. ХАРАКТЕРНЫЕ ОТКАЗЫ И НЕИСПРАВНОСТИ
В настоящее время в гражданской авиации эксплуатируется большое количество различных типов двигателей. В процессе эксплуатации каждого типа двигателя выявляются отказы и неисправности, связанные с разрушением различных конструктивных элементов из-за несовершенства их конструкции, технологии производства или ремонта и нарушения правил эксплуатации. Разнообразный характер отказов и неисправностей отдельных узлов и агрегатов при эксплуатации силовых установок в каждом конкретном случае требует индивидуального подхода к анализу их состояния.
Наиболее частыми причинами отказов и неисправностей, приводящим к досрочной замене двигателей и в ряде случаев к их выключению в полете, являются повреждения и разрушения лопаток
„пвессора, турбины, кам< р ь°’а, шя, опор двигателя, вравшихся механических частей,
Легатов системы регулирования?, смазки двигателя. Поврежде — ‘ 1Я компрессоров связаны зачалю с попаданием в них посторонних предметов и усталостными разрушениями лопаток. Наиболее частыми последствиями попадания посторонних предметов является забоины и вмятины на
лопатках компрессора, которые создают очаги концентрации напряжений и могут привести к усталостному разрушению
Причиной усталостного разрушения лопаток компрессора является совместное действие статических и вибрационных нагрузок, которые под влиянием концентрации напряжений, вызываемых различными технологическими и эксплуатационными факторами и воздействием окружающей агрессивной среды, вызывают в итоге усталостные разрушения. При эксплуатации двигателей большого ресурса наблюдаются случаи износа лопаток компрессора и уплотнений, отложения пыли, грязи И солей на лопатках компрессора, что приводит к снижению коэффициента полезного действия двигателя а уменьшению запаса устойчивости по помпажу.
Для предупреждения отказов двигателей по причине разрушения компрессоров необходимо контролировать техническое состояние лопаток компрессоров при их обслуживании. Конструкция двигателей должна обеспечивать возможность осмотра всех ступеней лопаток компрессора.
Наиболее частыми дефектами турбин газотурбинных двигателей являются оплавления, трещины, коробление и эрозионно-коррозионные повреждения лопаток сопловых аппаратов, дисков турбин и рабочих лопаток (рис. 14.2). Такого рода повреждениям в первую очередь подвержены рабочие и сопловые лопатки первых ступеней турбин, изменение состояния которых в значительной мере влияет на экономичность двигателей, а интенсивный эрозионно — коррозионный износ существенно снижает прочность и в ряде случаев является причиной обрыва.
Основной причиной интенсивного эрозионно-коррозионного повреждения лопаток является попадание в двигатель солей щелочных металлов вместе с продуктами пыли, влаги и продуктами сгорания, которые в условиях высоких температур разрушают защитную окисную пленку и способствуют адсорбции серы на поверхности металл — окисел. Вследствие этого при длительной эксплуатации двигателей происходит интенсивное сульфидирование материала, приводящее к его разрушению.
Причинами коробления и оплавления лопаток сопловых аппаратов и рабочих лопаток турбины является превышение температур выше допустимых значений при запуске двигателя или неис-
нравности топлшзсрп улирующей аппаратуры, приводящие к завы шеишо расхода топлива Виедре’ иие систем защиты двигателей от превышения температур в де предельных регуляторов те|. перртуры газов (систем ПРТ ОТГ) на газотурбинных двигателях второго поколения значительно уменьшает вероятность появлення указанных дефектов.
Одним из наиболее частих дефектов турбин является усталостное разрушение рабочих лопаток. Усталостные трещины чаще всего зарождаются в замковой части лопаток, на выходных п входных кромках. Рабочие лопатки турбины эксплуатируются в сложных условиях и подвергаются воздействию сложного спектра динамических и статических нагрузок. В связи с большим количеством запусков и выключений двигателей, а также многократными изменениями режимов их работы лопатки турбины подвергаются многократным циклическим изменениям теплового и напряженного состояний.
На переходных режимах передние и задние кромки лопаток подвергаются более резким изменениям температуры, чем средняя часть, в результате чего в лопатке возникают значительные термические напряжения.
При накоплении циклов нагревания и охлаждения в лопатке могут появляться трещины вследствие термической усталости, появляющиеся при различной наработке двигателей. При этом главным фактором будет не общее время наработки лопатки, а число повторных циклов изменений температуры.
Своевременное выявление усталостных трещин лопаток турбин при техническом обслуживании значительно повышает надежность их эксплуатации в полете — и предупреждает вторичные разрушения в двигателе при обрыве лопаток турбины.
Камеры сгорания также являются уязвимым конструктивным элементом ГТД. Основными неисправностями камер сгорания являются трещины, коробления и местные оплавления или прогары (рис 14.3). Возникновению трещин способствуют неравномерные нагревы камер сгорания на переходных режимах, неисправности топливных форсунок, приводящие к искажению формы факела пламени. Искажение формы факела пламени может приводить к местным перегревам и даже к прогару стенок камер сгорания. Температурный режим камер сгорания в значительной мере зависит от режимов работы двигателя. Длительная эксплуатация двигателей па повышенных режимах приводит к повышению температуры стенок камер сгорания и степени неравномерности их нагрева. В связи с этим для повышения надежности двигателей необходимо
соблюдать установи ограничения непрерывной работы двигателей на ш — вишенных режимах
Наиболее характерными дефектами, прнво шцимп к досрочному съему двигателей с эксплуатации, а также к отказу их в почете, является разрушение спор ротора двигателя, зубчатых передач редукторов ТВД и приводов агрегатов двигателей. Признаками разрушений указанных элементов двигателей является появление металлических частиц на масляных фильтрах или срабатывание термостружкосигнализаторов
Разрушение шариковых или роликовых подшипников турбины или компрессора происходит вследствие масляного голодания из-за отложения кокса в форсуночных отверстиях, через которые подао дптся смазка к опорам двигателя. Отложение кокса в форсуночных отверстиях происходит прежде всего при остановке горячего двигателя. При прекращении циркуляции масла в нагретом фор сумочном кольце происходит коксование масла Эти явления наблю даются в летние периоды времени и в южных районах страны, т е в условиях высоких температур наружного воздуха.
Причинами разрушения зубчатых передач и шарикоподшипников трансмиссии двигателя является нарушение правил его эксплуатации. К ним можно отнести: несоблюдение правил подготовки к запуску двигателей в условиях низких температур (запуск ТВД без подогрева), несоблюдение режимов прогрева и охлаждения и др. При запуске холодного двигателя при высокой вязкости масла может произойти проскальзывание сепараторов подшипников я местный перегрев элементов подшипника. Вывод холодного двигателя сразу после запуска на повышенные режимы без предвари тельного прогрева может привести из-за разной скорости нагрева внутреннего и наружного колец подшипника к уменьшению зазора ниже допустимого значения (рис. 14.4).
В этом случае внутреннее кольцо нагревается быстрее наружно го, которое сжато корпусом опоры двигателя. При уменьшении зазора ниже допустимого значения возникают местные перегревы обойм и элементов качения, вследствие чего может произойти разрушение подшипника.