Диагностика газотурбинных установок

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 02 Апреля 2012 в 14:42, курсовая работа

Краткое описание

В настоящее время в энергетике, а также других отраслях на­родного хозяйства наряду с паротурбинными установками и двигателями внутреннего сгорания все шире используются газотурбинные установки (ГТУ). Совершенствование конструкций ГТУ, повышение их эксплуатационных параметров и надежности явля­ются важнейшими задачами, которые предстоит решить на пути интенсификации научно-технического прогресса в нашей стране.

Содержание работы

1. Объект диагностирования
1.1 ГТУ, общая схема и принцип действия
1.2 Неисправности и дефекты, возникающие на ГТУ
2. Методы и средства диагностирования неисправностей и дефектов
3. Оптический метод контроля.. Бороскоп (эндоскоп)
4. Выводы
5. Список литературы

Содержимое работы — 1 файл

Курсовая по диагностике ГТУ.doc

Повреждения дисков и роторов турбомашин обусловливаются главным образом центробежными силами инерции, нестационар­ными силами от воздействия газового потока, динамической не­уравновешенностью, нарушением центровки. Неравномерное рас­пределение температуры в окружном и осевом направлениях, осо­бенно значительное при остановах ГТУ, может вызвать большие остаточные деформации (прогиб) ротора, а также трещины в зоне максимальных суммарных напряжений.

В соответствии с указанным расчетную оценку технического ресурса (срока службы) отдельных деталей и узлов в их конкретном конструктивном исполнении необходимо производить с учетом перечисленных выше специфических условий нагрузки и воздей­ствия рабочей среды. Так, расчетный ресурс деталей ГТУ (на­пример, лопаток компрессора), работающих в условиях совмест­ного воздействия статических и динамических нагрузок цикличе­ского характера, определяется запасом прочности по пределу вы­носливости. Для деталей, подверженных, кроме того, воздействию высокой температуры при неравномерном ее распре­делении, обусловливающем возникновение термических напряже­ний, и циклическом характере (например, лопаточный аппарат газовых турбин, жаровые трубы камеры сгорания), расчетную оценку их ресурса следует производить с учетом достаточного за­паса прочности по пределу малоцикловой усталости и термо­стойкости, характеризуемой свойством приспособляемости (оцени­вается по отсутствию образования трещин на поверхности детали при заданном числе теплосмен в нестационарных режимах). При этом необходимо учитывать отрицательное влияние на несущую способность детали (т. е. способность противостоять разрушению при определенном характере нагружения и воздействия окружаю­щей среды) наличие концентраторов напряжений в виде отверстий малого диаметра, резких переходов, шероховатой поверхности с забониами и рисками.

Следует отметить, что расчетное суммирование различных по характеру нагрузок, особенно в условиях отрицательного воз­действия рабочей среды, для оценки несущей способности боль­шинства деталей и узлов ГТУ является достаточно приближенным способом, и поэтому требуемую их работоспособность (ресурс) необходимо определять в конечном счете с учетом опыта эксплуа­тации, а также результатов эквивалентных испытаний, моделирую­щих рабочие условия, что широко распространено в практике авиа­ционного газотурбостроения .

Как правило, перечисленные выше факторы, вызывающие по­вреждения соответствующих элементов, действуют в течение до­статочно длительного периода времени, и отказу в работе ГТУ предшествует возникновение определенного дефекта в детали (узле), являющегося следствием ухудшения характеристик проч­ности, изменения ее размеров, зазоров и натягов, состояния рабо­чей поверхности и т. п. Своевременное обнаружение этих дефектов с последующим их устранением путем ремонта или замены детали (узла) является одним из основных путей повышения показателей эксплуатационной надежности ГТУ, реализуемым ва счет умень­шения как времени вынужденного простоя из-за отказов, так и затрат на проведение ремонтов.

Трудности распознавания связаны, в частности, с тем, что призна­ки неисправностей мало отличаются от «фоновых». Например, при разрушении лопатки турбины ее КПД, который из-за загрязнений был на 2% ниже парадного, снизился еще на 1%, а вибрация возросла с 50 до 60 мкм; при повреждении камеры сгорания дымность выхлопа не возникла, а только усилилась так, что это трудно обнаружить, а неравномерность температуры на выходе из турбины увеличилась с 40 до 50 К и т. д. Иногда эти признаки объяснялись просто ошибками при­боров. Еще более трудно обнаружить на работающей ГТУ дефекты, раз­витие которых может привести к аварии, например задевания или тре­щины в деталях.

Так, продолжительность ремонтно-восстановительных работ, связанных с устранением последствий аварийных отказов нз-за повреждений лопаточного аппарата газовых турбин, может достигать полгода н более, а затраты на их про­ведение составлять до 30—40 % первоначальной стоимости ГТУ .

При существующей практике эксплуатации ГТУ период вре­мени между профилактическими осмотрами и различными видами ремонта регламентируется главным образом степенью выработки расчетного ресурса деталей и узлов, эксплуатируемых в наиболее тяжелых условиях (лопаточных аппаратов газовой турбины и ком­прессора, жаровых труб КС и топливной аппаратуры). Большин­ство таких дефектов можно обнаружить лишь в процессе проведе­ния указанных работ на неработающей установке с частичной ее разборкой.

Как свидетельствует опыт эксплуатации стационарных ГТУ, наиболее характерными дефектами ее основных деталей и узлов (элементов), обнаруживаемыми при профилактических осмотрах, являются:

1) в лопаточном аппарате турбины — трещины на выходных кром­ках и в хвостовиках лопаток, коробление выходных кромок, сра­батывание верхних концов рабочих лопаток, натиры контактных поверхностей бандажных полок, твердые (золовые) отложения иа профильной поверхности лопаток, механическое изнашивание, со­провождающееся значительным увеличением шероховатости, по­явлением забоин трещин, местного изнашивания, коррозии;

2) в лопаточном аппарате компрессора — трещины иа выходных кромках лопаток, хвостовиках, в сварных соединениях с бандаж­ными кольцами, твердые и рыхлые отложения на профильной части лопаток, местное эрозионное изнашивание

3) в камерах сгорания — коробление и трещины жаровых труб, механическое изнашивание в месте подвижного соединения со входным коллектором, твердые отложения на внутренней поверх­ности жаровых труб и горел очных устройствах;

4) в роторах и дисках турбомашин — трещины в пазах хвостовых соединений рабочих лопаток, у отверстий для стяжных болтов, дисков и соединительных фланцах, твердые отложения по тракту охлаждения, остаточные деформации по окружности и вдоль оси;

5) в подшипниках скольжения — срабатывание и отслаивание баббитовой заливки вкладышей и упорных колодок, срабатыва­ние маслозащнтиых уплотнений;

6) в концевых и промежуточных уплотнениях — срабатывание и частичное разрушение уплотняющих выступов, натиры на обоймах уплотнений и в роторах;

7) в корпусных деталях — трещины во фланцевых соединениях коробление корпуса, обойм сопловых аппаратов, трещины и ко­робление обечаек выходных диффузоров и переходных патрубков, натиры и местное изнашивание уплотнительных колец над рабо­чими лопатками.

В большинстве случаев трещины в перечисленных деталях но­сят четко выраженный усталостный характер, иногда они вызваны механическим воздействием твердых частиц (пыли, золы, окалииы и т. п.). Образование микротрещин на профильной поверхности ло­паток турбин может быть вызвано недостаточной жаростойкостью материала и коррозией. Изменение размеров и формы ряда деталей из-за остаточных деформаций вызывает изменение осевых и ра­диальных зазоров, что приводит в ряде случаев к механическому изнашиванию в соответствующих местах контакта. Частота и по­вторяемость перечисленных выше дефектов обусловлены как кон­структорско- технологическими причинами, так и техническим уровнем эксплуатации. Они зависят также от серийности однотип­ных ГТУ и этапа их освоения. На стадиях доводки и в начале промышленной эксплуатации проявляются в основном дефекты, свидетельствующие о конструкторско-технологических недора­ботках; в последующие периоды большую долю составляют де­фекты, обусловленные недостаточностью прочностных свойств ма­териалов.

Так, и ряде случаев наблюдается ухудшение пластических свойств материа­лов в процессе работы ГТУ (детали) с одновременным повышением твердости поверхностного слоя.

Своевременное обнаружение перечисленных дефектов еще в про­цессе эксплуатации ГТУ, на работающей установке, позволило бы значительно сократить сроки доводки оборудования до рас­четных показателей, разработать мероприятия по их устранению (сокращению) и проверить их эффективность, предотвратить возникновение отказов из-за поломок и разрушения деталей и тем самым существенно повысить суммарный положительный техиико- эиономический эффект от применения ГТУ в различных отраслях народного хозяйства.

2. Методы и средства диагностирования неисправностей и дефектов

Наиболее прогрессивным направлением в указанном плане яв­ляется повсеместный переход в практике стационарного газотурбо­строения к методам технической диагностики, т. е. распознаванию с достаточной точностью (достоверностью) технического состояния основных деталей и элементов ГТУ в процессе ее работы путем анализа соответствующей информации, получаемой в опре­деленной последовательности непрерывно или периодически (дискретно).

Под техническим состоянием в данном случае следует понимать совокупность подверженных изменению в процессе эксплуатации свойств объекта (ГТУ), характеризуемую в определенный момент времени признаками, установленными соответствующей техниче­ской документацией. Вид технического состояния можно опреде­лить путем диагностирования (подробнее см. в ГОСТ 21199—82), результатом которого является заключение об исправности, рабо­тоспособности и правильном функционировании объекта или наличии конкретных неисправностей (дефектов), которые могут послужить наиболее вероятной причиной отказа. Процессы, про­ходящие в системе диагностирования, заключаются в многократ­ной и систематической подаче определенных сигналов (вызовов), их фиксации (накоплении) и анализе ответов на эти сигналы с по­следующей выдачей рекомендации. Решения о профилактической замене объекта принимается при достижении контролируемым параметром упреждающего допуска.

Теоретической моделью эксплуатации ГТУ по фактическому со­стоянию может служить задача управления случайным процессом как непрерывным, так и дискретным. В связи с этим обоснование и математическое описание технического состояния соответствуют задачам оптимальной профилактики . Важным свойством ГТУ как объекта диагностики является ее контролеспособность, т. е. способность достоверно оценивать ее техническое состояние и свое­временно обнаруживать путем поиска и контроля дефекты и не­исправности, что обеспечивается конструкцией основных элемен­тов и установки в целом, а также принятой системой технической диагностики. Техническая диагностика решает также задачу про­гнозирования вероятности сохранения исправного состояния ГТУ на определенный промежуток времени (до трех—пяти интервалов контроля).

Основные виды диагностической информации должны обеспе­чивать получение данных, объективно отражающих состояние ГТУ как системы, к которым относятся:

 состав и состояние взаимодействующих сред (воздуха, масла, воды, топлива, продуктов сгорания и т. д.);

 рабочие параметры процесса (частота вращения ротора, тем­пература, давление и т.п.);

 параметры, характеризующие тепловое состояние основных элементов (температура, перепады температур, тепловые переме­щения);

 акустические и тепловые излучения;

 результаты визуальных наблюдений за состоянием рабочей по­верхности детали.

Таким образом, использование методов диагностирования тех­нического состояния при эксплуатации стационарных ГТУ обу­словливает необходимость расширения функций системы контроля путем включения контроля автоматизации режимов пуска и холо­стого хода, регистрации и контроля основных механических пока­зателей и др.

Ввиду того, что признаки возникновения дефектов и неисправ­ностей, которые могут послужить в дальнейшем причиной аварий­ных отказов в работе ГТУ, даже при оснащенности ее специальной аппаратурой, зачастую являются вначале труднораспознаваемыми, большое значение для обеспечения высокой надежности имеет постоянное поддержание достаточно чистыми проточных частей турбомашин и элементов газовоздушного тракта, низкого уровня вибрации, малой неравномерности температур в потоке рабочего тела и основных деталях ГТУ, высоких запасов устойчивости от помпажа и т. д.

Среди методов инструментального контроля технического состо­яния агрегата применительно к стационарным ГТУ более предпоч­тителен детерминистский метод, заключающийся в непосредствен­ном определении физических явлений, служащих объективными признаками возникновения конкретных неисправностей и дефек­тов (это обусловлено прежде всего индивидуальным и мелкосерий­ным характером производства стационарных ГТУ). В качестве диагностических средств обнаружения таких физических явлений, хорошо зарекомендовавших себя применительно к авиационным ГТД, могут быть рекомендованы нижеследующие:

1) устройства виброакустической диагностики (рис.1, а, б) (объект может быть представлен в виде колебательной системы и спектра вибросигнала, стимулированного либо тестом, либо функциональными возмущениями, содержащих информацию о техническом состоянии, дефектах и качестве объекта), мик­рофоны для измерения акустических колебаний, действие которых основано на электрических или пьезоэлектрических эффектах;

2) ультразвуковые (неразрушающее исследование внутренней структуры различных объектов и протекающих в них процессов с помощью ультразвуковых волн) и токовихревые приборы (изменяющийся магнитный поток) для обнаружения дефектов и повреждений лопаточного аппарата турбомашин;

3) оптические приборы и системы визуального осмотра деталей (обнаружение поверхностных дефектов, взаимодействие светового излучения с поверхностью контролируемого излучения) проточных частей как в период эксплуатации, так и при проведе­нии профилактических работ (с частичной разборкой агрегата).

Повышение оригинальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.

Результат поиска

Наименование:

курсовая работа Диагностика газотурбинных установок

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 30.04.13. Год: 2012. Страниц: 18. Уникальность по antiplagiat.ru:

Описание (план):

?Содержание

1. Объект диагностирования…………………………. . . 2
1.1 ГТУ, общая схема и принцип действия………………………………..2
1.2 Неисправности и дефекты, возникающие на ГТУ…………………….3
2. Методы и средства диагностирования неисправностей и дефектов ……………………8
3. Оптический метод контроля.. Бороскоп (эндоскоп)…………………………………. 12
4. Выводы ……………………………………………………………………………. . 16
5. Список литературы …………………………………………………………………. 17

1. Объект диагностирования
1.1 ГТУ, общая схема и принцип действия
В настоящее время в энергетике, а также других отраслях на­родного хозяйства наряду с паротурбинными установками и двигателями внутреннего сгорания все шире используются газотурбинные установки (ГТУ). Совершенствование конструкций ГТУ, повышение их эксплуатационных параметров и надежности явля­ются важнейшими задачами, которые предстоит решить на пути интенсификации научно-технического прогресса в нашей стране.
В настоящее время газотурбинные установки являются основ­ным видом двигателей, используемых в авиации. В энергетике ГТУ работают в основном в то время, когда резко увеличивается потребление электроэнергии. Наряду с паротурбинными установками и двигателями внут­реннего сгорания ГТУ применяют в качестве основных двигателей на передвижных электростанциях, предназначенных для привода воздушных компрессоров, подающих воздух в рабочее пространство домен.
В технологических процессах нефтеперегонных и химических производств горючие отходы используются в качестве топлива для газовых турбин. Газотурбинные установки находят также широкое применение на железнодорожном, морском, речном и автомобильном транс­порте. Кроме того, ГТУ служат приводом нагнетателей природного газа на магистральных газопроводах, резервных электрогенераторов пожарных насосов.

Общая схема ГТУ:
1-компрессор
2-камера сгорания
3-турбина
4-нагрузка

В камеры сгорания топливным насосом подаются топли­во и сжатый воздух после компрессора. Топливо перемешивается с воздухом, который служит окислителем, поджигается и сгорает. Чистые продукты сгорания также смешиваются с воздухом, что­бы температура газа, получившегося после смешения, не превы­шала заданного значения. Из камер сгорания газ поступает в га­зовую турбину, которая предназначена для преобразования его потенциальной энергии в механическую работу. Совершая работу, газ остывает, и давление его уменьшается до атмосферного. Из газовой турбины газ выбрасывается в окружающую среду.
Из атмосферы в компрессор поступает чистый воздух. В ком­прессоре его давление увеличивается и температура растет. На привод компрессора приходится отбирать значительную часть мощности турбины.

1.2 Неисправности и дефекты, возникающие на ГТУ
Стационарная ГТУ (как ее отдельные элементы, так и установка в целом) может обеспечить наибольший технико-экономический эффект лишь в слу­чае достаточно надежной ее работы в условиях эксплуатации. В соответствии с ГОСТ 27.002—83 под надежностью ГТУ как объ­екта следует понимать способность выполнять требуемые функции во всем диапазоне рабочих режимов при условии сохранения в за­данных пределах ее основных эксплуатационных показателей в течение требуемой наработки (ресурса). Основным критерием надежности ГТУ является устойчивая, безотказная работа в тече­ние установленного периода времени (обычно между ремонтам) во всем диапазоне рабочих режимов. Отказами предшествует воз­никновение дефектов и неисправностей отдельных элементов ГТУ.

К дефектам относятся повреждения или разрегулирование от­дельных деталей, узлов или механизмов, не приведшие к потере работоспособности двигателя, в то время как неисправности ха­рактеризуют такое состояние ГТУ, когда при сохранении работо­способности ее параметры не соответствуют требованиям соответ­ствующей нормативно-технической документации.
Наряду с показателями степени безотказности работы в поня­тие надежности ГТУ включаются критерии, характеризующие ее долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость значений этих показателей во время и после хранения или транспортировки.
Долговечность — свойство ГТУ как объекта и ее составных элементов сохранять работоспобность в течение соответствующего периода времени до наступления такого предельного состояния, когда дальнейшее ее использование по назначению становится не­допустимым или нецелесообразным (с учетом возможного восстановления работоспособности путем проведения ремонта). Указан­ный период времени определяет технический ресурс (полный — с начала эксплуатации или межремонтный) детали, узла или всей установки.
Ремонтопригодность характеризует степень приспособленности ГТУ к предупреждению и обнаружению отказов, поддержанию и восстановлению ее работоспособности путем соответствующих химического обслуживания и ремонтов различного вида и объема.
Количественная характеристика какого-либо из свойств на­дежности (или их совокупности) ГТУ как объекта выражается соответствующими показателями надежности, базирующихся на статистических данных об эксплуатации за определенный период времени (обычно календарный год или промежуток времени между капитальными ремонтами, а также между отказами).
Основными комплексными показателями надежности ГТУ в со­ответствии с
ГОСТ 27.002—83 являются нижеследующие.
1. Коэффициент готовности Кг.
2. Коэффициент технического использования Кт.и.
Коэффициент Кг характеризует безотказность н ремонтопригодность ГТУ, т. е. вероятность того, что установка окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме тех периодов, в течение которых ее использова­ние не предусматривается, в то время как коэффициент Кт.и ха­рактеризует степень вероятности сохранения работоспособного состояния ГТУ с учетом указанных периодов времени, когда пла­нируется проведение планово-предупредительных ремонтов.
Одним из основных средств обеспечения требуемого уровня безотказности работы ГТУ является резервирование оборудова­ния (установки в целом или ее отдельных элементов). Время нахо­ждения ГТУ в резерве Трез можно учесть коэффициентом опера­тивной готовности Ко.г.
Для оценки эксплуатационной надежности ГТУ, работающих в пиковом режиме, в качестве комплексного показателя надеж­ности используют условный коэффициент готовности Кг.у,учитывающий реальную возможность устранения причин выну­жденного простоя во время нахождения установки в резерве, а также коэффициент относительного числа пусков Кп.
Кроме приведенных комплексных показателей для оценки экс­плуатационной надежности ГТУ используют следующие частные показатели: коэффициент вынужденных простоев, коэффициент безотказности пусков, коэффициент плановых ремонтов.

Основные причины, вызывающие отказы элементов оборудова­ния ГТУ, а также дефекты и неисправности в период эксплуата­ции, обусловлены:
1)недоработкой конструкции, ошибками и недостаточной досто­верностью результатов расчетов отдельных деталей и узлов;
2)нарушениями и несовершенством технологических процессов изготовления, сборки, ремонта и монтажа;
3)несоответствием прочности материалов расчетным характери­стикам;
4)отклонениями от расчетных параметров окружающей среды, топлива, охлаждающей воды и т. п.;
5)нарушением условий эксплуатации ГТУ (стабильности поддер­жания режимов), недостаточным уровнем технического обслужи­вания, ошибками при управлении;
6)различными посторонними причинами (отказами в электропи­тании для собственных нужд, стихийными явлениями в окружаю­щей среде и т. п.).
Наиболее ощутимо перечисленные причины сказываются на показателях эксплуатационной надежности ГТУ во время наладки и в начальный период эксплуатации. Снижение показателей на­дежности наблюдается также при подходе к выработке установкой и ее основными элементами расчетного ресурса (предельного со­стояния). Многолетние статистические данные эксплуатации боль­шого количества стационарных ГТУ различных типов (как отече­ственных, так и зарубежных) свидетельствуют о том, что при оптимальных условиях эксплуатации и достаточно высоком ка­честве конструкторско-технологических работ коэффициент го­товности Кг 3000-5000 ч, коэффициент безотказности пусков Кпб=0,98-1,0. Наряду с этим значительная часть стационарных ГТУ имеет более низкие показатели надежности, что в конечном счете приводит к существенному уменьшению экономического эффекта по сравнению с ожидаемым (расчетным) вследствие недовыработки отпускаемой потребителю полезной энергии (электрической, теп­ловой или механической) и дополнительных затрат на поддер­жание оборудования в работоспособном состоянии.
В связи со сказанным важное значение имеет систематическое получение достоверной информации об отказах при работе ГТУ, дефектах и неисправностях отдельных деталей и узлов, так как только на основе анализа такой информации могут быть разрабо­таны и проведены мероприятия по дальнейшему совершенствова­нию их конструкции, технологии изготовления и сборки, свойств материалов, уровня технического обслуживания, защиты от вред­ного воздействия окружающей среды, продуктов сгорания топ­лива и т. д.
Статистика повреждений основных деталей и узлов зарубежных стационарных ГТУ, являющихся причиной отказов, показывает, что наибольший их процент приходится на лопаточные аппараты и роторы газовых турбин (до 40—45 %), на камеры сгорания — 25 %, на лопаточные аппараты и роторы осевых компрессоров — 10 %, подшипники — 6 %, лабиринтовые уплотнения — 4 %, теплообменники (регенераторы, воздухоохладители) -5 % и ос­тавшиеся — на различные вспомогательные устройства, узлы САР, арматуру, корпусные детали и т. п. Практика экс­плуатации ГТУ отечественного производства (как стационарных, так и авиационных) свидетельствует о примерно таком же соот­ношении отказов их основных узлов.
Объективные причины, обусловливающие подобное распределе­ние повреждений, заключаются в различной степени тяжести усло­вий работы каждого из перечисленных элементов. Так, лопаточ­ный аппарат газовых турбин, в особенности рабочие лопатки, на­ходятся в наиболее тяжелых условиях как силового, так и темпе­ратурного воздействия, поскольку на них помимо центробежных сил инерции действуют переменные аэродинамические силы газо­вого потока, а также высокие температуры и градиенты темпера­тур, возникающие в поперечном сечении профильной части и вдоль радиуса, достигающие особенно больших значений при пу­сковых и остановочных режимах.
Для сопловых лопаток (в первую очередь первых ступеней) первостепенное значение в качестве факторов возможной повре­ждаемости имеют: силовое воздействие нестационарного потока газа, неравномерное распределение температуры в окружном на­правлении, большие градиенты температуры при пусках и останов­ках. Лопаточный аппарат газовых турбин в наибольшей степени подвержен механическому изнашиванию твердыми частицами и коррозии продуктов сгорания, содержащих соединения таких хи­мически агрессивных элементов, как V, Na, К, S, РЬ и др.
При пусковых режимах возможны большие «забросы» температуры газа, что зачастую приводит к обгоранию материала лопаток и выходу их из строя.
В камерах сгорания наибольший процент повреждений прихо­дится на жаровые трубы, которые работают в тяжелых условиях воздействия: переменных аэродинамических сил, особенно зна­чительных в режимах помпажа и пульсациониого процесса горения; местных перегревов из-за неравномерного нагрева и охлаждения в первую очередь, при пуске и переходных режимах. В камерах сгорания степень образования отложений, коррозии, местных перегревов в значительной мере определяется совершенством топ­ливной аппаратуры (форсунок, горелочных устройств и др.).
Лопаточный аппарат осевых компрессоров испытывает воздей­ствие как постоянных, так и переменных аэродинамических сил потока воздуха. На рабочие лопатки компрессора, кроме того, действуют центробежные силы инерцин. Воздействие переменных сил становится наиболее опасным при таких неустановившихся режимах, как помпаж и вращающийся срыв. Могут возникать так­же повышенные динамические напряжения, обусловленные до­статочно длительной работой на частотах, близких к резонансным. Лопаточный аппарат подвержен механическому изнашиванию твер­дыми частицами, содержащимися в засасываемом воздухе, удар­ному воздействию посторонних тел (в том числе осколков льда при обледенении входного участка воздушного тракта).
Повреждения подшипников ГТУ, хотя и составляют относи­тельно небольшой процент, однако могут привести к весьма опас­ным последствиям — вызвать выход из строя (полный или частич­ный) лопаточного аппарата турбомашин (например, при выплав­лении баббита упорных колодок). Для надежной работы подшип­ников большое значение имеет нормальное функционирование си­стемы маслоснабжения ГТУ, обеспечивающей их расчетный темпе­ратурный и нагрузочный режим. Характерные по­вреждения корпусных деталей ГТУ обусловлены чаще всего не­равномерностью распределения температуры, вызывающей высокие температурные напряжения (и, соответственно, остаточные деформации), что приводит к их короблению и последующему воз­никновению трещин, задеваниям лопаточного аппарата и т. п.
Повреждения дисков и роторов турбомашин обусловливаются главным образом центробежными силами инерции, нестационар­ными силами от воздействия газового потока, динамической не­уравновешенностью, нарушением центровки. Неравномерное рас­пределение температуры в окружном и осевом направлениях, осо­бенно значительное при остановах ГТУ, может вызвать большие остаточные деформации (прогиб) ротора, а также трещины в зоне максимальных суммарных напряжений.
В соответствии с указанным расчетную оценку технического ресурса (срока службы) отдельных деталей и узлов в их конкретном конструктивном исполнении необходимо производить с учетом перечисленных выше специфических условий нагрузки и воздей­ствия рабочей среды. Так, расчетный ресурс деталей ГТУ (на­пример, лопаток компрессора), работающих в условиях совмест­ного воздействия статических и динамических нагрузок цикличе­ского характера, определяется запасом прочности по пределу вы­носливости. Для деталей, подверженных, кроме того, воздействию высокой температуры при неравномерном ее распре­делении, обусловливающем возникновение термических напряже­ний, и циклическом характере (например, лопаточный аппарат газовых турбин, жаровые трубы камеры сгорания), расчетную оценку их ресурса следует производить с учетом достаточного за­паса прочности по пределу малоцикловой усталости и термо­стойкости, характеризуемой свойством приспособляемости (оцени­вается по отсутствию образования трещин на поверхности детали при заданном числе теплосмен в нестационарных режимах). При этом необходимо учитывать отрицательное влияние на несущую способность детали (т. е. способность противостоять разрушению при определенном характере нагружения и воздействия окружаю­щей среды) наличие концентраторов напряжений в виде отверстий малого диаметра, резких переходов, шероховатой поверхности с забониами и рисками.
Следует отметить, что расчетное суммирование различных по характеру нагрузок, особенно в условиях отрицательного воз­действия рабочей среды, для оценки несущей способности боль­шинства деталей и узлов ГТУ является достаточно приближенным способом, и поэтому требуемую их работоспособность (ресурс) необходимо определять в конечном счете с учетом опыта эксплуа­тации, а также результатов эквивалентных испытаний, моделирую­щих рабочие условия, что широко распространено в практике авиа­ционного газотурбостроения .
Как правило, перечисленные выше факторы, вызывающие по­вреждения соответствующих элементов, действуют в течение до­статочно длительного периода времени, и отказу в работе ГТУ предшествует возникновение определенного дефекта в детали (узле), являющегося следствием ухудшения характеристик проч­ности, изменения ее размеров, зазоров и натягов, состояния рабо­чей поверхности и т. п. Своевременное обнаружение этих дефектов с последующим их устранением путем ремонта или замены детали (узла) является одним из основных путей повышения показателей эксплуатационной надежности ГТУ, реализуемым ва счет умень­шения как времени вынужденного простоя из-за отказов, так и затрат на проведение ремонтов.
Трудности распознавания связаны, в частности, с тем, что призна­ки неисправностей мало отличаются от «фоновых». Например, при разрушении лопатки турбины ее КПД, который из-за загрязнений был на 2% ниже парадного, снизился еще на 1%, а вибрация возросла с 50 до 60 мкм; при повреждении камеры сгорания дымность выхлопа не возникла, а только усилилась так, что это трудно обнаружить, а неравномерность температуры на выходе из турбины увеличилась с 40 до 50 К и т. д. Иногда эти признаки объяснялись просто ошибками при­боров. Еще более трудно обнаружить на работающей ГТУ дефекты, раз­витие которых может привести к аварии, например задевания или тре­щины в деталях.

Так, продолжительность ремонтно-восстановительных работ, связанных с устранением последствий аварийных отказов нз-за повреждений лопаточного аппарата газовых турбин, может достигать полгода н более, а затраты на их про­ведение составлять до 30—40 % первоначальной стоимости ГТУ .
При существующей практике эксплуатации ГТУ период вре­мени между профилактическими осмотрами и различными видами ремонта регламентируется главным образом степенью выработки расчетного ресурса деталей и узлов, эксплуатируемых в наиболее тяжелых условиях (лопаточных аппаратов газовой турбины и ком­прессора, жаровых труб КС и топливной аппаратуры). Большин­ство таких дефектов можно обнаружить лишь в процессе проведе­ния указанных работ на неработающей установке с частичной ее разборкой.
Как свидетельствует опыт эксплуатации стационарных ГТУ, наиболее характерными дефектами ее основных деталей и узлов (элементов), обнаруживаемыми при профилактических осмотрах, являются:
1) в лопаточном аппарате турбины — трещины на выходных кром­ках и в хвостовиках лопаток, коробление выходных кромок, сра­батывание верхних концов рабочих лопаток, натиры контактных поверхностей бандажных полок, твердые (золовые) отложения иа профильной поверхности лопаток, механическое изнашивание, со­провождающееся значительным увеличением шероховатости, по­явлением забоин трещин, местного изнашивания, коррозии;
2) в лопаточном аппарате компрессора — трещины иа выходных кромках лопаток, хвостовиках, в сварных соединениях с бандаж­ными кольцами, твердые и рыхлые отложения на профильной части лопаток, местное эрозионное изнашивание
3) в камерах сгорания — коробление и трещины жаровых труб, механическое изнашивание в месте подвижного соединения со входным коллектором, твердые отложения на внутренней поверх­ности жаровых труб и горел очных устройствах;
4) в роторах и дисках турбомашин — трещины в пазах хвостовых соединений рабочих лопаток, у отверстий для стяжных болтов, дисков и соединительных фланцах, твердые отложения по тракту охлаждения, остаточные деформации по окружности и вдоль оси;
5) в подшипниках скольжения — срабатывание и отслаивание баббитовой заливки вкладышей и упорных колодок, срабатыва­ние маслозащнтиых уплотнений;
6) в концевых и промежуточных уплотнениях — срабатывание и частичное разрушение уплотняющих выступов, натиры на обоймах уплотнений и в роторах;
7) в корпусных деталях — трещины во фланцевых соединениях коробление корпуса, обойм сопловых аппаратов, трещины и ко­робление обечаек выходных диффузоров и переходных патрубков, натиры и местное изнашивание уплотнительных колец над рабо­чими лопатками.
В большинстве случаев трещины в перечисленных деталях но­сят четко выраженный усталостный характер, иногда они вызваны механическим воздействием твердых частиц (пыли, золы, окалииы и т. п.). Образование микротрещин на профильной поверхности ло­паток турбин может быть вызвано недостаточной жаростойкостью материала и коррозией. Изменение размеров и формы ряда деталей из-за остаточных деформаций вызывает изменение осевых и ра­диальных зазоров, что приводит в ряде случаев к механическому изнашиванию в соответствующих местах контакта. Частота и по­вторяемость перечисленных выше дефектов обусловлены как кон­структорско- технологическими причинами, так и техническим уровнем эксплуатации. Они зависят также от серийности однотип­ных ГТУ и этапа их освоения. На стадиях доводки и в начале промышленной эксплуатации проявляются в основном дефекты, свидетельствующие о конструкторско-технологических недора­ботках; в последующие периоды большую долю составляют де­фекты, обусловленные недостаточностью прочностных свойств ма­териалов.
Так, и ряде случаев наблюдается ухудшение пластических свойств материа­лов в процессе работы ГТУ (детали) с одновременным повышением твердости поверхностного слоя.
Своевременное обнаружение перечисленных дефектов еще в про­цессе эксплуатации ГТУ, на работающей установке, позволило бы значительно сократить сроки доводки оборудования до рас­четных показателей, разработать мероприятия по их устранению (сокращению) и проверить их эффективность, предотвратить возникновение отказов из-за поломок и разрушения деталей и тем самым существенно повысить суммарный положительный техиико- эиономический эффект от применения ГТУ в различных отраслях народного хозяйства.

2. Методы и средства диагностирования неисправностей и дефектов
Наиболее прогрессивным направлением в указанном плане яв­ляется повсеместный переход в практике стационарного газотурбо­строения к методам технической диагностики, т. е. распознаванию с достаточной точностью (достоверностью) технического состояния основных деталей и элементов ГТУ в процессе ее работы путем анализа соответствующей информации, получаемой в опре­деленной последовательности непрерывно или периодически (дискретно).
Под техническим состоянием в данном случае следует понимать совокупность подверженных изменению в процессе эксплуатации свойств объекта (ГТУ), характеризуемую в определенный момент времени признаками, установленными соответствующей техниче­ской документацией. Вид технического состояния можно опреде­лить путем диагностирования (подробнее см. в ГОСТ 21199—82), результатом которого является заключение об исправности, рабо­тоспособности и правильном функционировании объекта или наличии конкретных неисправностей (дефектов), которые могут послужить наиболее вероятной причиной отказа. Процессы, про­ходящие в системе диагностирования, заключаются в многократ­ной и систематической подаче определенных сигналов (вызовов), их фиксации (накоплении) и анализе ответов на эти сигналы с по­следующей выдачей рекомендации. Решения о профилактической замене объекта принимается при достижении контролируемым параметром упреждающего допуска.
Теоретической моделью эксплуатации ГТУ по фактическому со­стоянию может служить задача управления случайным процессом как непрерывным, так и дискретным. В связи с этим обоснование и математическое описание технического состояния соответствуют задачам оптимальной профилактики . Важным свойством ГТУ как объекта диагностики является ее контролеспособность, т. е. способность достоверно оценивать ее техническое состояние и свое­временно обнаруживать путем поиска и контроля дефекты и не­исправности, что обеспечивается конструкцией основных элемен­тов и установки в целом, а также принятой системой технической диагностики. Техническая диагностика решает также задачу про­гнозирования вероятности сохранения исправного состояния ГТУ на определенный промежуток времени (до трех—пяти интервалов контроля).

Основные виды диагностической информации должны обеспе­чивать получение данных, объективно отражающих состояние ГТУ как системы, к которым относятся:
? состав и состояние взаимодействующих сред (воздуха, масла, воды, топлива, продуктов сгорания и т. д.);
? рабочие параметры процесса (частота вращения ротора, тем­пература, давление и т.п.);
? параметры, характеризующие тепловое состояние основных элементов (температура, перепады температур, тепловые переме­щения);
? вибрация;
? акустические и тепловые излучения;
? результаты визуальных наблюдений за состоянием рабочей по­верхности детали.
Таким образом, использование методов диагностирования тех­нического состояния при эксплуатации стационарных ГТУ обу­словливает необходимость расширения функций системы контроля путем включения контроля автоматизации режимов пуска и холо­стого хода, регистрации и контроля основных механических пока­зателей и др.
Ввиду того, что признаки возникновения дефектов и неисправ­ностей, которые могут послужить в дальнейшем причиной аварий­ных отказов в работе ГТУ, даже при оснащенности ее специальной аппаратурой, зачастую являются вначале труднораспознаваемыми, большое значение для обеспечения высокой надежности имеет постоянное поддержание достаточно чистыми проточных частей турбомашин и элементов газовоздушного тракта, низкого уровня вибрации, малой неравномерности температур в потоке рабочего тела и основных деталях ГТУ, высоких запасов устойчивости от помпажа и т. д.
Среди методов инструментального контроля технического состо­яния агрегата применительно к стационарным ГТУ более предпоч­тителен детерминистский метод, заключающийся в непосредствен­ном определении физических явлений, служащих объективными признаками возникновения конкретных неисправностей и дефек­тов (это обусловлено прежде всего индивидуальным и мелкосерий­ным характером производства стационарных ГТУ). В качестве диагностических средств обнаружения таких физических явлений, хорошо зарекомендовавших себя применительно к авиационным ГТД, могут быть рекомендованы нижеследующие:
1) устройства виброакустической диагностики (рис.1, а, б) (объект может быть представлен в виде колебательной системы и спектра вибросигнала, стимулированного либо тестом, либо функциональными возмущениями, содержащих информацию о техническом состоянии, дефектах и качестве объекта), мик­рофоны для измерения акустических колебаний, действие которых основано на электрических или пьезоэлектрических эффектах;
2) ультразвуковые (неразрушающее исследование внутренней структуры различных объектов и протекающих в них процессов с помощью ультразвуковых волн) и токовихревые приборы (изменяющийся магнитный поток) для обнаружения дефектов и повреждений лопаточного аппарата турбомашин;
3) оптические приборы и системы визуального осмотра деталей (обнаружение поверхностных дефектов, взаимодействие светового излучения с поверхностью контролируемого излучения) проточных частей как в период эксплуатации, так и при проведе­нии профилактических работ (с частичной разборкой агрегата).