Причины помпажа судового двигателя

Причины помпажа судового двигателя

Эксплуатация ГТН

Эксплуатация ГТН

При работе двигателя сопловый аппарат и лопатки турбины покрываются отложениями несгоревшего топлива и масла, что приводит к постепенному ухудшению работы ГТН. Первым признаком загрязнения турбины является рост температуры газов перед турбиной.

Необходимо постоянно контролировать чистоту выравнивающего канала. Если выход воздуха из выравнивающего канала с небольшой примесью газов, то это нормально. Если же из уравнительного канала идет только газ, то это является признаком закоксования лабиринтового уплотнения или их повреждении.

Из-за сильного закоксования лабиринтовых уплотнений возможна очень неприятная ситуация — заклинивание ротора в лабиринтовом уплотнении. При проворачивании двигателя на воздухе вы по тахометру ГТН обнаруживаете, что ротор неподвижен. Чтобы избежать неприятных неожиданностей в виде неподвижного ротора ГТН при пуске двигателя, рекомендуется при проворачивании двигателя на воздухе контролировать по секундомеру свободный выбег ротора. Уменьшение времени свободного выбега ротора должно насторожить механика, потому что, вероятно, пора заняться ГТН.

Помпаж ГТН

В эксплуатации ГТН часто дает о себе знать повышенным шумом, хлопками, громкими ударами. При этом корпус ГТН сильно вибрирует, а значит, вибрируют ротор и лопасти. Это опасно, так как может привести к появлению водотечных трещин в корпусе ГТН, к обрыву лопаток, повреждению проточной части компрессора, лабиринтовых уплотнений и подшипников.

Все это вызывается явлением, называемым помпажом ГТН. Причин возникновения помпажа немало, и знание их позволит механикам избежать этого грозного для ГТН явления или немедленно принять меры, прекращающие помпаж. Первое действие механика в случае появления признаков помпажа — это уменьшить нагрузку двигателя, а после прекращения помпажа надо искать причину его появления и устранять ее.

Могут быть следующие причины помпажа ГТН:

  • резкое изменение топливоподачи при плавании в штормовую погоду;
  • выключение цилиндра из работы по целому ряду причин;
  • загрязнение продувочных или выпускных окон;
  • загрязнение проточной части турбины;
  • загрязнение фильтра—глушителя компрессора;
  • повреждение проточной части турбины;
  • повреждение пластинчатых клапанов подпоршневых полостей;
  • повреждение подшипников ГТН;
  • обрастание корпуса судна;
  • погнутость лопасти гребного винта;
  • плавание судна во льдах;
Промывка ГТН

Согласно рекомендации заводской инструкции проточную часть ГТН необходимо периодически промывать водой. Промывка компрессора должна осуществляться при работе двигателя в режиме полного хода. При промывке водой турбины необходимо снижать обороты двигателя до малых, а после промывки снова выводить ГД в режим полного хода.

Можно эффективно очищать проточную часть турбины и на режиме полной нагрузки двигателя, используя для этого прожаренный рис, мелкодробленую скорлупу грецких или кокосовых орехов, гранулированные химические вещества.

В качестве эффективного очистителя ГТН и воздухоохладителей при работе дизеля используются также химические препараты различных фирм.

Ниже приведены химические препараты, выпускаемые фирмой NALFLEET:

  • AIR COOLER CLEANER (ACC) — сильный эмульсионный очиститель ГТН, воздухоохладителей, систем продувочного воздуха во время работы дизеля;
  • ACC PLUS — удаляет масляный налет и отложения на компрессоре ГТН, воздухоохладителе и в системах продувочного воздуха во время работы дизеля.

Технологии применения, дозировки препарата указываются в фирменных инструкциях.

Помпаж нагнетателя

1.1. Определение. Помпажом называют резкие колебания давления в системе «нагнетатель-сеть». При помпаже расход и потребляемая мощность могут изменяться от нуля до номинала, возможен периодический выброс газа из напорной полости на всас нагнетателя.

1.2. Процесс возникновения. При штатной работе нагнетателя поток газа имеет определённый расчётный угол атаки (i) на рабочие лопатки (рис. 1.1.). При таком угле входа потока в рабочее колесо обтекание лопаток нагнетателя происходит плавно, без завихрений.

Угол входа потока (i) зависит прежде всего от расхода газа через нагнетатель. При снижении расхода этот угол увеличивается, при увеличении расхода уменьшается. В случае снижения расхода газа через нагнетатель до значения примерно 60% от расчётного, угол атаки (i) увеличится до критического значения и произойдёт так называемый срыв потока с рабочей лопатки (рис.1.2.).

В результате этого срыва резко снизится эффективность работы ступени нагнетателя, т. е. упадёт степень сжатия. Давление, создаваемое нагнетателем в напорной полости будет намного меньше чем в напорном коллекторе (за краном №?2) и газ с более высоким давлением из напорной полости устремится на всас нагнетателя. Т.е. возникнет обратное течение газа в проточной части нагнетателя. Установленный перед краном №?2 обратный клапан закрывается, отсекая напорный коллектор от полости нагнетателя, давление на выходе нагнетателя падает до значения меньшего, чем создаваемое нагнетателем, и нагнетатель возобновляет подачу газа в прямом направлении до расхода, при котором возникает обратное течение, а затем процесс повторяется. При помпаже обратный клапан на линии крана №?2 служит для предотвращения перетока газа из напорного коллектора на всас нагнетателя.

2. Причины помпажа

Главная причина помпажа — снижение расхода газа через нагнетатель. Это может произойти по следующим причинам:

  • Пониженной частоты вращения ротора нагнетателя по сравнению с параллельно работающими ГПА
  • Влияние параллельно включенных более напорных нагнетателей. (Например работа в один напорный коллектор нагнетателей со степенями сжатия 1,44 и 1,5 может привести к помпажу нагнетателя с меньшей степенью сжатия).
  • Колебания давления в сети. (Например в следствии падения давления на входе в нагнетатель из-за утечки газа или самопроизвольном закрытии кр.№?7 или СОК).
  • Самопроизвольная перестановка кранов в обвязке нагнетателя. (Закрытие кр.№?1 приведёт к падению давления на всасе и создаваемой нагнетателем степени сжатия будет недостаточно для передавливания давления напорного коллектора, закрытие кр.№?2 приведёт к чрезмерному росту давления за нагнетателем).
  • Попадание постороннего предмета на защитную решетку или её обмерзание.
  • «Запирание» выходного коллектора в следствии роста температуры газа. (Это происходит из-за роста давления при росте температуры в постоянном объёме трубопровода).

3. Следствия помпажа нагнетателя

3.1. Большая вероятность повреждения упорного подшипника. (Т.к. величина осевого сдвига определяется действием давления в проточной части нагнетателя на поверхности основного и покрывающего дисков, имеющих различную площадь, то резкое изменение давления приведёт к резкому изменению нагрузки на упорный подшипник).

3.2. Возможность отрыва или повреждения покрывающего диска. т. к. именно в теле покрывающего диска возникают наибольшие нагрузки при работе нагнетателя.

3.3. Разработка зазоров в лабиринтовых уплотнениях в следствии повышенной вибрации.

3.4. Повреждение опорных подшипников.

3.5. Сопровождающие помпаж резкие изменения потребляемой мощности приводит к скачкам температуры перед СТ, вибрации ротора СТ, повреждению подшипников СТ и зубчатых обойм.

3.6. Из-за резкого колебания температуры газа перед СТ может возникнуть помпаж осевого компрессора, который приводит разрушению лопаточного аппарата и повреждению подшипников ротора двигателя.

4. Выявление помпажа

4.1. Внешне помпаж проявляется в сильном прерывистом шуме, сильных вибрациях, возможны периодические толчки, раскачка трубопроводов на свайных основаниях.

По показаниям приборов помпаж выявляют по следующим признакам:

4.2. Рост температуры газа на выходе нагнетателя.

4.3. Резкие изменения показаний осевого сдвига ротора нагнетателя.

4.4. Резкие колебания температуры газа перед СТ.

4.5. Сильный рост вибрации узлов двигателя и нагнетателя.

4.6. Резкие изменения показаний перепада «масло-газ»

4.7. Изменения потребляемой мощности (определяется по показаниям ССС).

4.8.Пересечение рабочей точки границы помпажа на схеме ССС.

4.9. Изменения расхода газа через нагнетатель (определяется по показаниям ССС).

4.10. Изменение оборотов ротора нагнетателя (СТ) (определяется по показаниям ССС).

5. Системы защиты от помпажа нагнетателя. На ГПА-Ц16 установлены две противопомпажные системы защиты: штатная, входящая в АСУ ГПА и система противопомпажного регулирования ССС

5.1. АСУ ГПА получает сигнал от датчика СПД (сигнализатор перепада давления) при достижении пульсации давления в выходном патрубке нагнетателя 1,5 кг/см2. При получении двух сигналов от датчика СПД АСУ ГПА выдаёт команду на АО ГПА.

5.2. Система противопомпажного регулирования определяет приближение рабочей точки к границе помпажа расчётным путём на основании значений расхода газа через нагнетатель, его температуры, оборотов ротора СТ степени сжатия. Предотвращает помпаж путём перепуска части или всего расхода газа через противопомпажный клапан «Mokveld».

6. Действия оперативного персонала при возникновении помпажа нагнетателя

6.1. Если в силу каких — либо причин автоматическая система защиты не сработала, а персонал определил наличие помпажа, то необходимо немедленно открыть АПК и вывести ГПА на «кольцо».

6.2. Если открытие АПК не привело к прекращению помпажного режима работы (например в следствии обмерзания защитной решетки или самопроизвольной перестановки кранов), то ГПА следует аварийно остановить.

6.3. После открытия АПК «Mokveld» в следствии срабатывания антипомпажной защиты ССС закрытие АПК без выявления и устранения причин возникновения помпажа запрещено.

6.4. Производить запуск ГПА после АО по причине «помпаж нагнетателя» без выявления и устранения причин АО запрещено.

Помпаж

Помпаж (от фр. pompage) — срывной режим работы авиационного турбореактивного двигателя, нарушение газодинамической устойчивости его работы, сопровождающийся хлопками, резким падением тяги и мощной вибрацией, которая способна разрушить двигатель. Воздушный поток, обтекающий лопатки рабочего колеса, резко меняет направление, и внутри турбины возникают турбулентные завихрения, а давление на входе компрессора становится равным или бо́льшим, чем на его выходе.

В зависимости от типа компрессора помпаж может возникать вследствие мощных срывов потоков воздуха с передних кромок лопаток рабочего колеса и лопаточного диффузора или же срыва потока с лопаток рабочего колеса и спрямляющего аппарата.

Основным способом борьбы с помпажом является применение нескольких соосных валов в двигателе, вращающихся независимо друг от друга с различными скоростями вращения. Каждый из валов несёт часть компрессора и часть турбины. Первая (от воздухозаборника) часть компрессора (компрессор низкого давления) соединяется с последней частью турбины (турбина низкого давления). Современные двигатели имеют обычно 2-3 вала. Валы более высокого давления вращаются с более высокими скоростями. Кроме этого для предупреждения помпажа в авиационных реактивных двигателях предусматривают поворотные лопатки входного направляющего аппарата (ВНА, inlet guide vanes — IGV) компрессора и воздушные клапаны перепуска (blowoff valves), которые сбрасывают избыточное давление на промежуточных ступенях компрессора двигателя. Одновальные двигатели оснащаются более мощной механизацией компрессора, многовальные имеют простую механизацию. Одновальные со свободной турбиной вертолётные двигатели ТВ2-117 и ТВ3-117 (Ми-8, Ми-24) имеют регулируемые НА первых 3-х и 4-х ступеней соответственно и клапан перепуска на одной из ступеней компрессора, одновальный двигатель НК-12М (Ту-95, Ан-22) — регулируемый ВНА и 5 клапанов перепуска, трёхвальный Д-36 (Ан-72 и Ан-74, Як-42) — только клапаны перепуска на двух ступенях, а регулируемые НА механического привода не имеют и фиксируются после стендовой регулировки двигателя.

Работа двигателя в режиме помпажа быстро приводит к его разрушению из-за недопустимого повышения температуры газов перед турбиной и потери прочности ее лопаток, поэтому при его возникновении двигатель должен быть переведен в режим «малый газ» (на котором помпаж исчезнет сам собой) или отключен. Рост температуры газов может достигать нескольких сот градусов в секунду, и время принятия решения экипажем ограничено. На современных двигателях предусмотрена противопомпажная автоматика. Она обеспечивающая автоматическое, без участия экипажа, устранение помпажа путем обнаружения помпажных явлений через измерение давления и пульсаций давления на разных участках газовоздушного тракта; кратковременного (на доли секунды) снижения или прерывания подачи топлива, открытия перепускных заслонок и клапанов, включения аппаратуры зажигания двигателя, восстановления подачи топлива и восстановления режима работы двигателя. Устанавливается сигнализация на приборных досках экипажа и производится запись в бортовых регистраторах параметров полета.

Причины возникновения

Помпаж вызывается сильными отклонениями в работе двигателя от расчетных режимов:

Сущность помпажа двигателя и причины его возникновения

Проточная часть двигателя спрофилирована так, что соответствие площадей проходных сечений и плотности проходящего воздуха получается только при расчетной (номинальной) частоте вращения ротора исходя из условия равенства расхода воздуха перед компрессором и за ним (см. рис. 1а).

Неустойчивая работа двигателя, связанная со срывом потока, главным образом на первых ступенях, нарушением устойчивого течения потока и приводящая к тряске двигателя и резкому росту tвг называется помпажом.

Рассмотрим возникновения помпажа при условиях работы двигателя на нерасчетных (увеличенных и уменьшенных) режимах работы двигателя.

1. При снижении частоты вращения ротора расход воздуха (Gв), степень повышения давления в двигателе (πк) и плотность воздуха (ρв) уменьшаются. Причем на первых ступенях компрессора плотность воздуха уменьшается незначительно, а на последних ступенях происходит значительное падение плотности. Это приводит к тому, что проходные сечения первых ступеней оказываются больше потребных, а последних ступеней – меньше. Из-за этого осевая скорость на входе (С1а) снижается, а на выходе (С2а) – увеличивается. Т.к. осевая скорость снижается на входе в двигатель меньше, чем окружная, то увеличивается угол атаки воздушного потока при обтекании лопаток компрессора, при дальнейшем снижении оборотов угол атаки может стать большим, чем критический, и произойдет срыв потока на «спинке» лопатки и гидроудар в «корытце». Давление в корытце становится больше, чем давление на спинке, возникают вихревые зоны, которые поникают дальше по тракту двигателя и приводят к тому, что часть воздуха из зоны высокого давления «выбрасывается» в зону пониженного давления, то есть, против потока. При помпаже происходит снижение КПД двигателя, πк, возможен срыв пламени в камере сгорания, сильная вибрация, заметно увеличивается потребная мощность для запуска и разгона двигателя (см. рис. 1б).

1а. При дальнейшем снижении скорости вращения ротора осевая скорость на выходе (С2а) может возрасти до такой величины, что фактический угол атаки на последних ступенях станет отрицательным и они перейдут в турбинный режим, при котором в ступенях будет происходить расширение воздуха, удар будет развиваться на «спинках», а срыв – в «корытцах» лопаток. При таком случае срыв потока в глубь тракта не развивается, так как центробежные силы прижимают поток к «спинкам» лопаток, но значительно возрастают гидравлические сопротивления в тракте. Помпаж на запуске и при разгоне двигателя называется «нижним» (см. рис. 1в).

2. При увеличении режима работы двигателя выше расчетного увеличивается Gв, πк и ρв. Для воздуха, имеющего плотность больше расчетной, проходные сечения последних ступеней становятся «слишком большими», поэтому осевая скорость (С2а) становится меньше расчетной и на этих ступенях возникает срыв потока. А проходные сечения первых ступеней становятся меньше расчетных, из-за недостаточной плотности воздух в них «запирается», возникает «верхний срыв».

Читайте также  Схема переделки трехфазного двигателя на однофазный ...
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector