ВЛИЯНИЕ ЭРОЗИОННОГО ИЗНОСА ЭЛЕМЕНТОВ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ГТД В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА ПЫЛЬНЫХ АЭРОДРОМАХ

В условиях эксплуатации ГТД на грунтовых и запыленных аэродромах в процессе взлета, посадки и руления летательного аппарата, а также при использовании реверса тяги образуется пылевое облако, и часть пыли попадает через входное устройство силовой установки в двигатель. Это особенно характерно для вертолетных ГТД, базирующихся на неподготовленных грунтовых площадках.

Количество пыли, содержащееся в воздухе, зависит от состава грунта и может достигать 0,2...0,4 г/м³. Частицы пыли обладают абразивными свойствами. Попадая в проточную часть двигателя, они вызывают эрозионный износ ее элементов. В первую очередь эрозионному износу подвергаются лопатки рабочих колес и направляющих аппаратов компрессора. Степень износа зависит от размеров частиц пыли, их твердости, скорости их движения времени и от количества частиц, попавших в двигатель, т.е. от количества прошедшего через компрессор запыленного воздуха и концентрации пыли в нем. Износ лопаток турбины происходит в меньшей степени из-за «размягчения» частиц в горячем газе.

Рис. 48.2

Эрозионный износ искажает геометрические формы деталей элементов проточной части, что влияет на их характеристики. В первую очередь уменьшается КПД компрессора и его напорность вследствие изменения формы профилей лопаток.

На рис. 48,2 показано относительное изменение , и компрессора вертолетного двигателя Д‑25В (с расходом воздуха на максимальном режиме ) в зависимости от суммарного количества прошедшего через него песка G_п. Вначале износу подвергаются выходные кромки лопаток, и КПД компрессора может даже немного повышаться из-за снижения кромочных потерь. Дальнейшее увеличение G_п вызывает уменьшение углов изгиба профилей и увеличение радиальных зазоров. Увеличение профильных и концевых потерь и уменьшение кривизны лопаток приводят к интенсивному снижению и . Кроме того, рост радиальных зазоров и рассогласование ступеней из-за изменения их характеристик приводят к смещению границы устойчивых режимов работы на характеристике компрессора в вправо.

Влияние эрозионного износа элементов двигателя на его характеристики зависит от ряда факторов и, в том числе, от закона управления. Если, например, турбовальный двигатель на максимальном режиме работает при n_т.к.= n_т.к.max, то снижение КПД компрессора и турбины потребует увеличения температуры , тем более значительного, чем больше износ лопаток.

Помимо влияния на прочность турбины, рост сместит рабочую линию на характеристике компрессора в сторону границы устойчивых режимов.

Если вступает в действие ограничение по , то износ приведет к уменьшению n_т.к , т.е. к снижению мощности двигателя и опять таки к смещению рабочей линии на характеристике компрессора в сторону границы устойчивых режимов. Одновременно со смещением границы устойчивой работы компрессора вправо это существенно снижает запас газодинамической устойчивости компрессора. В условиях эксплуатации при отсутствии надлежащего контроля это может вызвать неустойчивую работу компрессора.

Уменьшение эрозионного износа элементов проточной части двигателей, работающих в условиях повышенной запыленности, достигается применением пылезащитных устройств, а также поверхностным упрочнением деталей за счет специальных защитных покрытий.

Чрезвычайно опасным является попадание на вход в двигатель посторонних предметов. Образующиеся при соударении этих предметов с лопатками компрессора забоины ухудшают их прочностные и аэродинамические характеристики. В ряде случаев это приводит к выходу двигателя из строя или необходимости его досрочного съема. Уменьшение вероятности попадания на вход в двигатель посторонних предметов достигается рядом мероприятий. Требуется более качественная подготовка аэродромов к полетам. В конструкции воздухозаборников ряда современных самолетов выполняются специальные защитные устройства, а сам воздухозаборник стремятся располагать на возможно большем удалении от поверхности аэродрома и носового колеса шасси.