7. Сопловые и рабочие лопатки гту и способы их охлаждения.

Сопловые и рабочие лопатки, непосредственно омываемые го­рячими газами, практически нагреваются до температуры тормо­жения газа. При охлаждении лопаток их температура ста­новится меньше температуры газа. Количество теплоты, поступающего газа к лопатке, зависит от разницы их температур и ко­эффициента теплоотдачи.

Поступающая к лопатке теплота должна быть отведена ох­лаждающей средой, в качестве которой чаще всего используют воздух после компрессора. Охлаждающий воздух, проходя через специальные каналы в лопатках, нагревается, отбирая теплоту от лопатки. Нагрев воздуха зависит от его расхода, теплоемко­стии количества отбираемой теплоты.Охлаждение должно обеспечивать необходимую температуруметалла лопаток и ее постоянство по их поверхности.

При парциальном подводе охладитель продувается через несколько сопловых каналов, и ра­бочие лопатки охлаждаются, проходя через его поток. Охладитель можно также подводить внутри сопловых лопаток и впрыскивать в поток газа через щель в их выходной кромке. При индивидуальном наружном охлаждении рабочих лопаток охладитель через специальные каналы впрыскивается на поверхность каждой лопатки.При заградительном охлаждении на поверхности лопаток со­здается защитная пленка охладителя. Такая пленка может созда­ваться двумя способами: подачей охладителя через щели или отверстия либо продавливанием (эффузией) через пористое тело лопатки, изготовляемой по специальной технологии. Кроме того, для уменьшения потока теплоты в ло­патку на нее наносят твердое покрытие низкой теплопроводности. Эти способы снижения потока теплоты используют как для рабочих, так и для сопловых лопаток.

Виды внутреннего воздушного проточного охлаждения определяютсяконструкцией самих лопаток и направлением движения охладителя. В лопатке с деф­лектором— полой тонкостенной вставкой образуют­ся каналы для прохода охладителя, который течет в том же на­правлении, что и горячий газ, и выбрасывается через щель в вы­ходной кромке лопатки. В лопатке с наружной тонкостенной гиль­зой также образуются каналы для прохода охлади­теля, который сбрасывается через выходную кромку.Монолитная лопатка, внутри которой вблизи поверхности вы­полнены для прохода охладителя каналы, идущие от ее корня к вершине. Охладитель в этом случае течет в каналах между дефлектором и телом лопатки. В местах наибольших значений коэффициента теплоотдачи от газа к лопатке охладитель выводится на ее поверхность и создает тон­кую пленку.

8. Причины и последствия разрушения рабочих и сопловых лопаток, приводящие к аварии в гту.

Наиболее часто при эксплуатации ГТУ повреждаются рабочие лопатки и ротор турбины, ее направляющие лопатки и диафраг­мы, рабочие лопатки и ротор компрессора, камеры сгорания, под­шипники.

Сварочный грат, остатки электро­дов, грязь, обтирочные концы, посторонние предметы, оставленные внутри оборудования, могут вызвать тяжелые аварии. Аварии и неполадки в работе ГТУ возникают вследствие кон­структивных и технологических недоработок, дефектов материалов, сборки, монтажа, а также неправильной эксплуатации.

В наиболее тяжелых условиях работают рабочие лопатки тур­бины: на них воздействуют большие центробежные силы, потоки газа, имеющие высокие скорости и температуры, переменные на­грузки. В этих условиях часто наблюдается усталостное разру­шение лопаток турбины, бандажей, бандажной проволоки. Усталостные разрушения возникают вследствие того, что собственные частоты колебаний лопаток совпадают с частотой возмущающее силы, т.е. лопатки попадают в резонанс. Частота переменных уси­лий, действующих на лопатки со стороны газа, зависит от часто­ты вращения ротора. Даже при небольшом изменении частоты вращения лопатки могут попасть в резонанс и разрушиться через короткое время. Так как частота вращения ротора турбины зави­сит от частоты электрического тока сети, в которую включен элек­трический генератор, то работа его при пониженной частоте недо­пустима.

При усталостном разрушении происходит отрыв части или всей лопатки, части бандажа или бандажной проволоки. Отрыв одной лопатки обычно приводит к повреждению всех рабочих лопаток данной ступени, а также сопловых лопаток соседней ступени. Внешне повреждение рабочих лопаток проявляется в появлении слышимых металлических звуков и необычных шумов внутри тур­бины. Если слышны удары различной силы в проточной части или посторонние звуки турбину немедленно останавливают. При поломке лопаток и "задеваниях в проточной части турбины возрастает вибрация ротора. О поломке нескольких рядов лопаток судят по снижению нагрузки при постоянном расходе топлива.

При работе на запыленном воздухе или топливе высокой зольности лопатки турбины подвергаются эрозии. Как правило, эрозий подвергается рабочие лопатки со стороны входной кромки, а соп­ловые— со стороны выходной. Лопатки, поврежденные эрозией, легко обнаруживают при очередном ремонте и заменяют. Лопатки первых ступеней турбин обычно повреждаются окалиной или мелким сварочным гратом, остающимся после монтажа или ре­монта. Поверхность их становится шероховатой, входные кромки имеют вмятины и загибы. При ремонте лопатки заменяют в зави­симости от их состояния и наличия трещин. Эрозия и износ лопа­ток являются дополнительными источниками вибрации ГТУ.

Если во время эксплуатации проточные части турбины и ком­прессора загрязняются отложениями, разбалансировка ротора мо­жет увеличиваться. К разбалансировке приводит также вылет ра­бочих лопаток, остаточный прогиб оси ротора из-за задеваний в уплотнениях, смещение обмотки ротора электрического генератора в пазах или лобовых частях, замыкание витков обмотки на землю или между собой.Некоторые виды разрушений рабочих и сопловых лопаток мо­гут появляться после длительной работы турбины. Так, при слиш­ком быстрых пусках и остановах в рабочих и сопловых лопатках турбины возникают большие температурные напряжения, в ре­зультате которых появляются трещины в кромках лопаток из-за малоцикловой усталости металла. С каждым таким пуском и ос­тановом трещины растут и в конечном счете лопатки разрушаются. По той же причине могут растрескиваться диски, ротор или кор­пус турбины.

По истечении длительного времени лопатки турбины могут разрушиться в результате исчерпания запаса длительной прочно­сти. Это возможно, если лопатки выработали ресурс или работали при недопустимо высокой температуре газа. В первом случае не­обходима своевременная замена рабочих лопаток, а во втором — строгое соблюдение температурного режима.

При содержании в воздухе вредных примесей может возникать коррозия лопаток, турбины и компрессора. При недостаточно хо­рошей очистке загрязненного топлива в газовой' турбине развивается высокотемпературная коррозия, появляются отложения на "сопловых и рабочих лопатках.