На макеті ГТУ покажіть елементи камери згоряння та компресора, що відповідальні за появу цього дефекту.

Відповідь:

Вірогідні причини – закоксованість паливних форсунок камери згоряння, забрудненість каналів, отворів системи охолодження лопаток соплового апарату. При де яких видах закоксованості зменшується кут виходу пального, що призводить до переміщення зони горіння ближче до соплового апарату першого ступеню турбіни, і таким чином до підвищення на лопатках турбіни температури вище за розрахункове значення. При підвищеному зношенні робочих кілець компресора продукти зношення разом з повітрям попадають в систему охолодження та приводять к зменшенню тепло відводу від поверхонь лопаток і, як слідство к підвищенню температури лопаток.

Питання: Визначити потужність, яка необхідна для приводу поршневого компресору.

Відповідь:

, де

N_ин – індикаторна потужність, що отримується при термодинамічному розрахунку компресора у [Вт]; η _мех - механічний ККД; п_о - номінальні оберти валу у [об/хв]; R – радіус кривошипу у [м]; P_{t ср} - середнє тангенційне зусилля на кривошипі колінчастого валу у [Н].

Питання: Дати визначення міжремонтного строку служби і ресурсу ГТУ і компресорів та навести їх приклади.

Відповідь:

Міжремонтний строк служби або строк(термін) служби до капітального ремонту – календарна тривалість від початку експлуатації об’єкта до його першого капітального ремонту, або календарна тривалість між капітальними ремонтами.

Міжремонтний ресурс – напрацювання об’єкту між капітальними ремонтами, в межах якого ремонтний завод гарантує його безвідмовну роботу.

Питання: Дати визначення поняття “безвідмовність” і назвати показники, що використовуються для її оцінки.

Відповідь:

Безвідмовність – властивість об’єкта виконувати потрібні функції в певних умовах протягом заданого інтервалу часу чи напрацювання.

Показники:

- напрацювання на відмову (відношення напрацювання об’єкта до середнього значення числа його відмов на паротязі даного напрацювання , де - сумарне напрацювання N об’єктів за робочий термін експлуатації; т – кількість відмов за цей термін);

- інтенсивність відмов (відношення різниці між кількістю відмов за період часу t+ Δ t і к моменту часу t до добутку кількості працездатних об’єктів к моменту часу t і тривалості часу Δ t, тобто );

- вірогідність безвідмовної роботи Р(t) (вірогідність того, що в межах заданого напрацювання об’єкту t не виникне його відмова. Р(t) приблизно можна оцінити за результатами спостереження відмов значної кількості об’єктів експлуатації N, що одночасно почали працювати при t= 0 і які є не відновлювальними у експлуатації. Якщо для де якого напрацювання t кількість відмовівших ГТУ або компресорів є N_відм(t), а кількість справних ГТУіК дорівнюється , то . При N→∞ можливо рахувати . Функцію Р(t) звуть функцією надійності. Вона є функцією, що зменшується (Рис.3). При t=0 відмови неможливі, тому Р(0)=1, (Рис.3), а при t →∞ Р(t)→0, тому що в такому випадку повинні відмовити всі об’єкти.

Рис.3. Графіки надійності, вірогідності та густини вірогідності відмови об’єктів за їх напрацюванням

- вірогідність відмови F(t), яка пов’язана з функцією надійності: - її ще звуть функцією розподілу напрацювання на відмову (Рис.3);

- - густина вірогідності відмови (похідна від функції F(t);

- ; (Рис.3).

Питання: Пояснити, які навантаження та напруги виникають в дисках турбіни ГТУ під час її роботи.

Відповідь: Під час роботи ГТУ диски турбін знаходяться під дією наступних навантажень:

- відцентрових сил власних мас і мас робочих лопаток (масових або інерційних навантажень);

- газодинамічних навантажень від лопаток;

- сил тиску газу на бокові поверхні диску;

- гіроскопічних моментів, що виникають при деформації валу;

- термічних навантажень із-за нерівномірного нагріву по радіусу і товщині;

- кінематичних навантажень при пресовому з’єднанні з натягом диску з валом.

Масові (інерційні) навантаження призводять до розтягнення диску у радіальному та коловому напрямах і появу напружень розтягнення. В тих же напрямах відбувається розтягнення диску від термічних і кінематичних навантажень.

Напруження кручення виникають при передачі диском крутного моменту від колових газових сил робочих лопаток.

Напруження згинання обумовлені різницею сил тиску газу на бокові поверхні диску, осьовими газовими силами, гіроскопічним моментом та нерівномірним розподілом температури за товщиною диску.

Напруження кручення звичайно невеликі, тому їх в розрахунках на міцність не рахують, а враховують тільки у коефіцієнті запасу міцності.

Напруження згинання значні тільки для тонких дисків. До тогож згинання диску газовими силами звичайно компенсується протилежними моментами від відцентрових сил центрів мас, яки зміщаються. Тому їх також не визначають, а враховують у коефіцієнті запасу міцності.

Таким чином, в якості розрахункових навантажень приймають масові, термічні і кінематичні навантаження.

Питання: Перелічити основні конструктивні схеми камер згоряння і визначити, з яких основних елементів і систем складається камера згоряння.

Відповідь: Основні конструктивні схеми камер згоряння:

- трубчаста (одиночна);

- трубчасті, що поєднані у блок;

- кільцеві;

- трубчасто-кільцові.

Склад основних елементів: корпус(и), жарова труба(и), змішувач(і), вузли підвіски жарової труби (труб), робочі паливні форсунки, пальники, оглядові лючки.

Системи камери згоряння:

- охолодження,

- змішування,

- дренажу.

Питання: Пояснити, чим відрізняється технологічний процес виробництва ГТУ або компресора від технологічного процесу їх ремонту.

Відповідь: Під ремонтом розуміють комплекс організаційно-технічних і технологічних робіт, які виконують з метою усунення дефектів і відновлення працездатності виробу.

Технологія ремонту має ряд особливостей, які визначають специфіку технологічного процесу ремонту ГТУіК порівняно з їх виробництвом.

Так процес виробництва починається з виготовлення деталей, а процес ремонту – з підготовки виробництва, яка включає у себе розбирання виробу на деталі, їх очищення і дефектацію.

Підготовчі роботи – перша характерна риса технології ремонту.

Другою характерною рисою ремонту є виявлення характеру дефектів та визначення технічного стану деталей, вузлів, агрегатів ГТУіК.

Складання нового виробу виконують з нових деталей, складання відремонтованого ГТУіК – в більшості випадків з деталей відновлених або придатних без їх ремонту, які за рядом параметрів відрізняються від нових. У зв’язку з цім кінцева ланка розмірного ланцюга вузла чи агрегату може відрізнятися від кінцевої ланки, складеної з нових деталей. Таким чином технічні умови на складання ГТУіК після ремонту мають власну специфіку, що є третьою характерною рисою технології ремонту.

Процес відновлення деталей розібраного ГТУіК зводиться до ряду операцій за допомогою яких деталям повертають їхню початкову працездатність.

Відмінність технології відновлення деталей від технології їх виготовлення – четверта характерна риса технології ремонту.

Питання: Ви як фахівець компресорної станції складаєте замовлення на мастильні матеріали для компресорного цеху. Якими при цьому міркуваннями Ви повинні керуватись для цього:

- перерахуйте основні пристрої, де використовуються мастильні матеріали, перелічите типи і основні властивості мастильних матеріалів;

- в яких випадках використовуються нафтові мастила, а в яких – синтетичні і яка періодичність заміни масла;

- з чого складається місткість масляної системи ГТУ.

Відповідь:

Основні пристрої, де використовуються мастильні матеріали: масляні системи газоперекачувальних агрегатів, приводи запірної арматури, гідравлічні системи керування або автоматичного керування.

Типи –оливи, змазки. Ті в свою чергу поділяються на мінеральні (нафтові) та синтетичні. Для теплових двигунів застосовуються моторні (турбінні) оливи, для редукторів електропровідних ГПА – індустріальні.

Для приводів запірної арматури – пластичні змазки, яки також можуть застосовуватися для зовнішньої консервації технологічного обладнання. Для внутрішньої консервації – консерваційні оливи.

Основні властивості олив, що використовуються при розрахунку масляних систем ГПА це їх густина та теплоємність. Наприклад, густина мінеральних олив ρ_м ≈ 900кг/м³, а теплоємність С_м≈2 кДж/(кг К).

Нафтові (мінеральні) мастила, оливи застосовуються до температури 130 - 140 ^оС, при більш високих температурах у зонах мащення, або при обертах роторів більше 20 тис. об/хв. синтетичні оливи. Наприклад, термін заміни масла у поршневому компресорі складає 2000 – 2500 годин.

Місткість маслосистеми V_м/с складається з циркуляційного запасу V_ц, V_витр - об’єму масла, що витрачається під час безперервної роботи ГПА, V_с – об’єму систем; V_дв – об’єму масляних порожнин.

, де , де t_ц = 0,5 – 1,0 хв – час прокачування масла за один цикл. - потрібне прокачування масла, де Q – тепловіддача у масло, Δ Т – величина підігріву масла у ГПА; V_витр=G_мτ_тах, де G_м – витрата масла, τ_тах – максимальний час безперервної роботи; V_с= (0,1…0,2) V_ц; V_дв= 0,15 V_ц.

Питання: Пояснити, як виникають резонансні коливання лопаток компресора і турбіни. Як визначити ці коливання за допомогою частотної діаграми?

Відповідь:

Резонансні коливання виникають при рівнянні власних і збуджуючих частот коливань лопаток турбокомпресора.

За допомогою частотної діаграми резонансні коливання визначаються як крапки перетинання кривих власних частот з прямими збуджуючих частот коливань (Рис.5).

Рис.5. Частотна діаграма: а,б,в,г – змінення частоти збуджувальних коливань лопаток; 1,2,3,4 – змінення власних частот коливань лопатки.

Питання: Визначити відцентрову силу, що виникає в лопатці компресора під час його роботи.

Відповідь:

Робоча лопатка турбокомпресора при обертанні навантажується відцентровою силою власних мас: , де т _л – маса лопатки; r _ц – відстань від вісі обертання до центру мас лопатки; ω - кутова швидкість обертання робочого колеса.

В диференціальному виді: , де ρ – густина матеріалу лопатки; F – площа перетину лопатки, яка змінюється з довжиною за визначеним законом .

Питання: Як визначити напругу розтягнення в циліндричній оболонці корпуса камери згоряння.

Відповідь:

В конструкціях ГТУ широко застосовуються циліндричні оболонки. При довжині оболонки , де R – радіус оболонки, δ – її товщина, достатньо точні результати можна отримати при застосуванні безмоментної теорії розрахунків оболонок.

У відповідністю з нею напруження розтягнення у циліндричній оболонці, що находиться під дією внутрішнього тиску р_вн, можна визначити з рівняння урівноваження, яке передбачає рівняння нулю суми радіальних проекцій всіх сил, що діють (Рис.6). Для оболонки з вільними краями колові напруження розтягнення визначаються як .

Під дією осьової сили Р_x виникають напруження розтягнення, що визначаються з рівняння: .

Рис.6 Розрахункова схема оболонки

Питання: При виготовленні жарових труб камер згоряння їх кільцеві секції з’єднуються клепками, поясніть, чому так, а не по іншому, і які дві деталі вважаються рівноміцними.

Відповідь:

З’єднання кільцевих секцій жарової труби камери згоряння обумовлене підвищенням ремонтопридатності цього виробу. При ремонті приходиться інколи міняти пропалену секцію на нову при виконанні умов рівноміцності, тобто нова секція повинна бути адекватною той, що міняється.

Дві деталі вважаються рівноміцними, якщо вони:

· геометрично подібні;

· мають рівні площі поперечних перерізів;

· виготовлені з одного і того же матеріалу;

· навантажені силами рівними за величиною, напрямком дії і точкою прикладення.

Питання: Визначити навантаження, що діють на вал турбіни ГТУ.

Відповідь:

Всі види навантажень, що діють на вал турбіни відносно напрямку їх дії, поділяються: на колові, поперечні, осьові, які призводять до кручення, згинання та розтягування валу, тобто до складного напруженого стану (Рис.7).

Рис.7.Схема і епюри навантаження валу

, де N_T –потужність турбіни, [Вт]; ω - кутова швидкість обертання ротора, [рад/с]; L_Т – питома робота розширення газу у турбіні, [Дж/кг]; G_Г – витрата газу через турбіну, [кг/с]; п - частота обертання ротора, [об/хв].

, де D_ср – середній діаметр проточної частини колеса; h_П – висота робочої лопатки; р₁ і р₂ – тиск газу перед і за робочими лопатками; С_1а , С_2а – осьові швидкості газу на вході та виході з робочого колеса; R_к – радіус кореневого перетину робочих лопаток; r_н – зовнішній радіус валу; р_П і р_З – тиск газу на передню і задню стінки диску.

- поперечна сила, де Р_т – сила тяжіння; Р_rН – радіальна сила інерції неврівноважених мас ротора.

[Н], де величина дисбалансу (т_б r) ≤10 – 15 г см.

Реакції опор - (сх. а)

Питання: За станом фільтрувального елемента масляної системи вкажіть, які процеси відбуваються в ГТУ.

Відповідь:

Якщо фільтр забруднений, то за складом забруднення на фільтрувальному елементі робиться висновок про технічний стан ГТУ. Так наявність темних неметалевих відкладів говорить про те, що олія має значне напрацювання, або мало місце її перегрівання, тому необхідно взяти проби олії з визначених місць ГТУ та направити їх на лабораторний аналіз. Якщо на фільтрувальному елементі маємо металеві частинки, то за видом метала встановлюємо що зношується. Так частинки бронзи говорять про зношування сепаратору підшипника, частинки сталі – про зношування кілець підшипника або зубів шестерень.

Питання: Ви працюєте в відділі надійності підприємства, де виконується ремонт ГТУ. На основі відомості дефектації встановлена незначна пластична деформація бігових доріжок кільця підшипника кочення однієї з опор роторів ГТУ. Тому поясніть:

- можливу причину цього пошкодження;

- якщо цей підшипник, встановлений в опоро-упорній опорі, то які навантаження він сприймає і як вони враховуються в розрахунку довговічності підшипника;

- яке технічне рішення можна запропонувати для усунення цього пошкодження.

Відповідь:

Причина вказаного дефекту – перевантаження.

Опоро-упорний підшипник знаходиться під дією осьової та радіальної сил і рахується на еквівалентні навантаження, які визначаються за залежністю: , R_і – і А_і – відповідно осьова і радіальна сили, що діють на підшипник на і-му режимі роботи.

т – коефіцієнт зведення осьової сили до радіальної.

k_к – коефіцієнт, що враховує обертання кільця підшипника (при обертанні внутрішнього кільця k_к= 1, при обертанні зовнішнього кільця k_к= 1,35).

k_δ – динамічний коефіцієнт, що враховує динамічність навантаження (для підшипників турбокомпресорів k_δ= 1, для редукторів k_δ= 1,3 – 1,5).

k_Т – коефіцієнт, що враховує вплив температури на довговічність підшипника (Табл. 1).

Залежність k_Т від температури Т

Таблиця 1

Т, ^оС
kТ	1,0	1,11	1,15	1,25	1,40

Таким чином перевантаження опори ГТУ найбільш вірогідне обумовлене підвищенням температури на підшипнику.

Питання: Обґрунтувати принцип відцентрового розвантаження робочих лопаток турбокомпресору від напружень згинання.

Відповідь:

Компресори великої потужності мають робочі лопатки значної довжини, що призводить до появи у їх перетинах значних напружень від газових сил. Напруження згинання від газових сил та напруження розтягнення від відцентрових сил власних мас пера лопатки є одноосними, тобто направлені вдовж пера лопатки і тому складаються. В результаті сумарне зусилля може перевищувати допустиме значення. Тому для забезпечення потрібної міцності таких лопаток призводять їх розвантаження. Це досягається шляхом виносу центрів мас перетинів у сторону дії газового навантаження (Рис.8).

компресор	турбіна
Рис.8. Направлення виносів центрів мас перетинів для компенсації згинання лопаток газовими силами: а – в осьової площині, б – в площині обертання. Як бачимо при такому виносі центрів мас виникає момент згинання лопатки від відцентрових сил, протилежний моменту від газових сил. Тобто .

Питання: Перерахувати типи конструктивно-силових схем корпусів ГТУ, відмітити їх переваги та недоліки.

Відповідь:

Класифікація силових схем корпусів проводиться в залежності від способу силового зв’язку між турбіною і компресором.

Силові схеми корпусів ГТУ (Рис.9):

- схема з внутрішнім силовим зв’язком (характеризується тім, що з’єднання корпусів турбіни і компресора виконується за допомогою внутрішній стінки корпуса камери згоряння);

- схема з зовнішнім силовим зв’язком (з’єднання корпусів компресора і турбіни виконується зовнішнім корпусом камери згоряння);

- схема з двійним не замкненим силовим зв’язком (з’єднання корпусів компресора і турбіни виконується як зовнішнім корпусом камери згоряння, так і її внутрішнім корпусом, якій забезпечує передачу навантажень від опори, що розташована перед турбіною, до радіальних силових елементів у передній частині камери згоряння або до заднього корпусу компресора);

- схема з двійним замкненим силовим зв’язком (з’єднання корпусів компресора і турбіни виконується зовнішнім і внутрішнім корпусами камери згоряння, які з’єднані радіальними силовими елементами в районі спрямного апарата компресора і соплового апарата першого ступеня турбіни).

Перша схема застосовується у ГТУ з трубчастими камерами згоряння, що дає змогу їх заміни в умовах експлуатації, а також забезпечується зручний доступ до з’єднань роторів турбіни і компресора. Недоліком схеми є мала жорсткість корпусів, що потребує збільшення товщини їх стінок і відповідно маси.

Перевагою другої схеми є достатня жорсткість корпусів при малої масі і простий конструкції. Недоліком схеми є те, що вона може застосовуватися тільки при розташуванні задньої опори ротора двигуна за турбіною.

Третя схема більш жорстка, у порівнянні з другою, і застосовується переважно для ГТУ з кільцевою камерою згоряння.

Четверта схема має максимальну жорсткість і придатна для застосування у різних типах двигунів.

Рис.9. Конструктивно-силові схеми корпусів ГТУ з внутрішнім зв’язком (а), з зовнішнім зв’язком (б), з двійним незамкненим зв’язком (в), з двійним замкненим зв’язком (г): 1 – передній корпус компресора; 2 – корпус напрямних апаратів компресора; 3 – задній корпус компресора; 4 – внутрішній корпус камери згоряння; 5 – зовнішній корпус камери згоряння; 6 – радіальні силові елементи корпуса передній опори турбіни; 7 – корпус турбіни; 8 – корпус задньої опори турбіни.

Питання: По вказаному викладачем посадочному місці на валу, підібрати підшипник кочення та пояснити, що означають букви, що нанесені на клеймі підшипника.

Відповідь:

Наприклад, вам дано підшипник кочення марки В32118ДТ. Це радіальний роликопідшипник особливо легкої серії с внутрішнім діаметром 90 мм з бортами на зовнішньому кільці (3), високого класу точності (В,табл.) з сепаратором з алюмінієвого сплаву (Д) і температурою відпустці кілець 200 ^оС (Т).

Таким чином, буквене позначення в клеймі підшипника застосовується для ознаки класу точності, номеру ряду радіального зазору, матеріалу кілець і сепаратору і т.і.

Клас точності	Позначення	Клас точності	Позначення
Нормальний	Н	Особливо високий	АВ
Підвищений	П	Прецизійний	А
Особливо підвищений	ВП	Особливо прецизійний	СА
Високий	В	Надпрецезійний	С

Питання: Пояснити особливості розрахунку на міцність соплових лопаток турбіни.

Відповідь: Особливістю цього розрахунку є те, що соплові лопатки рахуються тільки при їх газодинамічному навантаженні з врахуванням температури. Тобто в соплових лопатках визначаються тільки напруження згинання від газових сил, а дія температури враховується при визначенні межового значення тривалої міцності.

Питання: Провести порівняльний аналіз переваг та недоліків простих та планетарних передач.

Відповідь:

Простими називають передачі, які мають нерухомі вісі зубчастих коліс. Проста передача з однієї пари зубчастих коліс має ряд недоліків середи яких: складність у забезпеченні співвісності ведучого і веденого валів, не можливість досягнення значних передаточних відносин (передаточних чисел) та передачі великої потужності, значна навантаженість підшипників. Ці недоліки усуваються при застосуванні простих співвісних передач, де їх як мінімум дві (Рис.10):

Рис.10.Проста співвісна зубчаста передача	Кінематична схема планетарного редуктора: 1-провідна шестерня, 2–сателіт, 3- нерухома шестерня, 4-корпус сателитів

Планетарні передачі мають рухомі вісі проміжних коліс. Вони більш компактні і при тих самих передаточних числах мають більший ККД.

Питання: За клеймом підшипника кочення встановити його тип і діаметр вала. Наприклад

Відповідь:

Наприклад, маємо підшипник …0220. Це означає, що це підшипник кочення радіальний однорядний кульковий легкої серії з внутрішнім діаметром 100 мм.

На клеймі підшипника кочення останні дві цифри означають шифр діаметра внутрішнього кільця d: …00(d=10 мм), …01(d=12 мм), …02(d=15 мм), …03(d=17 мм). Починаючі від …04(d=20 мм) і закінчуючи …99(d=495 мм), щоб визначити діаметр внутрішнього кільця потрібно дві останні цифри клейма умножить на 5.

Третя цифра з кінця вказує серію підшипника: особо легка – 1, легка – 2, середня – 3 і т.і.

Четверта цифра з кінця означає тип підшипника: радіальний кульковий однорядний – 0, радіальний роликовий – 2, радіально-упорний кульковий – 6.

Для ГТУ, які є високо обертовими машинами, застосовують підшипники легких серій високих класів точності (В,А,С).

Внутрішній діаметр підшипника обирається у відповідності з розміром валу у опорі. Для визначення всіх інших розмірів застосовують каталог підшипників.

Питання: Пояснити, як визначається запас міцності лопаток ГТУ та у чому полягає особливість визначення коефіцієнта запасу міцності турбінних і компресорних лопаток?

Відповідь: Запас міцності лопаток в загалі визначається, як відношення допустимих напружень к еквівалентним.

В якості допустимих напружень для компресорних лопаток обирається межа пружної міцності, тобто [σ] = σ₀₂, а для турбінних – межа тривалої міцності при визначеній температурі, тобто ., де 100 – кількість циклів навантаження.

Питання: Пояснити, на якому методі засновано експериментальне визначення власних частот коливань лопаток і дисків турбокомпресорів, поясніть цей метод.

Відповідь: Експериментальне визначення власних частот коливань лопаток і дисків турбокомпресорів засновано на резонансному методі. При цьому методі дослідний об’єкт на спеціальному стенді приводиться у коливальний рух. Частота коливань задається от ручки управління спеціальним генератором збуджувальних частот і коли виникає резонанс, це ми бачимо на власні очі, ми фіксуємо цій момент і визначаємо власну частоту коливань об’єкту як частоту резонансу.

Питання: Виконайте приведення основних функціональних параметрів ГТУ до МСА, якщо:

N=9,67МВт, G_г=1000 кг/год при t_н=24^оС і Р_н=100800 Па.

Відповідь: .

Питання: Визначити осьову силу, що виникає на роторі компресора ГТУ.

Відповідь:

Спочатку визначаються осьові сили, що діють на кожне робоче колесо ротора компресора. Осьова газодинамічна сила, що виникає на лопатках робочого колеса, підраховується за формулою (Рис.11):

, де s – верхній індекс, що визначає № ступені; р₁, р₂, С_1а, С_2а – статичні тиски і осьові швидкості на середньому радіусі проточної частини перед і за робочим колесом;

Рис.11. До розрахунку осьових сил вхідного пристрою та робочого колеса

Осьова газодинамічна сила, що діє на все колесо, визначається як сума рівнодіючих статичних тисків на бокові поверхні робочого колеса і осьової сили лопаток (Рис.12):

, де р₁₀, р₂₀ – статичні тиски, що діють на бокові поверхні колеса, які дорівнюються відповідним тискам у кореневому перерізі лопаток; р_1δ, р_2δ – статичні тиски у середині барабану, праворуч і ліворуч від колеса.

Рис.12. Розрахункові схеми робочого колеса компресора і напрямного апарату

Вказані порожнини за звичай сполучаються, тому вказані тиски однакові, хоча різниця сил має місце із-за різниці площин, на яки діє тиск; F_1Н, F_1ВН, F_2Н, F_2ВН – площини відкритих бокових поверхонь диску, що визначаються розташуванням ущільнень і розмірами барабану. Ці площини підраховуються по обмежуючим їх колам:

Осьові сили, на робочих колесах направлені у сторону входу і при визначенні по вище вказаним формулам мають від’ємний знак та досягають сотень кілоньютонів. Осьові сили розтягують барабан ротора і зростають від першого ступеня к останньому, тому що вони складаються. Найбільше розтягнення буде за останнім ступенем компресора. Такий розподіл сил необхідно враховувати при розрахунках з’єднань частин ротора.

Таким чином, осьова сила ротора дорівнюється сумі осьових сил всіх ступенів. Для її зменшення з заду торцевої поверхні ротора будується думісна порожнина з низьким, біля атмосферного, тиском, а по переду – думісна порожнина з підвищеним тиском із-за проміжних ступенів компресора. В результаті виникає позитивна осьова сила, що розвантажує ротор.

Питання: Які фактори впливають на вібраційний стан ГТУ і за допомогою яких пристроїв визначається вібраційний стан ГТУ?

Відповідь:

На вібраційний стан ГТУ впливає:

· жорсткість силових елементів опор ГТУ, наявність в опорах пружних та демпферних елементів;

· власні частоти коливань елементів (залежать від режиму роботи двигуна, конкретно – від температури і частоти обертання, конструкційних факторів – способу кріплення лопатки, ротора, геометричних параметрів конструкційних елементів та матеріалу; пошкоджень конструкційних елементів);

· збуджуючі частоти коливань, які також залежать від режиму роботи (частоти обертання), кількості нерухомих елементів в проточній частині ГТУ.

Вібраційний стан визначається за допомогою вібраційної апаратури, в склад якої входять вібродатчики, перетворювачі, підсилювачі, прилади. Вібрація вимірюється у Гц, або у одиницях віброшвидкості, або віброприскорення.

Питання: Яким чином виконується зрівноваження осьових сил роторів ГТУ і відцентрових нагнітачів?

Відповідь: Шляхом введення у конструкцію ГТУ та нагнітача думісних порожнин, куди підводиться тиск, рівнодіюча від якого направлена в сторону протилежну осьовій силі ротора. У конструкцію відцентрового нагнітача часто водять думісний поршень, на якому виникає осьова сил протилежна за напрямом дії до осьової силі робочого колеса, що дає значно розвантажити ротор нагнітача від осьового зусилля.

Питання: Перелічити методи очищення поверхонь деталей при ремонті ГТУ і компресорів, вказати їх переваги.

Відповідь:

Методи очищення поверхонь деталей при ремонті ГТУ і компресорів:

- механічні;

- фізико-хімічні.

Механічні застосовують для віддалення з деталей твердих, пригорівши вуглецевих відкладень, старого лакофарбового покриття, окисних плівок, продуктів корозії, окалини і т.і.

Засоби механічного очищення:

- металеві щітки;

- скребки;

- дискові дротові щітки (крацевання – обробка поверхонь дротовими щітками, які обертаються; дріт щіток сталевий або латунний, діаметром 0,2 – 0,3 мм, частота обертання 1500 – 1800 об/хв, діаметр щітки 130 – 140 мм; щітку перед обробкою поверхонь занурюють у 2 – 5% розчин кальцірованої соди);

- очищення деталей у барабанах - галтовка (за цім способом деталі разом з піском, сталевою дрібнію, опилками засипають у барабан або колокол, що обертається; при терті деталей у абразивному середовищі відбувається їх очищення; оберти барабану – 30 – 50 об/хв, тривалість очищення – декілька годин);

- пневмоструменева установка (очищення відбувається частинками піску, або іншими твердими речовинами при їх подачі на поверхню деталей високо напірним повітряним струменем; при очищенні кісточковою крошкою тиск повітря 4 – 6 кг/см², відстань сопла установки до поверхні деталі 80 – 150 мм, очищення деталей з кольорових металів виконується при тиску 2,5 – 3,5 кг/см²; переваги способу – простий, дешевий, високопродуктивний; недолік – можливість пошкодження поверхонь деталей).

Фізико-хімічні методи:

- електрохімічний – очищення у миючих розчинах під дією електричного струменю, при цьому деталь – катод, стінки ванни – анод, густина струму 3 – 6 А/дм², напруга – 6 В; перевага – висока якість очищення; недоліки – водневе охрупчування поверхневого шару деталей, не доочищення у важкодоступних місцях;

- ультразвукове очищення (продуктивність та степінь очищення високі);

- очищення електричним розрядом у рідині;

- очищення розчинниками та миючими рідинами.

Питання: Як розрахувати міцність трубопроводу і в яких його перерізах виникають найбільші напруження?

Відповідь:

Рис. Розрахункова схема трубопроводу

Питання: Які випробування ГТУ проводяться на виробничому (ремонтному) підприємстві і чому? Перерахувати основне обладнання випробувальних стендів заводу.

Відповідь:

Випробування: контрольні, здавальні, контрольно-здавальні на спеціальних стендах моторовипробувальної станції.

Моторовипробувальна станція включає у себе бокс(и) зі стендом(и), пультову, систему забору і підготовки повітря (підведення робочого тіла), систему вихлопу (відведення робочого тіла).

Стенд для випробування ГТУ має спеціальну раму для кріплення ГТУ, системи паливопостачання і масло постачання; джерела енергії для валообертових пристроїв та пускових пристроїв, систему енергопостачання на пульт керування та датчики контрольно-вимірювальної системи стенда; контрольно-вимірювальну систему; системи захисту (протипожежну, протиожеледення); системи автоматики.

Питання: Ви виконуєте запуск ГТУ і виявляєте, що час виходу на режим холостого ходу більше встановленого для цього типу ГТУ. Ваше завдання:

- пояснити можливі причини подовженого часу запуску ГТУ;

- визначити, з чого складається момент опору ротора та як він визначається в розрахунках пускової системи?

- визначити масовий полярний момент інерції ротора ГТУ.

Відповідь:

- час запуску ГТУ

;

, де М_тах – момент, що витрачається на обертання ротору на частоті п_тах.

[H∙м], де G_в – витрата повітря через компресор на п_тах, [кг/с]; п_тах – максимальна (розрахункова) частота обертання, [об/хв]; - температура повітря на вході у компресор, [К]; - степінь підвищення тиску у компресорі; х =2,4 – 2,6 – для ГТУ з осьовим компресором.

Масовий полярний момент інерції J_р – міра інерції тіла у обертальному русі. , де

J _к, J _т – масові полярні моменти роторів компресора и турбіни, відповідно; і _к, і _т – кількість ступенів компресора і турбіни, відповідно; К _к, К _т - коефіцієнти пропорційності для компресора і турбіни, відповідно (К _к=5…7, К _т=8…10); D _к, D _т – середні діаметри роторів компресора і турбіни, відповідно.

Питання: Як визначаються ущільнення та проміжки в проточній частині осьового компресора? Наведіть приклад.

Відповідь:

Відповідно до статистики: для перших ступіней

для останніх Визначив Δ r для першої і останньої ступіней, знаходять Δ r для проміжних (інших) ступіней, приймаючи лінійний закон їх зміни.

- на середньому радіусі, де в_ср – середня хорда лопатки.

Питання: Перелічити не руйнуючі фізичні методи контролю стану деталей і пояснити їх.

Відповідь:

Це методи, які основані на фізичної дії на деталь без її пошкодження.

Методи дефектоскопії і області їх застосування (табл.)

Таблиця

Об’єкт контролю	Метод дефектоскопії
рентгенівський (γ-лучевий)	магнітний	люмінесцентний	кольоровий	ультразвуковий	Електроіндук-тивний (струмовихоро-вий)
Феромагнітні деталі	+	+	+	+	+	+
Немагнітні деталі	+	-	+	+	+	+
Невеличкі поверхневі тріщини	-	+	+	+	+	+
Підповерхневі тріщини	+	+	-	-	+	-
Внутрішні дефекти	+	-	-	-	+	-

Магнітні методи основані на визначенні магнітних полів розсіяння в місцях порушення цілісності матеріалу деталей (виявляють тріщини на глибіні від поверхні до 3 мм), як приклад, магнітно-порошковий метод, ферозондовий метод, магніто графічний метод.

Електроіндуктивний (метод вихрового струму) оснований на застосуванні вихрових струмів для виявлення дефектів в електропроводимих виробах. Сутність методу в тому, що на деталь діють високочастотним електромагнітним полем за допомогою маленької котушки індуктивності, яка живиться струмом високої частоти. При несплошностях (несу цільностях) у матеріалі вихрові струмки зменшуються пропорційно кількості та розмірам дефектів. Вимірювання сумарних вихрових струмів по їх магнітному полю виконується реєстратором (стрілочним, світовим або звуковим).

Ультразвуковий засновано на застосуванні пружних коливань широко частотного діапазону (до 10⁹ Гц) з довжиною хвилі приблизно 1 мкм (довжина хвилі світла). Ультразвукові коливання виникають при дії електричного імпульсу на перетворювач (п’єзоелектрична пластина), в результаті відбувається перетворення електричних коливань у звукові. Ультразвукові хвилі розповсюджуються за законами геометричної оптики. Вони можуть переломляться і віддзеркалюватися як промені світла. Цей метод універсальний і має десятки різновидів, які об’єднані у п’ятьох методах: резонансному, тіньовому, ехо-методі, імпедансному і методі вільних коливань.

Питання: Назвіть типи схем, що використовуються в маслосистемах ГТУ і компресорів, та перелічите основні агрегати маслосистем і обґрунтуйте їх необхідність.

Відповідь:

Типи схем, що використовуються в маслосистемах ГТУ і компресорів:

· циркуляційні нормально замкнені;

· циркуляційні коротко замкнені.

Крім того, для змащення циліндрово-поршневої групи ступенів середнього і високого тиску поршневих компресорів передбачається окрема масляна система – лубрікаторна з плунжерними насосами високого тиску.

Кожна з масляних систем має магістралі живлення, нагнітання та відкачування.

Магістраль живлення призначена для підводу масла на вхід нагнітаючого насосу і складається з маслобаку з мірним склом (лінійкою) або датчиком рівня масла, крана зливання масла, трубопроводу підводу масла до нагнітаючого насосу – у нормально замкненій системі, в короткозамкненій ще додається насос живлення (підкачування) з паралельно включеним редукційним клапаном.

Магістраль нагнітання призначена для підводу масла до місць мащення і складається з нагнітаючого насосу з паралельно включеним редукційним клапаном, запірного клапану, фільтра тонкого очищення з перепускним клапаном та сигналізатором перепаду тиску, трубопроводів, каналів підведення масла, масляних форсунок (форсуночних кілець) з запобіжними фільтрами, датчика тиску масла (манометра) та приймальника температури (термометра).

Магістраль відкачування призначена для відведення відпрацьованого масла з зон мащення та регенерації. Інколи, що характерно для поршневих компресорів, існує окрема магістраль регенерації масла, яка підключена після нагнітаючого насосу паралельно нагнітаючої магістралі і замкнена на бак. Магістраль відкачування починається з масло збірників з сітками піногасіння та кранами зливання масла, термостружкосигналізаторами, стружкосигналізаторами, магнітними пробками, і включає у себе ще відкачуючи насоси, масло радіатор для охолодження масла з клапаном перепуску, повітровідокремлювач, датчик (приймальник) температури (термометр), трубопроводи, що підводять масло у бак у нормально замкнених системах; у короткозамкнених системах трубопроводи підводять масло у бак через дросель (10 - 15% масла) і на вхід нагнітаючого насосу (85–90% масла).

Питання: Поясніть, коли та як виконується відбір проб масла на ГТУ (компресорі) і для чого це робиться? На макеті ГТУ вказати точки відбору масла.

Відповідь:

Відбір проб масла виконується періодично як при оперативному технічному обслуговуванні, так і при виконанні трудомістких форм регламентних робіт.

Проби масла беруться у скляний чистий посуд через крани зливання масла на масло баці, фільтрах тонкого очищення, маслозбірниках, піддонах. Якісний аналіз масла виконується шляхом порівняння проб масла з еталоном візуально. Це робиться для оцінювання стану опор роторів, передач, приводів при наявності забруднення масла продуктами зносу, окислення, вологи.

Питання: Які чинники впливають на частоту власних коливань лопатки компресора або турбіни?

Відповідь:

, [Гц] – власна частота коливань лопатки, де - характеризує спосіб закріплення лопатки та форму коливань лопатки.

, де f_t – власна частота згінних коливань лопатки при температурі t ^оС; f₂₀ - власна частота згінних коливань лопатки при температурі 20 ^оС; Е_t – модуль пружності матеріалу при t ^оС; Е₂₀ - модуль пружності матеріалу при t ^оС.

, де f_d – власна частота коливань лопатки при її обертанні (динамічна власна частота); f_с – власна частота нерухомої лопатки; В – коефіцієнт, що враховує геометричні розміри лопатки, форму коливань лопатки (визначається експериментально або за емпіричною залежністю); п_s – частота обертання ротора у [об/с].

Питання: Вкажіть складові ємності маслосистеми ГТУ та необхідну для роботи ГТУ кількість масла, яка повинна бути у маслобаку?

Відповідь:

Місткість маслосистеми V_м/с складається з циркуляційного запасу V_ц, об’єму масла V_витр, що витрачається під час безперервної роботи ГПА, об’єму систем V_с; об’єму масляних порожнин V_дв.

.

Ємність масляного баку V_м/б =1,1 V_м/с.

Питання: Назвіть, у яких станах може знаходитись ГТУ або компресор та наведіть ознаки цих станів.

Відповідь:

Види технічного стану:

- справний (стан об’єкту, при яком він відповідає всім вимогам нормативно-технічної і (або) конструкторської документації);

- несправний (стан об’єкту, при яком він не відповідає хоча б одному з вимог, що регламентовані нормативно-технічною і (або) конструкторською документацією);

- працездатний (стан об’єкту, при якому значення всіх параметрів, що характеризують його здатність виконувати задані функції, відповідають вимогам нормативно-технічної і конструкторської документації);

- непрацездатний (стан об’єкту, при якому значення хоча б одного параметра, що характеризує здатність об’єкту виконувати задані функції, не відповідає відповідним вимогам нормативно-технічної і конструкторської документації);

- справний, але не працездатний;

- несправний але працездатний;

- межовий (граничний) (стан об’єкту, при якому його подальше застосування за призначенням недопустиме або нецелесообразне).

Питання: При дефектації вузла турбіни виявлено пошкодження соплових лопаток першої ступені турбіни. Ваше завдання:

- пояснити, які пошкодження можуть виникати на соплових лопатках і чому?

- назвати методи відродження зіпсованих лопаток;

- пояснити, які Ви знаєте засоби, що запобігають перегріванню лопаток соплового апарату?

Відповідь:

На соплових лопатках першого ступеня турбіни частіше всього виникають обгари, короблення (температурні пластичні деформації), тріщини, прогари. Вказані дефекти виникають з причини коксування робочих паливних форсунок, що призводить до змінення кута підводу пального (при зменшенні кута зона горіння наближається до турбіни); забруднення отворів системи охолодження соплової лопатки продуктами зношення робочих кілець компресора.

Середі методів відновлення пошкоджених лопаток відомі таки, як наварювання пластин, що після механічної обробки будують передню крайку пера лопатки; напилення захисного покриття на поверхню лопатки; алітування.

Засобами проти перегрівання лопаток є контроль їх температурного стану, підтримка паливних форсунок в справному стані, виконання гарячого запуску та зупинення двигуна у відповідністю з інструкцією з експлуатації.

Питання: Перелічіть типи лопаток турбокомпресора і умови їх використання.

Відповідь:

Всі лопатки ротора турбокомпресора мають назву робочих, а лопатки статора компресора поділяються на лопатки вхідного напрямного апарату, напрямні лопатки ступенів, спрямовуючі, лопатки статора турбіни – соплові лопатки.

Питання: Поясніть принцип роботи фільтра-сигналізатора стружки.

Відповідь:

Фільтр-сигналізатор стружки виконується щільовим, в якому до суміжних пластин підведена напруга і коли щілина забруднюється металевою стружкою, то через нею замикається сигнальний контур і загорається табло «Стружка у двигуні».

Питання: Ви виконуєте запуск ГТУ. Ваше завдання:

- назвіть складові підсистеми, що входять до складу пускової системи ГТУ і поясніть призначення кожної підсистеми;

- перелічіть параметри ГТУ, що контролюються під час запуску;

- назвіть основні правила безпеки, яких треба дотримуватись при виконанні запуску ГТУ.

Відповідь:

- система попереднього розкручування ротора двигуна;

- система запалення;

- пускова паливна система;

- робоча паливна система з клапаном (краном) зупинення та магістраллю підвода пального до робочих паливних форсунок;

- автомат запуску;

- система керування механізацією компресора;

- система автоматичного керування запуском.

Система попереднього розкручування ротора двигуна призначена для розкрути ротора турбокомпресора до обертів, при яких забезпечується достатня кількість повітря від компресору у камеру згоряння для створення паливо повітряної суміші.

Система запалення призначена для підпалення паливо-повітряної суміші у пальниках камери згоряння.

Пускова паливна система призначена для підводу необхідної кількості пального до пускових форсунок пальників.

Робоча паливна система призначена для підводу необхідної кількості пального через робочі паливні форсунки у камеру згоряння.

Автомат запуску це фактично дозатор пального якій забезпечує дозування пального під час запуску двигуна у дозаторі газу (командно-паливному агрегаті).

Система керування механізацією компресора забезпечує пускове положення напрямних апаратів та відкриття клапанів перепуску повітря з компресору.

Система автоматичного керування запуском керує всіма системами, що приймають участь у запуску та режимами запуску (холодною прокруткою, ложним запуском, гарячим запуском, зупиненням запуску як в автоматичному режимі за командою вбудованих у конструкцію обмежувачів (температури газу у камері згоряння, частоти обертання) так і вручну.

Під час запуску контролюються параметри джерела енергії пускового пристрою, частота обертання роторів ГТУ, температура газу у камері згоряння (на турбіні), тиск та температура масла на вході у двигун, тиск повітря за компресором, тиск пального у пусковому паливному колекторі та робочому паливному колекторі, температуру та тиск на вході у компресор двигуна.

Питання: Назвіть типи силових схем роторів компресорів і турбін ГТУ і визначте їх відмінності?

Відповідь:

Силова схема ротора забезпечує передачу як внутрішніх, так і зовнішніх навантажень і містить силові деталі ротора, вузли його з’єднання з приводами агрегатів і редуктора.

Силові схеми роторів відрізняються способом з’єднання дисків ступенів турбокомпресора, розташуванням опор, способом з’єднання роторів турбіни і компресора для передачі крутильного моменту і осьових сил, способом фіксації осьового положення ротора.

Питання: Пояснити, які зусилля виникають в оболонці камери згоряння при роботі ГТУ і як розрахувати її на міцність?

Відповідь:

Навантаження:

- внутрішній тиск;

- осьова сила;

- момент згинання;

- момент кручення;

- температурне навантаження із-за градієнтів температур.

- При розрахунку оболонки на міцність оцінку міцності виконують по величині коефіцієнта запасу міцності К_0,2 = σ_0,2/σ_е, де σ_0,2 – межа пружності матеріалу; σ_е – еквівалентне напруження, яке визначається у відповідності з теорією найбільших дотичних напружень, тобто , де . Міцність оболонки вважається достатньою, якщо К_0,2 =1,6…2,0.

Питання: Назвати сорти мастил, що застосовуються для системи змащування ГТУ, нагнітачів, редукторів-мультипликаторів. Поясніть причину використання різних сортів мастил.

Відповідь:

Це мінеральні і синтетичні оливи. Мінеральні, наприклад, МС-8, МС- 20 та їх суміші, Т-22П – для ГТУ та нагнітачів. Синтетичні, наприклад Б-3В, для редукторів-мультіплікаторів пускових пристроїв.

Причиною використання різних сортів є різні умови роботи олив у місцях мащення.

Питання: Пояснити змінення моментів стартера, компресора і турбіни від частоти обертання під час запуску ГТУ.

Відповідь:

В загалі момент пускового пристрою визначається за залежністю:

де М_о – початковий пусковий момент, с – коефіцієнт нахилу характеристики пускового пристрою, якій залежить від його типу. Так с =0 для турбокомпресорного пускового пристрою (стартера); с =0,005...0,015 – для повітряних турбостартерів, газових турбодетандерів; с =0,04...0,07 – для електростартерів.

Питання: Пояснити, які напруження беруться як межові (допустимі) для визначення запасів міцності лопаток ГТУ?

Відповідь:

Для визначення допустимих напружень лопаток компресора обираються межа пружності конструкційного матеріалу, тобто , а для лопаток турбіни – межа тривалої міцності конструкційного матеріалу, тобто де Т – номінальна температура, при якої працює лопатка турбіни, τ – число циклів навантаження зразка з конструкційного матеріалу при отриманні його межи тривалої міцності.

Питання: Пояснити, коли і як використовується якісна проба масла при експлуатації ГТУ (компресора) та назвати критерії подальшого використання або заміни масла?

Відповідь:

Якісна проба масла виконується при оперативному технічному обслуговуванні шляхом відбирання проб олії з місць її зливання у чистий скляний посуд і порівняння з еталоном.

Масло замінюють, якщо:

§ вміст води >2,5%;

§ кислоти >1,5%;

§ в’язкість збільшилася більше, чім на 2,5% від початкової;

§ механічних домішок >2%.

Питання: Як впливає розподіл температури вздовж лопатки турбіни на величину коефіцієнта запасу міцності лопатки?

Відповідь:

Вплив розподілу температури вздовж лопатки турбіни на величину коефіцієнту запасу міцності пояснюється за допомогою рис.

Коефіцієнт запасу тривалої міцності визначається за формулою:

Для лопаток, що мають невеликі температури, при яких процеси повзучості ще не відбуваються (до 200 …400 ^оС в залежності від матеріалу), замість межи тривалої міцності слід застосовувати межу (предел) короткочасної міцності , відповідну заданої температурі.

Рис. Змінення з висотою робочої лопатки турбіни температури, напружень і коефіцієнту запасу міцності

Сумарні напруження як правило плавно зменшуються вдовж лопатки, маючи максимум в кореневому перетині. Межа тривалої міцності сутево залежить від температури, зменшуючись при її збільшенні. Тому мінімум допустимих напружень буде у перетині, де температура максимальна, тобто на відстані 2/3 h _п від кореневого перетину.

При типовому характері розподілу межи тривалої міцності та сумарних напружень мінімум їх відношення, тобто коефіцієнту запасу міцності буде у перетині, в якому і мають екстремальні значення.

Для лопаток з бандажними полицями мінімальний коефіцієнт запасу тривалої міцності знаходиться у середньому перетині, для лопаток без полиць – у перетині на відстані 1/3 h _п від кореневого.

Питання: При роботі ГТУ встановлено, що тиск масла на вході в ГТУ нижче норми. Ваше завдання:

- пояснити можливі причини зменшення тиску;

- пояснити, як відрегулювати тиск масла?

- вказати, яка технічна документація для цього потрібна і де виконується запис про виконану роботу?

Відповідь:

Можливі причини зменшення тиску масла на вході у ГТУ:

- зменшення рівня масла у витратному баку до мінімального та нижче;

- внутрішня або зовнішня негерметичність масло системи;

- порушення регулювання редукційного клапану нагнітаючого насосу.

Для регулювання тиску масла на редукційному клапані необхідно разконтріти захисний ковпачок регулювального вузла, підтримуючі викруткою регулювальний гвинт за допомогою гайкового ключа раз контрити регулювальний гвинт, повернути його проти годинникової стрілки на зменшення тиску і у відповідності з паспортом агрегату повернути його на потрібний кут, законтріти його, перевірити тиск на працюючому ГТУ, якщо він нормальний, зробити запис у паспорті про проведене регулювання.

Питання: Назвіть матеріали та способи виготовлення деталей відцентрового компресора.

Відповідь:

Для відцентрових компресорів застосовуються сплави ковкого алюмінію, титанові сплави, леговані сталі.

Способи виготовлення деталей відцентрового компресору – штамповка, лікарство, токарно-фрезерувальна обробка та шліфування.

Питання: Назвіть типи систем протизаледеніння ГТУ та їх переваги і недоліки.

Відповідь:

Типи систем протизаледеніння ГТУ:

- повітряне-теплова, де робоче тіло системи – повітря з температурою 200…250 ^оС, що береться із-за проміжних ступенів компресора;

- рідинно-теплова, де робоче тіло – відпрацьоване масло системи змащування ГТУ;

- комбінована повітряно-масляна система;

- електрична.

Застосування повітряно-теплової системи потребує відбирання повітря у кількості 0,5…1,0% від загальної витрати через компресор, що приводить до збільшення пито

Дата добавления: 2015-07-25