СПОСОБ ОТЛАДКИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОСЛЕ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО РЕМОНТА ПРИ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЯХ Российский патент 2013 года по МПК F02C9/28 

Изобретение относится к области стендовых испытаний двухкаскадных газотурбинных двигателей, в частности, к стендовым испытаниям газотурбинных двигателей после восстановительного ремонта.

Двигатели, снятые с эксплуатации по различным видам дефектов, проходят капитальный ремонт при наработке в эксплуатации менее 50% гарантийного ресурса, а двигатели, наработка которых к моменту снятия с эксплуатации превышает 50% гарантийного ресурса, проходят восстановительный ремонт и направляются в эксплуатацию на доработку гарантийного ресурса [1]. В зависимости от выявленного дефекта восстановительный ремонт производится либо с разборкой узлов и заменой отдельных деталей проточной части двигателя, либо без разборки узлов и замены отдельных деталей проточной части. В первом случае характеристики двигателя, обусловленные состоянием его проточной части, в том числе скольжение роторов и тяга (мощность) двигателя, отличаются по уровню от характеристик двигателя при снятии его с эксплуатации. Во втором случае - при восстановительном ремонте без разборки узлов и замены отдельных деталей проточной части - характеристики двигателя имеют уровень, достигнутый в эксплуатации при снятии его с эксплуатации.

Известен способ индивидуальной отладки газотурбинных двухкаскадных авиационных двигателей НК-86 и НК-8-2У (вновь изготовленных, прошедших капитальный или восстановительный ремонт), в частности, отладки скольжения роторов на величину, соответствующую площадям сопловых аппаратов первой и второй ступеней турбины, и заданной для данной модификации двигателей величины тяги на взлетном режиме [2] - прототип.

Величина скольжения роторов регулируется изменением угла установки лопаток α_РНА рабочего направляющего аппарата (РНА) компрессора высокого давления (КВД), а величина тяги (мощности на максимальном режиме) на взлетном режиме - настройкой соответствующего регулятора или ограничителя заданного параметра двигателя (например, максимального расхода топлива, частотой вращения ротора низкого давления и т.п.).

Известен также способ индивидуальной отладки газотурбинных двухкаскадных двигателей со свободной турбиной НК-16СТ, НК-16-18СТ (вновь изготовленных, прошедших капитальный или восстановительный ремонт), в частности отладки скольжения роторов в пределах заданного допуска. [3].

По существующему способу [2] отладка скольжения роторов на максимальном продолжительном (МП) режиме и тяги на взлетном режиме (мощности на максимальном режиме) двигателя после восстановительного ремонта производится на исходный уровень, т.е. на тот же уровень, на который производится отладка этих параметров вновь изготовленного двигателя или двигателя, прошедшего капитальный ремонт. Отладка по существующему способу производится независимо от объема восстановительного ремонта, т.е. по единой технологии как при восстановительном ремонте с разборкой узлов и заменой деталей проточной части, так и при восстановительном ремонте без разборки узлов и замены деталей проточной части. В первом случае вследствие изменения характеристик двигателя после ремонта необходима индивидуальная отладка скольжения роторов и тяги (мощности) указанных параметров в соответствии с новым состоянием проточной части по сравнению с ее состоянием до проведения восстановительного ремонта.

Недостатком данных способов отладки двигателей после восстановительного ремонта без разборки и замены деталей проточной части является то, что они не учитывают изменение в процессе наработки в эксплуатации перед восстановительным ремонтом характеристик двигателя относительно их исходного уровня [4] вследствие износа деталей его проточной части, в том числе скольжения роторов, а также тяги на взлетном режиме (мощности на максимальном режиме).

Отладка скольжения роторов двигателя после восстановительного ремонта без разборки и замены деталей проточной части на исходный уровень, соответствующий состоянию проточной части вновь изготовленного двигателя, приводит к снижению запасов устойчивой работы компрессора и ресурса двигателя в эксплуатации.

При проведении восстановительного ремонта двигателей без разборки и замены деталей проточной части двигателя устраняются выявленные в эксплуатации дефекты. Например, восстановительный ремонт проводится по устранению течей масла и других рабочих жидкостей, устранению повреждений лопаток (забоин, вмятин, царапин) ВНА и т.п.

Вследствие этого характеристики двигателя: скольжение роторов, температура газов за турбиной, часовой и удельный расходы топлива, а также тяга (мощность), определяемые состоянием его проточной части, после восстановительного ремонта без разборки узлов и замены деталей проточной части сохраняются на уровне, достигнутом в эксплуатации перед съемом двигателя для проведения восстановительного ремонта.

Экспериментальными исследованиями установлено, что установившийся в эксплуатации уровень скольжения роторов, соответствующий состоянию деталей проточной части при данной наработке, в случае, если он находится в пределах эксплуатационного допуска, превышающего допуск на отладку скольжения роторов при стендовых испытаниях, обеспечивает требуемый запас устойчивой работы компрессора. Вследствие этого отладка скольжения роторов двигателя после восстановительного ремонта на исходный уровень по существующему способу приводит к снижению запасов устойчивой работы компрессора и в ряде случаев к установке лопаток РНА на предельный по техническим условиям угол α_РНА, что снижает запасы устойчивой работы компрессора высокого давления (КВД) [5] и не позволяет проводить регулировку скольжения роторов в эксплуатации в случае увеличения скольжения роторов выше эксплуатационного допуска.

Аналогично отладка тяги на взлетном режиме (мощности на максимальном режиме) после восстановительного ремонта без разборки узлов и замены деталей проточной части на исходный уровень по существующему способу приводит к завышению параметров взлетного (максимального) режима: частот вращения роторов, температуры газов за турбиной и, соответственно, увеличению центробежных и температурных нагрузок на лопатки и диски турбины и снижению ресурса двигателя.

Целью предлагаемого решения является устранение указанного недостатка и достижение нового технического результата, заключающегося в сохранении запасов устойчивой работы КВД и тяги двигателя в процессе дальнейшей эксплуатации двигателя после восстановительного ремонта.

В данном способе индивидуальную отладку при стендовых испытаниях конкретного двигателя после восстановительного ремонта без разборки узлов и замены деталей проточной части осуществляют отладкой скольжения роторов, а также тяги на взлетном режиме (мощности на максимальном режиме) производят на значения, полученные в эксплуатации перед восстановительным ремонтом, или, в случае выхода значений этих параметров за границы эксплуатационного допуска, на значения, соответствующие ближайшей (верхней или нижней) границе эксплуатационного допуска на параметр.

Новым в данном способе является то, что индивидуальную отладку при стендовых испытаниях конкретного двигателя после восстановительного ремонта без разборки узлов и замены деталей проточной части выполняют отладкой скольжения роторов, а также тяги на взлетном режиме (мощности на максимальном режиме) с учетом изменения в процессе наработки в эксплуатации перед восстановительным ремонтом характеристик двигателя вследствие износа деталей его проточной части.

Известен способ проверки и регулировки параметров двигателя в процессе эксплуатации исходя из текущего уровня параметров при наработке двигателя на момент проверки [6].

По этому способу в эксплуатации по результатам наземного опробования двигателя определяется уровень скольжения роторов и тяги на взлетном режиме при данной наработке и только в случае, если значения этих параметров не соответствуют границам эксплуатационного допуска, производится регулировка этих параметров на значения, соответствующие ближайшей (верхней или нижней) границе эксплуатационного допуска. Таким образом, при отладке (регулировке) двигателя по указанному способу учитывается изменение параметров двигателя с наработкой в эксплуатации.

Аналогично должна производиться отладка (регулировка) параметров двигателя при стендовых испытаниях после восстановительного ремонта без разборки узлов и замены деталей проточной части двигателя, т.к. техническое состояние двигателя при одной и той же его наработке идентично, независимо от того, находится двигатель в эксплуатации или прошел восстановительный ремонт без разборки узлов и замены деталей проточной части двигателя.

Литература

1. Двигатель НК-8-2У 2 серии. Технические условия на ремонт. Казань, КМПО, 1989.

2. Сдаточное и контрольное испытания. Технические условия 86.000.000-1ТУ7, 1978.

3. Двигатель НК-16СТ. Отладка системы регулирования на испытательном стенде при приемо-сдаточном испытании. Инструкция 16.000.000.ДИ5-2, 1985.

4. Двигатели НК-8-2У. Влияние наработки в летной эксплуатации на параметры двигателя. Технический отчет ТО-0737-82, 1982.

5. Двигатель НК-8-2У. Экспериментальная оценка влияния угла установки лопаток α_РНА на запасы ГДУ двигателя А82У73177. Техническая справка ТС-3854-89. Казань, КПБМ, 1989.

6. А.А.Мухин, Е.Д.Нестеров, Э.Л.Симкин. Способ регулирования газотурбинного двигателя в эксплуатационных условиях. Авторское свидетельство №630956, 1978.

Изобретение относится к области стендовых испытаний двухкаскадных газотурбинных двигателей, в частности к стендовым испытаниям газотурбинных двигателей после восстановительного ремонта, и предназначено для обеспечения запасов устойчивой работы компрессора высокого давления КВД и тяги (мощности) двигателя в процессе эксплуатации двигателя после восстановительного ремонта. При стендовых испытаниях двухкаскадных газотурбинных двигателей после восстановительного ремонта без разборки узлов и замены деталей проточной части отладку скольжения роторов, а также тяги на взлетном режиме (мощности на максимальном режиме) производят на значения, полученные в эксплуатации перед восстановительным ремонтом. В случае выхода значений этих параметров за границы эксплуатационного допуска отладку параметров производят на значения, соответствующие ближайшей (верхней или нижней) границе их эксплуатационного допуска.

Способ отладки газотурбинного двигателя при стендовых испытаниях после восстановительного ремонта без разборки узлов и замены деталей проточной части двигателя, отличающийся тем, что, с целью обеспечения запасов устойчивой работы компрессора высокого давления КВД и тяги (мощности) двигателя в процессе дальнейшей эксплуатации двигателя после восстановительного ремонта, отладку скольжения роторов, а также тяги на взлетном режиме (мощности на максимальном режиме) производят на значения, полученные в эксплуатации перед восстановительным ремонтом, или, в случае выхода значений этих параметров за границы эксплуатационного допуска, на значения, соответствующие ближайшей (верхней или нижней) границе эксплуатационного допуска на параметр.