К определению зоны устойчивой работы ГТУ

Рис.3.11. (P₁^*, T₁^* - давление и температура заторможен­ного потока воздуха на входе в компрессор; T^*_3min, T^*_3max - температура газов перед турбиной соответственно минимальная и максимальная).

Особенности совместной работы турбины и компрессора в соста­ве ТК блока в общем виде аналогичны для любых типов ГТУ. Харак­тер работы ГТУ и ее устойчивость определяют входящие в ее состав ТК блоки. Свободная силовая турбина на работу ТК блока непосред­ственного воздействия не оказывает, а влияет лишь на изменение экономических показателей работы всей ГТУ в зависимости от раз­виваемой мощности.

Изменение мощности ГТУ может происходить с изменением тем­пературы газов перед турбиной при постоянной частоте вращения (n=const) и переменной (n=varia).

В первом случае ГТУ работает на электрогенератор. Уменьшение температуры газа перед турбиной приводит к увеличению расхода воз­духа и снижению степени повышения давления в компрессоре. Режим работы компрессора при этом удаляется от границы неустойчивой работы. В случае возрастания нагрузки электрогенератора для поддержания его постоянной частоты вращения должна повышаться температура газа перед турбиной, что вызовет увеличение степени повышения давления и некоторое снижение производительности компрессора. При этом его линия рабочего режима будет приближаться к границе не­устойчивой работы.

Во втором случае ГТУ работает в качестве привода винта. Здесь изменение мощности происходит при одновременной изменении частоты вращения ТК блока и температуры газа перед турбиной. При этом снижение мощности идет при уменьшении температуры газов перед турбиной и частоты вращения. Линия рабочих режимов компрессора полого идет вниз, уклоняясь от линии помпажа, степень повышения давления и расход воздуха снижаются. При увеличении мощности идет обратный процесс: растет температура газов перед турбиной, частота вращения ТК блока, степень повышения давления и расход воздуха; линия рабочих режимов компрессора приближается к грани­це помпажа.

3.3. Влияние атмосферных условий

В ГТУ в качестве основы рабочего тела используются большие массы воздуха, характеризующиеся коэффициентом избытка воздуха. Его величина равна 5-7. Соотношение количества используемого воз­духа в сравнении с другими типами СЭУ выглядит так: удельный расход воздуха в ГТУ составляет (14-28) кг/(кВт*ч), ДЭУ - (7-7,5) кг/кВт*ч), ПТУ - (8-9) кг/кВт*ч). Необходимость сжатия такого количества воздуха в компрессоре ставит характер работы ГТУ в жесткую зависимость от его начальных параметров (температу­ра, давление, влажность) и физических свойств (плотность, тепло­емкость, газовая постоянная). В эксплуатационных условиях их изменение приводит к колебаниям требуемой для сжатия работы и, соответственно, полезной мощности ГТУ при неизменном расходе топлива.

В процессе работы ГТУ изменения могут быть значительными, а поэтому их необходимо учитывать. В противном случае не исключены перерасход топлива, невозможность развития заданной частоты враще­ния, превышение допустимой мощности (по условиям прочности), преж­девременное израсходование ресурса, работа компрессора в неустой­чивой зоне.

Ниже рассматривается влияние на работу ГТУ изменения указан­ных параметров.

ТЕМПЕРАТУРА. Она в зависимости от времени года, суток и географического района плавания колеблется в широком диапазоне (от -45 ⁰С до +45 ⁰С). Ее реальное отклонение зимой и летом от стандартного значения составляет ≈31 % [11].

Зависимость работы ГТУ при изменении температуры наружного воздуха такова: при ее повышении из-за уменьшения массовой произ­водительности компрессора вследствие понижения плотности воздуха развиваемая ГТУ мощность снижается; при понижении и постоянном расходе топлива на ГТУ, ее мощность по сравнению с расчетными ус­ловиями возрастает. Изменение мощности ГТУ при отклонениях температуры наружного воздуха в эксплуатационных условиях от расчетно­го значения объясняется следующими обстоятельствами. При постоян­стве давления на входе в компрессор и скорости его вращения масса засасываемого воздуха изменяется обратно пропорционально отношению его действительной температуры к расчетной. Кроме того, рост температуры наружного воздуха увеличивает потребную работу сжатия, что вызывает уменьшение полезной работы цикла и его КПД.

Изменение температуры наружного воздуха оказывает двоякое влияние на КПД компрессора. При увеличении температуры воздуха на входе в компрессор в области режимов, близких к расчетным, его КПД несколько повышается. Это связано с ростом местной скорости звука, снижением числа М в потоке и улучшением условий обтекания лопаточного аппарата. В результате чего снижаются гидравлические потери. При уменьшении температуры воздуха КПД компрессора по­нижается.

Влияние температуры наружного воздуха на изменение КПД и полезной работы ГТУ показано на рис.3.12.

Характер изменения КПД и полезной работы цикла ГТУ в зависимости от температуры наружного воздуха

Рис.3.12 (η - КПД; L - полезная работа цикла; t₁ - температура наружного воздуха; Р₁ , P₂ - давление воздуха на входе и выходе из компрессора).

Из анализа приведенных зависимостей следует, что оптимальные отношения давлений для КПД и работы изменяются линейно и тем боль­ше отличаются друг от друга, чем больше разность между значениями температур воздуха.

Опыт эксплуатации различных типов ГТУ (авиация, морской флот, стационарная энергетика) подтверждает их высокую чувствительность к изменениям температуры наружного воздуха. Например, авиацион­ные ТРД при эксплуатации в условиях крайнего Севера развивают тягу на 30-40 % больше, чем в южных широтах. Для транспортных самолетов повышение температуры наружного воздуха с +15 до +30 ⁰С приводит к падению тяги на 7-11 %. При эксплуатации ГТУ типа RM-60 (английская канонерская лодка "Грейгуз") в условиях изменения температуры наружного воздуха на 10 °С ее мощность из­менялась на 7,5-9,0 %.

Характер изменения мощности корабельных ГТД фирмы "Лайкоминг" (США) при температурах наружного воздуха 27°С и 38 °С приведен в табл.3.2 [3].

Таблица 3.2.

Характер изменения мощности корабельных ГТД фирмы "Лайкоминг" (США) при температурах наружного воздуха 27°С и 38 °С

Влияние температуры наружного воздуха на мощность и ресурс ГТД типа LМ-2500 приведено на рис.3.13.

Зависимость мощности и ресурса ГТД LМ-2500 от температуры наружного воздуха

Рис.3.13 (1 - ресурс 500 ч; 2 - ресурс 2500 ч; 3 - ресурс 5000 ч; 4 - ресурс 8000 ч).

Стационарные ГТУ на электростанциях в Швейцарии при эксплуатации зимой развивают мощность на 30-40 % больше, чем летом.

ДАВЛЕНИЕ. Этот параметр оказывает меньшее влияние на характер работы ГТУ по сравнению с температурой наружного воздуха. Его изменение на входе приводит к пропорциональному изменению во всех сечениях по длине проточной части компрессора. При этом тем­пературы и скорости, степень повышения и КПД остаются постоянны­ми, а массовый расход и мощность, потребляемая на вращение комп­рессора, изменяются пропорционально его изменению на входе.

При увеличении атмосферного давления воздуха вследствие воз­растания его массового расхода мощность ГТУ увеличивается. При уменьшении давления воздуха она снижается.

ВЛАЖНОСТЬ. Влияние этого параметра на работу ГТУ связано с изменением массового количества воздуха и его теплоемкости через газовую постоянную. С ростом влажности она увеличивается, что приводит к повышению работоспособности газа и полезной работы тер­модинамического цикла. Например, для сухого воздуха R_в = 293 Дж/(кг*град), а водяных паров Rн₂о = 471 Дж/(кг*град). Вместе с тем водяные пары в воздухе снижают его плотность (γ = Р/RT ≈ 1/R), вследствие чего падает массовый расход воздуха через ГТД. Влия­ние этого падения превалирует над ростом теплоемкости при увели­чении влажности воздуха, что приводит к снижению развиваемой мощности ГТД.

Увеличение теплоемкости газа вызывает рост часового и удель­ного расхода топлива. Анализ данных, например, для различных типов авиационных ГТД показывает, что увеличение влажности при температуре наружного воздуха +45 °С вызывает: падение тяги на 0,3-0,5 %; рост удельного расхода топлива на 2,1-2,6 % и часового - на 1,8-2,1 %.

При изменении атмосферных условий (например, температуры наружного воздуха и его влажности) в процессе эксплуатации ГТУ может образоваться лед на входе в КНД, а также на его направляю­щих и рабочих лопатках. Процесс образования льда начинается при температуре воздуха около нуля и влажности 1-2 г/м³. В связи с большими расходами воздуха на входе в компрессор создается значительное разряжение. Это приводит к падению температуры входя­щего воздуха на 3-5°С, что также способствует льдообразованию. При забрызгивании воздухозаборных шахт процесс обледенения ак­тивизируется.

При обледенении входного устройства и облопатывании комп­рессора уменьшается площадь проходных каналов, вследствие чего снижается расход воздуха, падает мощность ГТУ, возрастает удель­ный расход топлива, увеличивается неравномерность потока воздуха на входе в компрессор, появляются существенные отклонения в режиме обтекания лопаточного аппарата. В конечном итоге это может привести к неустойчивой работе компрессора, а в особо неблаго­приятных случаях - к помпажу. Кроме того, куски льда, попавшие в проточную часть компрессора, могут повредить его облапатывание. При обледенении рабочих лопаток нарушается балансировка ротора.

В осевых компрессорах передача тепла от последних ступеней к первым затруднена, поэтому лопатки первых ступеней остаются холодными, и лед может образовываться на лопатках не только пер­вой, но и даже двух-трех последующих ступеней.

Для предотвращения обледенения ГТУ оснащаются антиобледенительными устройствами - системами обогрева входного устройства компрессора. Для этого могут использоваться различные источники тепла: теплый воздух, отбираемый от одной из последних ступеней компрессора; горячее масло, откачиваемое от ГТД; горячие газы, отбираемые из камер сгорания; горячие газы, вырабатываемые в спе­циальной вспомогательной камере сгорания; электрообогрев.

Для предотвращения отрицательных последствий обледенения при эксплуатации ГТУ рекомендуется вести постоянный контроль за состоянием воздухозаборных устройств, защитных сеток, входных направляющих аппаратов и ступеней компрессора, доступных для осмотра.

Перед вводом ГТУ в действие необходимо проверить легкость вращения ротора низкого давления и включить антиобледенительную систему.

При работе ГТУ на холостом ходу и малых нагрузках по сравне­нию с режимами, соответствующими большим мощностям, антиобледенительная система мало эффективна из-за недостаточного количества подводимого тепла. Поэтому целесообразно ограничивать время рабо­ты ГТУ на этих режимах. Однако в случае образования льда при рабо­те ГТУ на повышенных нагрузках необходимо снизить частоту враще­ния на 20-30 %, уменьшив тем самым разрежение и несколько повысив температуру воздуха на входе в компрессор.

При работе ГТУ начавшийся процесс обледенения можно обнару­жить по изменению вибрации и величины "скольжения" контуров вы­сокого и низкого давления. Характерными признаками неустойчивой работы компрессора и помпажа в особо тяжелых случаях обледенения являются резкие колебания давления в разгрузочных полостях, повышение температуры газов перед ТВД и возрастание вибрации.

3.4. Неустойчивые режимы

При работе ГТУ на таких режимах наблюдаются колебания пара­метров газовоздушного потока, возникновение повышенной вибрации, резкий рост температуры газа перед турбиной, появление звуковых толчков на газовыпуске, начинается процесс вибрационного горения. Последствиями такой работы ГТУ могут быть самопроизвольная ее остановка, отрыв лопаток компрессоров и турбин, а также крепежа, разрушение топливных и масляных трубопроводов и др.

Неустойчивая работа ГТУ может возникнуть как на установивших­ся, так и на переменных режимах, но чаще всего при пуске и остановке (разгоне или сбросе частоты вращения).

Основной причиной неустойчивой работы ГТУ является срыв процессов, происходящих в ее узлах (входных устройствах, компрес­сорах, турбинах, камерах сгорания, газовыпускных устройствах). Превалирующее значение имеет компрессор. Это обусловлено особен­ностями его рабочих характеристик, тесной взаимосвязью с турби­ной, крайне острой чувствительностью к любым отклонениям от опти­мальных условий обтекания проточной части.

Неустойчивый режим работы компрессора (помпаж) может воз­никнуть при уменьшении объемного расхода воздуха ниже допустимых значений дл_я данных условий. Он сопровождается резкими колебания­ми давления воздуха, интенсивной пульсацией его потока, значительным усилением шума, носящим вибрирующий характер, появлением значительных хлопков и ударов, сильной вибрацией и тряской, рос­том температуры воздуха перед компрессором, падением его производительности и КПД. Указанные явления имеют прогрессирующий харак­тер и в конечном итоге могут привести к разрушению компрессора. Поэтому его работа в режиме помпажа нежелательна.

При нормальном режиме работы компрессора наблюдается слабая пульсация потока воздуха с малой амплитудой и большой частотой. С приближением к границе помпажа эти явления усиливаются и стано­вятся более очерченными.

На режиме помпажа наблюдаются резкие колебания давления и скорости потока воздуха с большой амплитудой и малой частотой. При этом величина среднего давления за компрессором резко падает по сравнению с беспомпажным режимом работы.

Возникновение помпажа в компрессоре связано с образованием в отдельных элементах его проточной части срывных течений воздуха сильной интенсивности.

Установлено, что компрессор при каждой частоте вращения имеет как бы двехарактеристики: одна соответствует нормальному режиму работы, а вторая - режиму срыва (рис.3.14 [11]).

К вопросу определения разрыва напорной характеристики компрессора при работе в помпажном режиме

Рис.3.14. (1 – нормальная характеристика; 2 – срывная характеристика).

Во время помпажа работа компрессора носит автоколебательный характер, периодически переходя с характеристики нормального ре­жима на срывную и обратно. В связи с некоторым запаздыванием пере­хода с характеристики срыва на нормальную процесс возврата идет с несколько большим расходом воздуха, вследствие чего образуется так называемая петля гистерезиса aba’b’(рис.3.14).

Наличие двух рабочих характеристик объясняется двумя форма­ми течения воздуха в компрессоре: безотрывной и полного срыва.

Срывные течения воздуха в компрессоре обусловлены отклонением его режима работы от оптимального, при этом возможны случаи увели­чения и уменьшения расхода воздуха по сравнению с расчетными.

С повышением расхода воздуха и данных частотах вращения угол входа потока на лопатки увеличивается, а угол атаки при этом принимает отрицательные значения, вследствие чего происходит пе­реориентация движения потока относительно профилей лопаток. Он начинает набегать на выпуклые части профилей и вызывает срыв потока со стороны вогнутых частей.

С понижением расхода воздуха при данных частотах вращения угол входа потока на лопатки, наоборот, уменьшается, а угол атаки принимает большие положительные значения. При этом поток воздуха начинает набегать на вогнутую часть профиля лопатки и вызывает срыв с выпуклой поверхности лопатки, причем в этом случае созда­ются более благоприятные условия для развития явлений срыва.

Указанный выше механизм образования явлений срыва идентичен как для рабочих лопаток, так и для лопаток спрямляющих аппаратов. Однако для разных типов осевых компрессоров развитие срывных явлений имеет свои особенности. Например, у компрессоров с длин­ными лопатками при малых относительных диаметрах втулок в первый период участки срывов формируются только на части лопатки. С дальнейшим уменьшением расхода воздуха происходит увеличение этих участков. При таком образовании зон срыва напорные характеристики ступени не имеют резких разрывов и поэтому переход с нормаль­ной характеристики на характеристику срыва идет равномерно.

При работе компрессоров с короткими лопатками при больших относительных диаметрах втулок уменьшение расхода воздуха вызы­вает примерно одинаковые изменения угла атаки набегающего потока по всей высоте лопатки. Это приводит к образованию зоны срыва на всей длине лопатки, что объясняет резко выраженный разрыв напор­ных характеристик.

Возникновение зон срыва приводит к уменьшению площади проход­ных межлопаточных каналов, что вынуждает воздух растекаться по соседним каналам лопаток, работающих в нормальном режиме. Это приводит к изменению у них угла атаки набегающего потока. Справаот зоны срыва углы атаки лопаток уменьшаются, что препятствует распространению срыва в этом направлении. Слева от зоны срыва уг­лы атаки лопаток увеличиваются, тем самым, облегчая распростране­ние срыва. В результате этого зона срыва все время перемещается в сторону, противоположную вращению ротора, со скоростью примерно в два раза меньшей скорости вращения ротора. В абсолютном движе­нии вращение зон срыва представляется по ходу ротора с соответ­ствующим отставанием.

При полном переходе на характеристику срыва компрессор снова начинает работать устойчиво, но при значительно меньшем напоре. Переход с одной характеристики на другую происходит скачкообразно.

Возникновение помпажа при работе компрессора на характерис­тиках срыва происходит в зависимости от влияния на его работу взаимосвязанных с ним систем - воздухоподводящих и находящихся за компрессором. Характер их работы в каждом отдельном случае определяет возможность и условия возникновения помпажа.

Эксплуатационные причины, вызывающие помпаж компрессоров, можно разделить на четыре группы [11]: искажение аэродинамических качеств проточной части и воздухоподводящих устройств; ненормальная работа антипомпажных устройств; неисправности работы топливо-регулирующей аппаратуры.

Первая группа причин связана с изменением геометрии элемен­тов проточной части компрессоров, которые происходят в результате эрозионного воздействия на них твердых частиц, коррозии и загрязне­ния их солями морской воды и продуктами неполного сгорания отра­ботавших газов.

Вторая группа включает изменения геометрии воздухозаборных и входных устройств компрессоров. Это связано с неточным сочлене­нием элементов воздухопроводов, эксплуатационными нарушениями их внутренней облицовки, появлением шероховатостей и выпучиваний, отставания листов обшивки. Возможны случаи затеснения воздухоза­борных устройств из-за обмерзания защитных сеток, затягивания внутрь чехлов, разрушения листов их обшивки и др.

Третья группа связана с неисправной работой ленты перепуска воздуха из компрессора. Возможны случаи ее обрыва, а также несво­евременного открытия или закрытия из-за неисправной работы центро­бежного датчика частоты вращения или механизма управления ею.

Результатом действия причин четвертой группы является наруше­ние установленных программ темпа запуска и набора частоты враще­ния ГТУ. Например, внезапная подача большого количества топлива в камеру сгорания приводит к резкому увеличению сопротивления газовоздушного тракта и искажению характера течения воздуха в комп­рессоре, и кроме помпажа вызвать пожог лопаток турбины.

Для оценки устойчивости компрессора против помпажа использу­ется коэффициент запаса по помпажу или коэффициент запаса устойчи­вости компрессора против помпажа:

К_у=(π^*_кn G^*_р)/(π^*_кр G^*_n) = √(T^*_3n/T^*_3p), (3.4)

где π^*_кn и π^*_кр - степени повышения давления; G^*_р и G^*_n - расхо­ды воздуха; T^*_3n и T^*_3p - температуры газа перед турбиной; индексы (n) и (р) соответственно обозначают границу помпажа и рабо­чую линию.

Устойчивость компрессора против помпажа определяется место­расположением линии рабочих режимов на его характеристике. Чем ближе она проходит от линии помпажа, тем меньше запас устойчивос­ти при данных конкретных условиях. На практике эта величина опре­деляется по приведенной частоте вращения, характеризующей границу линии помпажа. Разница в частотах вращения рабочей точки компрес­сора и точки границы помпажа при определенном расходе воздуха, соответствующем заданному режиму работы ГТУ и внешним условиям, будет оценивать запас устойчивости компрессора против помпажа.

3.5. Загрязнение проточных частей

Оно выражается в виде налипания на лопатки спрямляющих, направляющих и сопловых аппаратов, а также рабочие лопатки комби­нированных отложений солей, масла, сажи, пыли, которые, перемеши­ваясь, образуют плотную маслянистую темную массу или нагар. Из них преобладающими являются соли морской воды, составляющие до 80 % отложений.

В процессе эксплуатации ГТУ наибольшему загрязнению подверга­ется проточная часть компрессоров. Это связано со сложностью их конфигурации и относительно малыми зазорами.

Характер загрязнения по длине проточной части неодинаков. Первые ступени компрессоров загрязняются меньше благодаря происхо­дящей самоотмывке их влагой, выделяющейся из воздуха. По мере дви­жения по проточной части вследствие увеличения температуры возду­ха и испарения влаги степень загрязнения облопатывания возраста­ет.

При наличии масляных паров и пленки на деталях проточной части компрессоров процесс отложений интенсифицируется. Попадание масла в компрессор является следствием малой эффективности рабо­ты лабиринтовых уплотнений на режимах пониженной мощности из-за недостаточного подпора воздуха, а также возможных неисправностей и износа. В этом случае загрязнение представляет собой образование масляных суспензий, имеющих свойство вязко-пластичного тела. Они формируются вследствие перемешивания масла, солей морской воды, пыли, частиц, продуктов неполного сгорания отработавших газов и др. Их вязкость превышает вязкость чистого масла в 150-200 раз, что способствует образованию плотных отложений на деталях проточной части [16] .

Факторы, влияющие на интенсивность и характер загрязнения проточных частей ГТУ вообще, можно разделить на две группы: кон­структивные и эксплуатационные.

Снижение влияния конструктивных факторов можно достигнуть путем рационального расположения воздухозаборных шахт, использо­вания фильтров, сепараторов и др.

Эксплуатационные факторы обусловлены характером использова­ния судна и ГТУ. Они могут быть значительно смягчены за счет пра­вильного выбора курса движения, скорости хода, времени работы ГТУ и обеспечения выполнения необходимых регламентных мероприятий.

Загрязнение проточных частей компрессоров и турбин вызывает ухудшение эксплуатационных показателей работы всей ГТУ. Оно вы­ражается в падении ее мощности вследствие снижения КПД компрессо­ров и турбин. Кроме того, загрязнение приводит к увеличению расхода топлива, роста температуры газов перед турбиной, снижению запаса устойчивости компрессоров против помпажа.

Основной причиной снижения КПД компрессоров и турбин при загрязнении является нарушение аэродинамики обтекания воздухом и газом рабочих элементов их проточных частей. Наиболее чувствительны в этом отношении компрессоры. Турбины в меньшей степени реагируют на нарушение аэродинамики при загрязнении их проточных частей. Это связано с различием протекающих в них процессов.

Загрязнение приводит к изменению профиля рабочих, сопловых и направляющих лопаток вследствие чего увеличиваются профильные потери и коэффициент лобового сопротивления, снижается коэффициент подъемной силы. В конечном итоге, например, у компрессора падает напор отдельных ступеней и всего агрегата, а его рабочая линия смещается к границе неустойчивой работы.

Для борьбы с загрязнением проточных частей ГТУ возможны два пути: использование защитных устройств для воздухозаборников и периодические промывки. В эксплуатационных условиях наиболее эффективен второй способ. В качестве промывочных сред могут при­меняться пар, вода, топливо, специальные растворы и смеси, обла­дающие различной эффективностью очистки. Процесс промывки осущест­вляется с помощью различных устройств, например, состоящих из нескольких распылителей, смонтированных в приемной части комп­рессора и расположенных по окружности, через которые под давле­нием подается промывочная жидкость в его проточную часть.

Применительно к газотурбогенераторам типа "Аллен" промывка проточной части компрессоров осуществлялась путем подачи дистил­лированной воды в приемные воздушные патрубки через каждые 6 ч, что обеспечивало нормальные условия их работы без значительного загрязнения в течение 2000 ч [16].

Системой промывки проточных частей ГТД оборудовались оте­чественные ГТД АИ-20 СПК типа "Буревестник" и ГТД Д-25В СПК типа "Вихрь". Эксплуатация ГТД на СПК "Буревестник" выявила необходи­мость промывки проточной части двигателя специальным раствором через каждые 500 ч работы [15].

При использовании в процессе промывки пара или дистиллиро­ванной воды удаляются только соли морской воды и лишь частично восстанавливаются характеристики компрессоров. В случае комбини­рованного загрязнения, связанного с присутствием масла и промыш­ленных отложений, промывка паром и водой оказывается малоэффек­тивной. Поэтому промывки с использованием пара или воды осуществ­ляются для удаления "засоления" проточных частей и в профилакти­ческих целях. Они проводятся на режимах холодной прокрутки и хо­лостого хода. Допускается промывка и на пониженных мощностях. Возможна промывка и на полной нагрузке, но лишь с частичным восстановлением его характеристик. После окончания промывки де­лается горячий запуск двигателя для просушки проточной части.

Для сильно загрязненных проточных частей ГТУ применяется комбинированная промывка сначала керосином или дизельным топливом, а затем паром или дистиллированной водой в несколько циклов до восстановления первоначальной степени чистоты. В эксплуатационной практике для этих целей использовались растворители типа "Прогресс' МЛ-22, МЛ-6 и др. [16]. Они оказались достаточно эффективны при отмывке отложений и промышленных отходов в компрессорах.

Для очистки проточных частей ГТУ могут быть использованы и твердые очистители. Наибольшее распространение для этих целей получил карбобласт (зернистый порошок, состоящий из размельченных скорлупок грецких орехов и абрикосовых косточек). Его действие очень эффективно. Например, при очистке ГТД "Протей" в проточную часть было введено 6,6 кг карбобласта тремя порциями по 2,2 кг с интервалом в I мин. После введения первой порции частота вра­щения компрессора повысилась на 100 об/мин, а температура газов перед турбиной упала на 32 °С. После второй порции порошка частота вращения компрессора возросла, еще на 100 об/мин, а температура газов снизилась на 5 °С. При вскрытии компрессора его лопатки оказались совершенно чистыми [11]. Некоторые иностранные фирмы рекомендуют ежедневно очищать проточные части компрессоров путем введения в них до 0,2 кг карбобласта.

Применительно к корабельным ГТУ для защиты проточных частей используют различные фильтрующие и дренажные системы, устанавливаемые в воздухозаборных устройствах. Защитные фильтры бывают двух типов: инерционные и сетчатые.

Инерционные фильтры - сепараторы отделяют брызги морской во­ды за счет резкого изменения направления движения воздуха. Они просты и эффективны в работе. При скорости движения воздуха более 19,5 м/с они задерживают около 95 % частиц размером более 5 мкм, при этом потери давления составляют менее 130 Па. Инерционные филь­тры-сепараторы хорошо защищают проточные части ГТУ от попада­ния в них частичек грунта и песка.

В сетчатых фильтрах-сепараторах основным элементом являются специальные сетки, изготовляемые из стали, титана, меди, пласти­ков и др. Толщина фильтрующей сетки может составлять 100-300 мм. Такие фильтры-сепараторы удовлетворительно задерживают различные частицы размером более 5 мкм. Падение давления на них при скорос­тях потока 3-6 м/с составляет от 120 до 750 Па.

В эксплуатационной практике могут быть использованы и электро­статические фильтры различных конструкций. Они обладают высокой защитной эффективностью, но мало надежны и сложны для эксплуата­ции.

Для поддержания технико-экономических показателей ГТУ на вы­соком уровне в процессе их эксплуатации должен вестись постоян­ный контроль за степенью и скоростью загрязнения проточных час­тей ГТУ. В противном случае могут быть отрицательные последствия. Загрязнение компрессоров приводит к снижению их КПД, производительности и степени повышения давления. В газотурбогенераторах это может вызвать повышение температуры газов перед турбиной. В главных ГТУ может произойти снижение частоты вращения турбины винта. Для поддержания заданной частоты вращения потребуется уве­личить температуру газов перед турбиной за счет подачи дополни­тельного количества топлива в камеру сгорания.

Для двухкомпрессорных ГТУ показателем загрязнения их проточ­ных частей является, кроме того, изменение частот вращения ТК блоков высокого и низкого давления. Разная степень загрязнения компрессоров приводит к изменению отношения их частот вращения, которое является вполне определенным для каждого режима ГТУ и не должно самопроизвольно меняться в любых пределах, иначе это может привести к работе компрессоров в неустойчивой зоне.

При нормальных условиях работы ГТУ общий располагаемый пе­репад тепла определенным образом распределяется между турбинами. Зависимость между частотой вращения турбин компрессоров высокого и низкого давления устанавливается совершенно строго. Выдержива­ние в эксплуатации этой зависимости гарантирует нормальные усло­вия работы компрессоров, а значит, и всей ГТУ. В случаях загряз­нения проточных частей компрессоров эта зависимость нарушается, т.е. изменению частоты вращения КВД (n_квд) не соответствует полученное изменение частоты вращения КНД (n_кнд). Разность меж­ду частотой вращения КНД для "чистого" ГТД и загрязненного при n_квд = const называется изменением "скольжения", т.е. Δn_кнд = n_кнд(ч) - n_кнд(з).

Допустимое значение этой величины составляет от 200 до 300 об/мин. в зависимости от развиваемой мощности. Превышение ее ус­тановленных значений может привести к аварии из-за работы ГТУ в неустойчивой зоне. Во избежание этого необходимо периодически 'промывать проточную часть ГТУ. Для контроля за ее изменением ис­пользуют графические или табличные зависимости между частотами вращения КВД и КНД, построенными для "чистой" ГТУ и разных темпе­ратур наружного воздуха, и значениями допустимого изменения "скольжения" для разных мощностных интервалов.

Степень загрязнения проточной части однокомпрессорной ГТУ определяется по величине температуры газов перед турбиной. Для этого используются графические зависимости температуры газов пе­ред турбиной от развиваемой мощности и температуры наружного воз­духа. В случае превышения установленной температуры газов перед турбиной при определенной температуре наружного воздуха и развиваемой мощности требуется срочная промывка проточной части ГТУ.

3.6. Коррозия и эрозия проточных частей

Под коррозией понимается химическое разрушение металлических сплавов под воздействием жидкостей, паров или газов. Под эрозией - процесс разрушения металла в результате механического воздейст­вия на него твердых частиц.

В процессе эксплуатации ГТУ активному коррозионному воздейст­вию подвергаются различные их узлы, детали и агрегаты. Причиной этого является постоянное контактирование металла ГТУ с: влажным морским воздухом, насыщенными солями; морской водой, попадающей на детали при забрызгивании и заливании воздухозаборных шахт; водой, находящейся в топливе и масле. Кроме того, облопатывание компрессоров и турбин постоянно находится под эрозионным воздейст­вием твердых частиц, заносимых в проточные части вместе с воздухом. Проточные части газовых турбин дополнительно подвергаются еще и га­зовой коррозии.

Эрозионные процессы в турбинах интенсифицируются за счет вы­соких скоростей газового потока и резких колебаний его температу­ры в периоды пуска и на переменных режимах работы ГТУ. Существен­ное коррозионное и эрозионное поражение важных узлов ГТУ (облопатывание компрессоров и турбин, подшипники, отдельные агрегаты и механизмы систем топливорегулирования и защиты) неминуемо при­водит к снижению надежности всей ГТУ.

Сущность коррозионных и эрозионных процессов, протекающих в отдельных элементах ГТУ, и меры борьбы с ними рассматриваются ниже.

ПРОТОЧНАЯ ЧАСТЬ КОМПРЕССОРОВ. Детали компрессоров в основном подвергаются электрохимической (атмосферной) коррозии. Наиболее интенсивно протекает точечная коррозия, она сосредотачивается на небольших участках и развивается по границам зерен сплава. Счи­тается, что никакие меры практически не могут абсолютно защитить металл от появления точечной коррозии в морской среде. Время появ­ления точечной коррозии зависит от свойств сплава и внешних условий. Она начинается при нарушении защиты небольшого участка поверхности металла. Например, вследствие эрозионного воздействия твердых частиц, заносимых вместе с воздухом. При этом образуется гальваническая пара с анодом в виде малой активной поверхности и катодом, который представляет вся защищенная поверхность металла. Возникающая разность потенциалов гальванической пары (до 0,5--0,6 В) вызывает большой анодный ток. Этим объясняется быстрота развития коррозионного процесса. Разрушение распространяется вглубь в связи с пассивностью металла, окружающего небольшой анод, и активизирующим действием образующихся продуктов коррозии.

Интенсивность точечной коррозии зависит от температуры, концентрации NaCl и напряженности металла. С увеличением температуры она возрастает и достигает максимума при значении около 90 °С. При дальнейшем росте температуры происходит ее снижение, так как начинает резко уменьшаться концентрация кислорода. С по­вышением концентрации NaCl возрастает число образовавш