667
.pdf
Анализ способов очистки масляной системы авиационного ГТД
процесс воздушной кавитации. Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях с паровыми турбомашинами большой единичной мощности, имеющими разветвленные маслопроводы систем регулирования, смазки подшипников турбоагрегата и уплотнений вала генератора. В итоге на конкретных примерах промывок маслосистемы турбин Т-250/300-240 доказано, что применение гидродинамической спирально-вихревой тепловой турбулентности совместно с воздушной кавитацией обеспечивает высокую степень очистки маслопроводов, в том числе сливных патрубков
иколлекторов больших диаметров [3].
6.Водно-химический метод – способ промывки с применением биологически разлагаемых моющих средств, при проведении эксплуатационных очисток от загрязнений трубопроводов и элементов маслосистем турбо-, гидроагрегатов, маслохозяйств, маслосистем другого энергетического оборудования, в котором используются нефтяные смазочные масла. В качестве реагентов для проведения химических очисток выпускаются препараты двух видов: кислотные и щелочные. Все препараты являются пожаровзрывобезопасными композициями, в состав которых входят поверхностно-активные вещества, ингибиторы коррозии, комплексообразователи, а также щелочные и кислотные составляющие. Щелочные препараты серии ТМС Л (ТУ 2383-001- 56478541–01) предназначены для удаления загрязнений масляного, нефтяного, мазутного и прочего характера, а также различных закоксованных отложений и продуктов термической деструкции. Кислотные препараты серии ТМС Д (ТУ 2383-002-56478541–01) предназначены для удаления различных отложений, образованных от контакта с водой
ипаром. Плюсом данного способа является эффективное разложение
иудаление продуктов коррозии на омываемых участках маслопроводов. К недостаткам можно отнести высокую стоимость промывочных реагентов; повреждение или полное уничтожение пассивирующей
пленки маслопроводов; интенсификацию коррозионных процессов в маслопроводах после промывок; снижение диэлектрических свойств эксплуатационного масла (в случае попадания в него остатков моющего раствора); увеличение вероятности залповых выбросов электропроводных загрязнений в подшипники турбоагрегата; дополнительные затраты на промывку маслосистемы для удаления остатков моющего раствора и утилизацию моющих растворов (СО 34.30.609–2003. Инструк-
131
Ю.А. Туктамышева
ция по проведению эксплуатационных очисток маслосистем турбоагрегатов с применением водных растворов биологически разлагаемых моющих средств: утв. Департаментом науч.-техн. политики и развития ОАО РАО ЕЭС России 21.11.2003).
7.Механическая очистка – это способ очистки, при котором требуется разборка ГТД. Этот способ становится актуальным, если имеется какой-то локализованный загрязненный участок маслосистемы, создающий определенные риски. При этом способе используют различные щетки, скребки, растворители, абразивные материалы, иногда и ультразвуковые ванны, электрогидравлическую очистку. Это достаточно дорогой способ очистки [11].
8.Электрогидравлическая очистка деталей в среде с управляемой проводимостью при ремонте газотурбинных двигателей – один из перспективных технологических процессов очистки деталей газотурбинных двигателей. В основе процесса электрогидравлической очистки лежит эффект электрогидровзрыва. Данный процесс достаточно широко применяется для очистки деталей на стадии изготовления, например очистка заготовок, полученных литьем, от стержневой массы,
иочистки деталей при ремонте. Способ подразумевает разборку ГТД, что является в данном случае существенным недостатком [12].
Анализ опыта применения гидродинамического метода очистки маслосистемы авиационного ГТД
на ОАО «Пермский моторный завод»
Очистка авиационного двигателя на ОАО ПМЗ осуществляется гидродинамическим способом (прокачка) с целью очистки внутренних полостей масляной системы ГТД авиационного применения от загрязнений, появившихся в результате сборки или эксплуатации (ремонтный двигатель).
Удаление эксплуатационных отложений происходит при циркуляции моющей смеси при температуре (85±5) °С, давлении 4+0,2 кгс/см², а также при прокрутке ротора двигателя на небольших оборотах. Периодически при этом проверяют состояние маслофильтров и при необходимости их чистят. ГТД прокачивают до тех пор, пока чистота масла не достигнет 9 класса чистоты по ГОСТ 17216. Гидродинамический метод на предприятии ОАО ПМЗ применяется без пульсации промывающей жидкости.
132
Анализ способов очистки масляной системы авиационного ГТД
К недостаткам этого способа можно отнести то, что прокачка включает в себя большой объем технологических переходов, ручного труда и крайне высокую зависимость от человеческого фактора. На ОАО ПМЗ прокачка авиационного ГТД занимает 8–12 ч и более. Для современного производства это большие затраты времени на ремонт и изготовление авиационного ГТД. Кроме того, после сборки и очистки маслосистемы ГТД его транспортируют на загородную станцию для полноразмерных испытаний, но неоднократно двигатель приходилось возвращать вновь в сборочный цех для очистки маслосистемы или его разборки вследствие некачественной очистки маслосистемы ГТД. Статистические данные дают возможность оценить качество выбранного способа прокачки. На рис. 1–5 представлены поврежденные детали с авиационного ГТД, что иллюстрирует недостаточную эффективность прокачки данным способом.
Рис. 1. Износ сепаратора ролика-подшипника
Рис. 2. Выход из строя шарикоподшипника вертикального вала центрального привода
Рис. 3. Вид состояния сепаратора подшипника
133
Ю.А. Туктамышева
Рис. 4. Вид состояния покрытия в шестерне. Попадание посторонних частиц от прирабатываемого покрытия лабиринтных уплотнений подшипников
Рис. 5. Вид следов масла на кожухе вала и трубопроводе откачки масла от ролика-подшипника турбины высокого давления
На основании проведенного исследования можно сделать следующие выводы:
Анализ способов очистки авиационного ГТД показал, что накоплен достаточно большой объем знаний – многочисленные статьи, международные стандарты и процедуры по этому вопросу. Несмотря на это, пожалуй, нет ни одной области, связанной с гидравликой маслосистемы, с бо́льшим расхождением между теорией и практикой. Все способы направлены на улучшение качества очистки, хотя, как показывает опыт ОАО ПМЗ, вероятность некачественной прокачки существует. Анализ технических особенностей каждого метода отчетливо показал, что улучшение способов очистки направлено по пути:
– увеличения скорости потока промывающей жидкости, создания турбулентного течения, включающего в себя кавитацию и вибрацию;
134
Анализ способов очистки масляной системы авиационного ГТД
–увеличения температуры промывающей жидкости;
–создания термошокового эффекта и гидроудара.
В конечном итоге очистка масляной системы ГТД обеспечивает предотвращение аварийной ситуации, связанной с выходом из строя основных узлов ГТД: подшипниковых опор, вала ротора и т.п. Очистка оправдана для новых и особенно отремонтированных ГТД до ввода в эксплуатацию для поддержания высокого уровня надежности, увеличивает срок эксплуатации авиационного двигателя и предотвращает появление отказов. Существует необходимость в разработке методики, которая должна гарантировать высокое качество очистки масляной системы авиационного ГТД с одновременным увеличением производительности.
Планируется проведение факторного эксперимента на основе гидродинамического способа очистки для выбора оптимальных параметров очистки, целью которого будет являться повышение эффективности и увеличение производительности очистки.
Библиографический список
1.Черкез А.Я. Испытания воздушно-реактивных двигателей. – М.: Машиностроение, 1992.
2.Odden T. Cleaning and Flushing Basics for Hydraulic Systems and Similar Machines // Machinery Lubrication. – 2001. – № 7. – URL: http://www.machinerylubrication.com.
3.Способ очистки маслосистемы турбомашины: пат. 2369750 Россия: МПК51 С1 F01D 25/18/ ТЭЦ-26 / А.М. Балашов, Б.В. Ломакин, И.Ш. Загретдинов, Л.Н. Чуваев; ОАО «Мосэнерго»; заявл. 17.04.2008,
опубл. 10.10.2009.
4.Recommended Practices the cleanning of Steam turbin Generator Oil Systems. ASME Standard № 117. – New York, 1968.
5.Способ очистки маслосистемы турбомашины: пат. SU 1010302 A1: МПК F01D 25/18 / В.В. Лыско, А.М. Балашов, Н.И. Иванова; Урал. филиал всесоюз. теплотехн. науч.-исслед. ин-та им. Ф.Э. Дзержинско-
го. – 07.04.1983.
6.Thomsen J.P.H. Practical application of „oil-flushing & total puritu“ in hydraulic and lub. oil system [Электронный ресурс] // Ocean Team Scandinavia A/S, 2000. – URL: http://oceanteam.dk/products/oil-care/tur- bine-lube-oil-flushing.
135
Ю.А. Туктамышева
7.Термодинамический способ очистки внутренних полостей маслосистемы: пат. SU 1656180 A1, МПК F01D 25/08, F16N33/00 / В.Н.
Казанский, И.И. Пушкарев, О.Н. Воронов; Урал. филиал всесоюз. теплотехн. науч.-исслед. ин-та им. Ф.Э. Дзержинского. – 15.06.1991.
8.КомаровА.А. Магнитогидродинамическая очистка каналов трубопроводных систем летательных аппаратов: дис. ... канд. техн. наук / Рос. гос. технол. ун-тим. К.Э. Циолковского(МАТИ). – СПб., 1998.
9.Устройство для очистки маслосистемы турбомашины: пат. SU 1652629 A1, МПК F01D 25/18 / В.В. Лыско, И.И. Пушкарев, О.Н. Во-
ронов, Л.И. Дубровский, А.М. Балашов; Урал. филиал всесоюз. теплотехн. науч.-исслед. ин-та им. Ф.Э. Дзержинского. – 30.05.1991.
10.Бахметова З.А., Неуймина В.М. Анализ способов очистки маслопроводов и установок очистки турбинных масел турбоагрегатов ТЭС // Надежность и безопасность энергетики: науч.-техн. журнал. – 2008. – № 3. – С. 47–52.
11.Fitch J. Selecting the Best Strategies for a Successful Oil Flush [Электронный ресурс] / Noria Corporation // Machinery Lubrication. – 2004. – № 9. – URL: http://www.machinerylubrication.com.
12.Кесель Б.А. Электрогидравлическая очистка деталей в среде
суправляемой проводимостью при ремонте газотурбинных двигателей. Очистка деталей тракта ГТД: дис. ... канд. техн. наук. – Казань, 1999. – 145 с.
References
1.Cherkez A.Ya. Ispytaniya vozdushno-reaktivnykh dvigateley [Tests of jet engines]. Moscow: Mashinostroenie, 1992.
2.Odden T. Cleaning and Flushing Basics for Hydraulic Systems and Similar Machines. Machinery Lubrication, 2001, no. 7, available at: http://www.machinerylubrication.com.
3.Balashov A.M., Lomakin B.V., Zagretdinov I.Sh., Chuvaev L.N.
Sposob ochistki maslosistemy turbomashiny [Method of cleaning of turbomachine oil system]. Patent 2369750 Russia, MPK51 C1 F01D 25/18 / TPP-26 of OAO "Mosenergo", appl. 04/17/2008, publ. 10.10.2009.
4.Recommended Practices the cleanning of Steam turbin Generator Oil Systems. ASME Standard № 117. New York, 1968.
5.Lysko V.V., Balashov A.M., Ivanova N.I. Sposob ochistki maslosistemy turbomashiny [Method of cleaning of turbomachine oil system]. Patent
136
Анализ способов очистки масляной системы авиационного ГТД
SU 1010302 A1, MPK F01D 25/18. Uralskiy filial vsesoyuznogo teplotekhnicheskogo nauchno-issledovatelskogo instituta imeni F.E. Dzerzhinskogo, 07.04.1983.
6.Thomsen J.P.H. Practical application of „oil-flushing & total puritu“ in hydraulic-and lub. oil system. Ocean Team Scandinavia A/S, 2000, аvailable at: http://oceanteam.dk/products/oil-care/turbine-lube-oil-flushing.
7.Kazanskiy V.N., Pushkarev I.I., Voronov O.N. Termodinamicheskiy sposob ochistki vnutrennikh polostey maslosistemy [Thermodynamic method of cleaning of oil system internal cavities]. Patent SU 1656180 A1, MPK F01D 25/08, F16N33/00. Uralskiy filial vsesoyuznogo teplotekhnicheskogo nauchno-issledovatelskogo instituta imeni F.E. Dzerzhinskogo, 15.06.1991.
8.Komarov A.A. Magnitogidrodinamicheskaya ochistka kanalov truboprovodnykh sistem letatelnykh apparatov [Magnetohydrodynamic channel cleaning of piping systems of aircrafts]. Dissertation. St. Petersburg: Rossiyskiy gosudarstvennyy tekhnologicheskiy universitet imeni K.E. Tsiolkovskogo, 1998.
9.Lysko V.V., Pushkarev I.I., Voronov O.N., Dubrovskiy L.I., Balashov A.M. Ustroystvo dlya ochistki maslosistemy turbomashiny [Device for cleaning of turbomachine oil system]. Patent SU 1652629 A1, MPK F01D 25/18. Uralskiy filial vsesoyuznogo teplotekhnicheskogo nauchno-issledo- vatelskogo instituta imeni F.E. Dzerzhinskogo, 30.05.1991.
10.Bakhmetova Z.A., Neuymina V.M. Analiz sposobov ochistki masloprovodov i ustanovok ochistki turbinnykh masel turboagregatov TES
[Analysis of ways to clean oil-lines and turbine oils purification plants of thermal power-station]. Nadezhnost i bezopasnost energetiki. Nauchnotekhnicheskiy zhurnal, 2008, no. 3, pp. 47–52
11.Fitch J. Selecting the Best Strategies for a Successful Oil Flush. Noria Corporation. Machinery Lubrication, 2004, no. 9, available at: http://www.machinerylubrication.com.
12.Kesel B.A. Elektrogidravlicheskaya ochistka detaley v srede s upravlyaemoy provodimostyu pri remonte gazoturbinnykh dvigateley. Ochistka detaley trakta GTD [The electrohydraulic cleaning of parts in an environment with controlled conductivity when repairing of gas turbine engines. Cleaning parts of GTE’s tract]. Dissertation. Kazan, 1999, 145 p.
137
Ю.А. Туктамышева
Об авторах
Туктамышева Юлия Асхановна (Пермь, Россия) – аспирант кафедры «Авиационные двигатели» ФГБОУ ВПО ПНИПУ (614990,
г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: juliya.pko.pmz.perm@mail.ru).
About the authors
Tuktamysheva Julia Askhanovna (Perm, Russian Federation) – postgraduate student, Department of Aviation Engines, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: juliya.pko.pmz.perm@mail.ru).
Получено 3.09.2012
138
Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2012. № 33
УДК 534.2
В.В. Пальчиковский
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
К.В. Пальчиковский
ЗАО «Искра-Авигаз», г. Пермь
ОБЗОР ТЕОРЕТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ СОПЛА
Акустическая неустойчивость является существенной проблемой при создании новых образцов ракетной техники, поэтому еще на стадии проектирования необходимо оценивать степень устойчивости внутрикамерных процессов. Для этого необходимо решить уравнения, которые описывают возмущенное поле течения газа. Однако из-за существенно различных характеристик газового потока в камере сгорания и в сопле процессы в них принято рассматривать раздельно. Взаимодействие между волновыми явлениями камеры сгорания и сопла может быть описано на основе акустической проводимости сопла, которая определяется как безразмерная передаточная функция, равная отношению возмущений скорости потока к возмущениям давления на входе в сопло. Если действительная часть акустической проводимости отрицательна, то некоторое количество акустической энергии отражается от сопла и подпитывает колебания в камере сгорания, что ведет к неустойчивости внутрикамерных процессов. Кроме использования в качестве граничного условия при расчете неустойчивости процессов в камере сгорания акустическая проводимость сопла используется для определения собственных частот колебаний газа. Также на основании проводимости сопла можно оценить влияние конструктивных факторов (длины дозвуковой части и профиля) на устойчивость внутрикамерных процессов.
Описана история развития теоретических методов определения акустической проводимости сопла. Для наиболее популярных методов приведены формулы.
Ключевые слова: акустическая неустойчивость, акустическая проводимость сопла, передаточная функция, коэффициент затухания, уравнение Риккати, масштабирование акустической проводимости сопла, теория короткого сопла, энтропийная волна, метод конечных элементов, потенциал акустической скорости.
V.V. Palchikovskiy
Perm National Research Polytechnic University
K.V. Palchikovskiy
Iskra-Avigaz JSC, Perm
REVIEW OF TECHNIQUES OF NOZZLE
ADMITTANCE PREDICTION
Combustion instability is considerable problem arising on creation of novel rocket equipment, so it is needed to evaluate degree of stability intrachamber processes when designing. To include this effect it is required to solve the unsteady gas flow equations. As gas flow in combustion chamber and in
139
В.В. Пальчиковский, К.В. Пальчиковский
nozzle is considerably difference, processes in them are considered separately. Interaction between wave processes of combustion chamber and nozzle is described by nozzle admittance, which is defined as dimensionless transfer function equal to the ratio of velocity fluctuations to pressure fluctuations at nozzle entrance. If the real part of nozzle admittance is negative a reflected acoustic energy feeds instability of intrachamber processes. The nozzle admittance except using as a boundary condition when calculating the intrachamber processes instability is used for determination of eigenfrequencies of gas fluctuations. Also on the basis of nozzle admittance it is possible to estimate influence of design factors (length and profile of subsonic part of nozzle) on stability of intrachamber processes.
In the paper the history of progress of techniques of nozzle admittance prediction is described. For the most popular techniques the formulas are given.
Keywords: acoustic instability, nozzle admittance, transfer function, decay coefficient, Riccati equation, scaling of nozzle admittance, short nozzle theory, entropy wave, finite element method, acoustic velocity potential.
Еще при создании первых жидкостных ракетных двигателей разработчики сталкивались с явлением неустойчивого горения, что характеризовалось наличием периодических волн давления в камере сгорания и сопле. Неустойчивость горения вызывала повышенные механические нагрузки и нежелательные вибрации, действующие на различные системы ракетного двигателя, а также высокие тепловые нагрузки, действующие на стенки камеры сгорания. Сочетание данных нагрузок нередко приводило к разрушению ракетного двигателя, поэтому в последующие годы с активным развитием ракетной техники проблема неустойчивости внутрикамерных процессов вставала все острее, и к ее решению обращалось все больше ученых. В процессе решения данной проблемы сформировалась задача определения акустической проводимости сопла.
Одним из первых вопрос о влиянии проводимости сопла на устойчивость работы ракетного двигателя рассмотрел H. Tsien [1]. Он ввел передаточную функцию как отношение возмущения массового расхода газа к возмущению давления потока на входе в сопло:
|
′ |
|
v |
′ |
|
p |
′ |
||
G = |
ρ |
+ |
|
|
|
|
, |
||
ρ0 |
|
|
p0 |
||||||
|
|
v0 |
|
|
|||||
где ρ0 , v0 , p0 – плотность, скорость и давление стационарного потока; ρ′, v′ и p′ – плотность, скорость идавление возмущенного потока.
Для упрощения выкладок было подобрано сопло такой формы, что стационарная скорость потока менялась линейно. Tsien получил решения, которые хорошо согласовались с экспериментом лишь в области очень больших (β >>1) и очень малых частот (β<<1):
140