ОСНОВНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ КОМПРЕССОРА,. ПРИЧИНЫ ИХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И МЕРОПРИЯТИЯ. ПО ИХ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЮ

Как уже отмечалось, высокая эксплуатационная на­дежность центробежных компрессоров является одним из основных факторов, предопределивших их использо­вание в авиационных двигателях. Однако достижение высокой надежности невозможно без строгого выполне­ния всех требований по их эксплуатации, а также без знания недостатков, обусловленных особенностями кон­струкции.

Неустойчивая работа двигателя (помпаж) является обычно следствием нарушения плавности обтекания ло­паток заборника и диффузора, что сопровождается рез­кими колебаниями скорости и давления потока воздуха при одновременном падении давления за компрессором и росте температуры газов, а также падением частоты вращения ротора компрессора. Как правило, помпаж сопровождается тряской двигателя и хлопками.

Физическая сущность помпажа заключается в сле­дующем. В процессе работы компрессора на расчетном режиме обеспечивается плавное обтекание входных кро­мок лопаток заборника и лопаток диффузора (рис. 88а). Отклонение расхода воздуха от расчетной величины из-

меняет величину и направление относительно скорости воздуха на входе в компрессор. При уменьшении расхо­да воздуха (рис. 88в) поток набегает на вогнутую по­верхность (корытце) лопатки, образуя завихрения и разрежение на выпуклой ее поверхности (на спинке). Это разрежение способствует дальнейшему распростра­нению завихрений в компрессоре.

При увеличении расхода воздуха (рис. 886) поток набегает на спинку лопатки, но зарождающиеся на вог­нутой части завихрения локализуются повышенным дав­лением, возникающим при этой поверхности при рабо­те двигателя, и поэтому не нарушается работа ком­прессора.

Условия образования завихрений в лопаточном диф­фузоре аналогичны. При уменьшении расхода воздуха по сравнению с расчетным на спинке лопатки возни­кают завихрения, которые вследствие разрежения на этой поверхности начинают интенсивно развиваться, за­нимая значительную часть межлопаточного канала. Про­исходит периодически повторяющаяся закупорка ком­прессора, что может сопровождаться выбросами возду­ха на вход в компрессор и привести к росту темпера­туры газов на турбине.

Общее представление о склонности компрессора к помпажу дает характеристика компрессора (рис. 89), представляющая собой зависимость степени повышения давления от приведенного расхода воздуха, проходяще­го через компрессор, при различной приведенной часто­те вращения.

Рис. 89. Характеристика компрес-
сора

На каждом установив­шемся режиме компрессор совместно с турбиной рабо­тает только при определен­

ном расходе воздуха, опре-

деляемом рабочей точкой. К т g

Линия, соединяющая рабо — °пр

чиє точки на характеристи­ке компрессора при различной частоте вращения, назы­вается линией рабочих режимов.

Кроме этой линии для каждой частоты вращения наносят точки начала помпажа. Линия, соединяющая эти точки, называется границей помпажа.

Точка пересечения линий рабочих режимов и гра­ницы помпажа называется критической. Область между границей помпажа и рабочей линией — область беспом — пажной работы, определяющая «запас компрессора по помпажу». На практике этот запас оценивается как вы­раженное в процентах отношение разности критической и максимальной частот вращения к максимальной час­тоте вращения:

У современных двигателей запас устойчивой работы должен быть не менее 12…17%. Однако в процессе эксплуатации двигателя происходит износ деталей про­точной части, ухудшается состояние обтекаемой пото­ком воздуха поверхности, что неизбежно приводит к снижению запаса устойчивости компрессора.

Снижение атмосферного давления, увеличение тем­пературы воздуха, а также регулировка автомата прие­мистости в сторону уменьшения времени приемистости (даже в пределах регулировки, разрешенной инструк­цией по эксплуатации) способствуют возникновению помпажа. В случае появления признаков помпажа дви­гателя М701 (хлопки, тряска, рост температуры газов и т. п.) необходимо снизить частоту вращения.

[Та запас устойчивости двигателя по помпажу су­щественное влияние также оказывают эксплуатацион­
ные и технологические (ремонтные) факторы. Все повреждения деталей проточной части двигателя (за­боины входных кромок лопаток заборников, деформа­ция лопаток, повреждения лопаток диффузора) приво­дят к ухудшению обтекания лопаток, образованию вих­рей и смещению границы помпажа на характеристике компрессора вправо. Увеличение гидравлических со­противлений деталей газовоздушного тракта (заварка и коробление жаровых труб, коробление лопаток соп­лового аппарата и т. п.) приводит к смещению рабочей линии влево, что также уменьшает запас устойчивости двигателей по помпажу.

Разрушение колеса центробежного компрессора яв­ляется наиболее опасным отказом, приводящим к раз­рушению двигателя и повреждению отдельных узлов и систем самолета.

Разрушение происходит на максимальном или близ­ком к нему режиме работы двигателя. Причиной разру­шения колес компрессора является возникновение и раз­витие усталостных трещин на тыльной стороне колеса в месте галтельного перехода полотна диска в ступицу из-за воздействия на них повышенных нагрузок изгиб — ного характера при неустойчивой работе двигателя.

Снижение долговечности материала колеса являет­ся следствием растрескивания поверхностного слоя ма­териала при его анодировании и повышенной чувстви­тельности материала колес к трещинам.

В целях предотвращения случаев разрушения колес компрессора при их изготовлении производится рентге­новский контроль на отсутствие внутренних пороков в материале, а при ремонте введен ультразвуковой конт­роль колес на отсутствие трещин, коррозионных пора­жений и других дефектов. Для предотвращения корро­зии все колеса компрессора при ремонте покрываются эмалью.

Поскольку максимальные нагрузки в колесе комп­рессора возникают при нарушениях устойчивой работы двигателя, то необходимо следить за его газодинами­ческой устойчивостью на переходных и установившихся режимах. При выявлении неустойчивой работы следует провести ультразвуковой контроль колеса компрессора, устранить выявленные неисправности в соответствии с требованиями Инструкции по техническому обслужива­нию и эксплуатации двигателя М70ІС-500, а также до­

полнительно повысить устойчивость работы двигателя путем увеличения времени приемистости в пределах норм технических условий и уменьшения диапазона ра­бочих частот вращения ротора двигателя путем повы­шения режима малого газа и снижения максимальной частоты вращения ротора также в пределах норм тех­нических условий.

Большое значение имеет выполнение требований по прогреву и охлаждению двигателей. После каждого запуска двигателя первый вывод его на максимальный режим должен проводиться после прогрева на следую­щих режимах:

п = 52%, в течение 1 мин, п = 65%, в течение 2 мин — не менее.

При этом давление масла должно быть не более 2,5 кгс/см2;

п = 94%, в течение 0,5 мин; п = 97%, в течение 0,5 мин.

Охлаждение двигателя перед его выключением про­изводится на режимах:

п = 78%, в течение 2 мин — при снежных осадках или при температуре окружающего воздуха, близкой к нулю;

п = 52%, в течение 2 мин, если температура окру­жающего воздуха выше минус 15 °С, и в течение 3 мин, если ниже минус 15 °С — при работе двигателя перед выключением на режиме п=97%;

п = 36…39%, в течение 0,5 мин — во всех случаях. Соблюдение режимов охлаждения проверяется по данным объективного контроля. При выявлении нару­шений режимов прогрева или охлаждения двигатель допускается к дальнейшей эксплуатации только после ультразвукового контроля колеса компрессора. Для предотвращения случаев разрушения колес компрессо­ра в эксплуатации также введен их периодический ультразвуковой контроль на отсутствие трещин.