïîëîìêè ðîòîðíûõ äå-

òàëåé

Îñíîâíîé ïðîáëåìîé ðîòîðíûõ äåòàëåé òóð-

áèíû (äèñêè, äåôëåêòîðû, âàëû) ÿâëÿåòñÿ îáåñïå-

÷åíèå öèêëè÷åñêîãî ðåñóðñà. Óñòàíîâëåíèå ýòîãî

ðåñóðñà (ïî äîïóñòèìîìó êîëè÷åñòâó öèêëîâ) ïðî-

èçâîäèòñÿ â çàâèñèìîñòè îò òåïëîâîãî è íàïðÿæåí-

íîãî ñîñòîÿíèÿ äåòàëè.

Äèñê ìîæåò áûòü ñåðòèôèöèðîâàí íà îïðåäå-

ëåííûé öèêëè÷åñêèé ðåñóðñ êàê ïðè ââîäå â ýêñï-

ëóàòàöèþ, òàê è ïîñòåïåííî ïî ìåðå íàêîïëåíèÿ

íàðàáîòêè â ýêñïëóàòàöèè. Àíàëèòè÷åñêàÿ îïòèìè-

çàöèÿ êîíñòðóêöèè ïî öèêëè÷åñêîìó ðåñóðñó ñ èñ-

ïîëüçîâàíèåì ìåòîäà êîíå÷íûõ ýëåìåíòîâ îáû÷íî

ïðåäøåñòâóåò ëþáûì êîíñòðóêòèâíûì èçìåíåíè-

ÿì è ìîäèôèêàöèÿì äèñêà.

Ïðàêòèêà ýêñïëóàòàöèè ïîêàçûâàåò, ÷òî äîñ-

òèæèìûé öèêëè÷åñêèé ðåñóðñ äåòàëè çàâèñèò îò

óðîâíÿ òåïëîíàïðÿæåííîñòè òóðáèíû â ýêñïëóàòà-

öèè. Íàïðèìåð, äëÿ ïåðåäíåãî äåôëåêòîðà ÒÂÄ

CFM56-3 â çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû ãàçà ïå-

ðåä òóðáèíîé â ýêñïëóàòàöèè äîïóñòèìîå êîëè÷å-

ñòâî öèêëîâ èçìåíÿåòñÿ îò 15100 äî 20000 (òåìïå-

ðàòóðà ãàçà ïåðåä òóðáèíîé ïðè ýòîì èçìåíÿåòñÿ

ïðèìåðíî íà 70

Ñ) [8.10.5.2].

Ïîýòîìó óìåíüøåíèå òåïëîíàïðÿæåííîñòè

äåòàëè ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç ñïîñîáîâ óâåëè÷åíèÿ åå

öèêëè÷åñêîãî ðåñóðñà.

Ïîëîìêè ðîòîðíûõ äåòàëåé òóðáèíû

Ïîëîìêè ðîòîðíûõ äåòàëåé òóðáèíû ÷àùå

âñåãî âîçíèêàþò â õîäå äîñòàòî÷íî äëèòåëüíîé ýê-

ñïëóàòàöèè. Íà Ðèñ. 8.10.3_1 ïðåäñòàâëåíà êîíñò-

Ðèñóíîê 8.10.2_1 – Îáðûâ âåðõíåé ïîëîâèíû ïðî-

ôèëüíîé ÷àñòè ðàáî÷åé ëîïàò-

êè âòîðîé ñòóïåíè ÒÂÄ è ïîñëå-

äóþùèå ïîâðåæäåíèÿ áàíäàæ-

íûõ ïîëîê äðóãèõ ëîïàòîê

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

519

ðóêöèÿ ðàáî÷åãî êîëåñà âòîðîé ñòóïåíè ÒÂÄ Ä-30.

Îñîáåííîñòüþ êîíñòðóêöèè ÿâëÿåòñÿ êðåïëåíèå

ê äèñêó 1 äåôëåêòîðà 2 â îáîäíîé ÷àñòè ñ ïîìîùüþ

«ïóøå÷íîãî» çàìêà. Â ïåðâîíà÷àëüíîì âàðèàíòå

êîíñòðóêöèè (ñì. Ðèñ. 8.10_6à) ïðè ñáîðêå êîëåñà,

ïîñëå çàâåäåíèÿ âûñòóïîâ «ïóøå÷íîãî» çàìêà äåô-

ëåêòîðà çà âûñòóïû äèñêà è çàòÿæêè âèíòîâ êðåï-

ëåíèÿ åãî ê äèñêó, ñîçäàåòñÿ íàòÿã ñëåâà ïî òîðöó 3

è çàçîð 4 ìåæäó âûñòóïàìè äåôëåêòîðà è äèñêà.

Ïðè òàêîì ñîåäèíåíèè äåôëåêòîðà ñ äèñêîì

èç-çà èçíîñà ñîïðÿãàåìûõ ïîâåðõíîñòåé ìîãóò

âîçíèêàòü ïîâûøåííûå âèáðàöèîííûå íàïðÿæå-

íèÿ â äåôëåêòîðå. Ýòî ìîæåò ïðèâåñòè ê âîçíèê-

íîâåíèþ ðàäèàëüíîé óñòàëîñòíîé òðåùèíû ìåæ-

äó âûñòóïàìè «ïóøå÷íîãî» çàìêà è ïîëîìêå

äåôëåêòîðà. Äëÿ èñêëþ÷åíèÿ âèáðàöèîííûõ íà-

ïðÿæåíèé áûë îáåñïå÷åí ïîñòîÿííûé êîíòàêò

äåôëåêòîðà ñ äèñêîì ïî îáîäó çà ñ÷åò ïðèìåíå-

íèÿ êîíñòðóêöèè äåôëåêòîðà ñ «äâóõñòîðîííèì»

íàòÿãîì 3 ïî îáîäó (ñì. Ðèñ. 8.10.3_1á) – êàê ìåæ-

äó îáîäîì äèñêà è äåôëåêòîðîì

, òàê è ìåæäó âû-

ñòóïàìè äèñêà è äåôëåêòîðà.

Ïðîáëåìû ñ ðîòîðàìè òóðáèí äâèãàòåëåé GE

MS7001F/FA è MS9001F/FA (ïîëåçíîé ìîùíîñòüþ

ñîîòâåòñòâåííî 167 è 240 ÌÂò) âîçíèêëè ïîñëå

ïÿòè ëåò ýêñïëóàòàöèè è 150000 ÷àñîâ îáùåé íà-

ðàáîòêè (íà áîëåå ÷åì 40 ìàøèíàõ) [8.10.5.9]. Êîí-

ñòðóêöèè ðîòîðîâ áûëè èäåíòè÷íû è ìàñøòàáèðî-

âàíû íà ðàçíóþ ìîùíîñòü. Êîíñòðóêöèÿ ñàìîãî

áîëüøîãî èç èçãîòîâëåííûõ GE ðîòîðîâ òóðáèí

(ìàññîé 85 òîíí) ñîñòîÿëà èç äèñêîâ 1, 2 è 3 (ñì.

Ðèñ. 8.10.3_2) ñ ïðîìåæóòî÷íûìè äèñêàìè 4 è 5,

âåðõíÿÿ ÷àñòü êîòîðûõ ïðåäñòàâëÿëà ñîáîé ëàáè-

ðèíòû. Îáùèìè äëÿ âñåãî ïàðêà ïðîáëåìàìè ïî

Ðèñóíîê 8.10.3_2 – Ðîòîðû òóðáèíû MS7001F/FA/ MS9001F/FA äî è ïîñëå ìîäèôèêàöèè

1 – äèñê ïåðâîé ñòóïåíè; 2 – äèñê âòîðîé ñòóïåíè; 3 – äèñê òðåòüåé ñòóïåíè; 4, 5 – ïðî-

ìåæóòî÷íûå äèñêè; 6 – ìåñòî êîíòàêòà ëàáèðèíòà è äèñêà; 7 – ñòÿæíîé áîëò 2 äèñêà;

8 – ñòÿæíîé áîëò 3 äèñêà; 9 – óòîëùåííûé ïðîìåæóòî÷íûé äèñê; 10 – ôëàíåö ïðîìå-

æóòî÷íîãî äèñêà; 11, 12 – ïåðåäíèé è çàäíèé ôëàíöû íàðóæíîãî óïëîòíåíèÿ

òóðáèíå ñòàëè èçíîñ (ñ âûêðàøèâàíèåì ìàòåðèà-

ëà) ëàáèðèíòà 6 ïðîìåæóòî÷íîãî äèñêà 5, à òàêæå

âîçíèêíîâåíèå òðåùèí íà äèñêå 5 è â ñòÿæíûõ áîë-

òàõ 7 è 8 – çà ñ÷åò ïåðåìåííûõ íàïðÿæåíèé îò èç-

ãèáà ðîòîðà ïðè íîðìàëüíîì âðàùåíèè – ïîä äåé-

ñòâèåì ñèëû òÿæåñòè.

Ïðè ïåðåïðîåêòèðîâàíèè ðîòîðà áûë âíåäðåí

óòîëùåííûé äèñê 9 ñ óêîðî÷åííûì ôëàíöåì 10,

à òàêæå óòîëùåíû ôëàíöû 11 è 12 ëàáèðèíòà íà

ïðîìåæóòî÷íîì äèñêå 9. Êðîìå òîãî, ïðè îáùåì

óâåëè÷åíèè òåïëîâîé èíåðöèè ðîòîðà, áûëà óìåíü-

øåíà ñêîðîñòü ñíèæåíèÿ ðåæèìà äâèãàòåëÿ ïðè

âûêëþ÷åíèè è îñòûâàíèè. Òàêèì îáðàçîì, áûë

èñêëþ÷åí ïðîãèá ðîòîðà è ðàáî÷èå íàãðóçêè, ïðè-

âîäÿùèå ê òðåíèþ ëàáèðèíòà è äèñêà, à òàêæå

óìåíüøåíû ìåñòíûå íàïðÿæåíèÿ çà ñ÷åò óòîëùå-

íèÿ ôëàíöåâ 11 è 12 ëàáèðèíòà äèñêà 9.

8.10.4 - Óñòðàíåíèå äåôåêòîâ òóðáè-

íû â õîäå äîâîäêè

Äîâîäêà òóðáèíû ïî íàäåæíîñòè îñóùåñòâ-

ëÿåòñÿ ñíà÷àëà íà ýêñïåðèìåíòàëüíûõ óñòàíîâêàõ,

à çàòåì â ñèñòåìå äâèãàòåëÿ – êàê â ïðîöåññå ñòåí-

äîâûõ è ëåòíûõ èñïûòàíèé, òàê è â ýêñïëóàòàöèè.

Íåñìîòðÿ íà ïðîãðåññ â àíàëèòè÷åñêèõ ìåòîäàõ,

ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ äîâîäêà îñòàåòñÿ îñíîâíûì

ñïîñîáîì óñòðàíåíèÿ äåôåêòîâ â òóðáèíå è, ñîîò-

âåòñòâåííî, â äâèãàòåëå.

Îïûò ðàçðàáîòêè íîâûõ êîíñòðóêöèé òóðáèí,

íàêîïëåííûé âåäóùèìè êîìïàíèÿìè â îáëàñòè

äâèãàòåëåñòðîåíèÿ, ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî îñ-

íîâíûì ïóòåì èñêëþ÷åíèÿ ïîòåíöèàëüíûõ äåôåê-

òîâ ÿâëÿåòñÿ óâåëè÷åííûé îáúåì èñïûòàíèé. Ïî