Газотурбонагнетатели (ГТН) фирмы «Броун-Бовери»

На некоторых судах наблюдались случаи выхода из строя ГТН из-за закоксовывания смазочным маслом лабиринтовых уплотнений; это приводило к тому, что при пуске дизеля ротор ГТН оставался неподвижным. Также происходил прорыв газов к подшипнику через лабиринтовое уплотнение.

В эксплуатации контроль за поступлением воздуха на укупорку лабиринтовых уплотнений выполняется через разгрузочную полость. Выход из нее воздуха с небольшой примесью газов свидетельствует о том, что воздух поступает в уплотнения нормально.

У некоторых ГТН судов типа «Михаил Калинин» были обнаружены водотечные трещины в корпусах турбин по причине литейного брака. При эксплуатации судов типа «Михаил Калинин» у ГТН наблюдался помпаж, наступавший при закоксовывании выпускных окон цилиндров.

В газотурбонагнетателях VTR-500, установленных на дизелях K7Z70/120C судов типа «Джанкой» при эксплуатации были случаи повреждения рабочих лопаток турбины. Характер повреждения — погнутость верхних входных кромок. Кроме того, у некоторых ГТН имеются эрозионные разрушения полости охлаждения в корпусе турбины. Как и у VTR-400, в газотурбонагнетателях VTR-500 имеются случаи повреждения лабиринтовых уплотнений.

В целом газотурбонагнетатели фирмы «Броун-Бовери» долговечны и надежны в работе. По данным Дальневосточного пароходства, на судах типа «Повенец» и «Пионер» у ГТН VTR-400 подшипники и масляные насосы работают по 16—18 тыс. ч без замены.

Газотурбонагнетатели типа ATL № 6 используются на дизелях ДМР K9Z70/120A5, установленных на сухогрузах типа «Выборг». Опыт их эксплуатации выявил ряд недостатков. Основной недостаток — поломка шарикоподшипников со стороны компрессора, где расположен опорно-упорный шарикоподшипник, который воспринимает не только радиальные, но и аксиальные нагрузки. Малая надежность подшипников — следствие несовершенства конструкции и их малоэффективной смазки. Подшипники выходят из строя через 4—8 тыс. ч, иногда через 1,5—2,0 тыс. ч работы. Осмотр поврежденных подшипников показал, что ломаются в основном сепараторы подшипников в местах специальных выточек по внешнему диаметру. Также был обнаружен значительный износ желобов, в которых находятся подшипники.

Для надежной и долговечной работы ГТН типа ATL № 6 начали устанавливать отечественные подшипники 36310Л, рассчитанные на 15000 об/мин (рабочая частота вращения ГТН составляет 11 000 об/мин).

В настоящее время старые турбокомпрессоры ATL № 6 заменяются новыми, отличающимися уменьшенным диаметром подшипников. Диаметры колеса турбины и компрессора также несколько уменьшены. Сепараторы подшипников у новых ГТН изготовлены из стали, а не из латуни. Кроме того, вместо шариковых стали применяться роликовые подшипники.

Уменьшение диаметра подшипников должно положительно сказаться на их работе. При меньшем диаметре подшипника уменьшатся центробежные силы шариков, а, следовательно, и нагрузки на подшипник (при условии, что в обоих случаях частота вращения и нагрузки на подшипнике от разбалансировки ротора одинаковы). Уменьшение диаметров колеса турбины и компрессора также является благоприятной мерой с точки зрения уменьшения нагрузки на подшипники, так как с уменьшением радиуса несбалансированной массы уменьшаются добавочные усилия от разбалансировки ротора.

Следует добавить, что подшипники у турбокомпрессоров ATL № 6 имеют такие же демпферные пружины, как и конструкции 3 подшипниковых узлов турбокомпрессоров фирмы «Броун-Бовери». Демпферные пружины предназначены для гашения вибрации ротора и обеспечивают более спокойную работу подшипников и в том случае, если наблюдается вибрация фундамента турбокомпрессора от внешних причин (общая вибрация двигателя, вибрация корпуса судна и т. д.). Однако, как показала эксплуатация турбокомпрессоров ATL № 6, наличие демпферных пружин не обеспечило надежной работы подшипниковых узлов, и они в большинстве случаев не отрабатывали гарантийного (6 тыс. ч) срока. В некоторых случаях следствием поломки подшипников являлась поломка рабочих лопаток, смятие лабиринтовых уплотнений и т. д.

На теплоходе «Велиж» при переборке носового турбокомпрессора было обнаружено коррозионное разъедание верхних выходных кромок всех рабочих лопаток, турбины, что привело к разрушению некоторых из них. Площадь, подвергшаяся коррозии, составляла примерно 10—15% от площади лопаток. Ротор носового турбокомпрессора с дефектными лопатками был заменен в ходе гарантийного ремонта.

Почти на всех судах типа «Выборг» в компрессорах наблюдается помпаж, причем в некоторых случаях перед его появлением в работе компрессора и дизеля не происходило каких-либо значительных изменений. Область между рабочей линией и границей помпажа у этих турбокомпрессоров настолько мала, что достаточно незначительного изменения внешних факторов (атмосферного давления, состояния моря и т. д.), чтобы наступил помпаж. Конечно, причинами помпажа в компрессоре может быть ухудшение технического состояния дизеля и турбокомпрессора. Для точного определения причины помпажа в том или ином случае необходимо знать конкретные условия, при которых он происходит.

Большое значение для нормальной эксплуатации турбокомпрессоров является правильная их сборка и соблюдение тех базовых размеров, которые обеспечивают правильное положение ротора относительно корпуса. (Базовым размером называется расстояние от плоскости, на которую устанавливается крышка картера подшипника, до торца ротора или специальных выточек на нем.) Соблюдение базового размера обеспечивает необходимые аксиальные зазоры между сопловой решеткой и рабочими лопатками, а также между колесом компрессора и его корпусом.

Обычно базовый размер снимается со стороны турбинной части, а его изменение определяется при помощи набора тонких прокладок в корпусе подшипника со стороны компрессорной части. Базовый размер выбивается на бирке турбокомпрессора и зано­сится в инструкцию по его эксплуатации. Однако есть случаи, когда соблюдение базового зазора не обеспечивает нормальной эксплуатации турбокомпрессора. Так, на одном из судов типа «Выборг» при гарантийном ремонте на носовом турбокомпрессо­ре был установлен базовый размер 30,7 мм, который и был ука­зан на бирке турбокомпрессора. При очередной переборке были обнаружены задиры на лопатках, образовавшиеся в результате касания лопаток компрессора и диска. Базовый размер был уменьшен до 30,4 мм, после чего касания лопаток компрессора и покрывающего диска прекратилось. В данном случае не было учтено, что при замене ротора может измениться базовый размер.

На дизелях K8Z70/120E судов типа «Иркутск» и «Владимир Ильич» установлены ГТН ATL № 7, также не отличающиеся высокой надежностью.

Особенно ненадежны подшипники ротора, которые часто разрушаются, в большинстве случаев со стороны компрессора. Выход их из строя влечет за собой повреждения роторов ГТН.

На теплоходе «Академик Шухов» завод-строитель в гарантийном ремонте установил подшипники новой конструкции. После 2 тыс. ч работы в рейсе упала частота вращения носового ГТН, что сопровождалось шумом и вибрацией его. При вскрытии масляных полостей подшипников обнаружены металлические опилки и обломки колец уплотнения, значительные выкрашивания шариков подшипников со стороны компрессора. Снять дефектный подшипник не удалось, ротор ГТН был застопорен, и судно продолжало рейс на одном ГТН. При вскрытии ГТН были обнаружены:

полное разрушение сепараторов внутреннего подшипника, надиры и сколы шариков, износ на 1,5 мм внутренней крышки подшипника; значительная выработка наружного подшипника и повреждения его шариков; значительные повреждения втулки, у которой по всей окружности оторван бурт, а уплотнительные кольца выкрошились и частично закатаны в канавках; повреждения крылатки, воздухо-направляющих ребер улитки и другие дефекты. Подшипник, рабочее колесо, кольца, лабиринтовое уплотнение турбины ГТН повреждений не имели. Мастерскими пароходства ротор ГТН и все поврежденные детали, включая подшипники, заменены новыми.

На теплоходе «Владимир Ильич» при разгоне дизеля оба ГТН вошли в помпаж. Дизель был переведен на ручное управление, ход судна уменьшили до малого, но при дальнейшем увеличении хода до 90—95 об/мин ГТН № 1 стал вибрировать. Вибрация сопровождалась сильным свистящим звуком. После остановки двигателя ГТН № 2 продолжал по инерции вращаться, а ГТН № 1 сразу остановился. Дальнейший рейс продолжался с одним ГТН, второй был застопорен.

При вскрытии ГТН обнаружены: износ шариков радиально-упорного внутреннего подшипника, полное разрушение сепараторов и лабиринтового кольца; частичное выкрашивание и оплавление шариков наружного подшипника; повреждение сепаратора; Проворачивание и заклинивание уплотнительной втулки; обрыв фланца крепления втулки к улитке; выработка по 1,2 мм на сторону посадочной поверхности; на роторе — надир посадочной поверхности втулки подшипника, выработка на 3 мм лопаток рабочего и дополнительного колес нагнетателя, повреждение торцового лабиринтового уплотнения; внутри корпуса — стружка, обломки сепаратора и др. Ротор ГТН и все поврежденные детали заменены новыми.

На теплоходе «Сантьяго де Куба» в связи с истечением срока службы подшипников ГТН мастерские пароходства произвели их замену. При вскрытии ГТН № 1 обнаружено повреждение лопаток крылатки компрессора. Концы их были загнуты, а кромки расплющились в результате трения об улитку. На уплотняющих кольцах образовались натиры, некоторые кольца были закатаны. Турбина и ее подшипники повреждений не имели. Ротор ГТН и подшипники заменили запасными, натиры на улитке зачистили.

В гарантийном ремонте завод-строитель установил подшипники новой конструкции. После 770 ч работы подшипники со стороны компрессора разрушились, что сопровождалось их нагревом и помпажем ГТН. После смены подшипников, которая была связана с большими трудностями и продолжалась 8 ч, работа ГТН сопровождалась частым помпажем.

Кроме описанных трех случаев повреждений подшипников, повлекших за собой повреждения роторов, на этой серии судов были еще семь случаев разрушения подшипников без повреждения роторов ГТН.

ГТН ATL № 7 завода «Банневиц», несмотря на ряд конструктивных изменений, внесенных по сравнению с ГТН более ранней постройки, остаются ненадежными, требующими повышенного внимания машинных команд. Наименее надежным узлом ГТН по-прежнему являются подшипники ротора.

По мнению специалистов, недостаток ГТН № 7— ненадежное обеспечение теплового расширения ротора и возникающие в связи с этим осевые давления на подшипники, превышающие расчетные значения.

Фирма «Броун-Бовери» у ГТН такой же мощности и таких же габаритов устанавливает со стороны турбины роликовый подшипник, свободно перемещающийся по оси в зависимости от температурного состояния ротора. Повреждений подшипников качения у этих ГТН практически не бывает. В конструкции же завода «Банневиц» расширение ротора должно компенсироваться перемещением наружной обоймы подшипника в пакетах амортизаторов. При малейшем перекосе такое перемещение обоймы становится невозможным и подшипник разрушается. В связи с этим при установке новых подшипников на ГТН завода «Банневиц» надлежит строго руководствоваться инструкцией № 289.015-321/4.

В последние годы в связи с применением автоматизированного управления СЭУ для контроля используются устройства, основанные на измерении вибрации дизеля или его отдельных узлов. На малооборотных дизелях в наибольшей степени поддаются виброконтролю ГТН, которые более чувствительны к различным вибрациям, особенно при появлении дисбаланса ротора. Опасен дисбаланс ГТН вследствие загрязнения и отрыва нагара на лопатках турбин. Дисбаланс наступает мгновенно и не всегда может быть обнаружен своевременно. Даже сравнительно умеренный дисбаланс, который трудно уловить, может вызвать в течение нескольких часов разрушение подшипников ГТН.

В настоящее время фирмы «Бурмейстер и Вайн», «Броун-Бовери» начали использовать для виброконтроля ГТН систему «Виброаларм», разработанную датской фирмой «Нэвел Сейфти Электронике».

В эксплуатации общую оценку технического состояния системы газообмена осуществляют раздельно для газовой турбины, компрессора, воздушного фильтра и воздухоохладителя. Состояние газовой турбины характеризуется следующими параметрами:

давлением и температурой газа до и после турбины, частотой вращения турбокомпрессора. Для оценки работы компрессора контролируются давление и температура воздуха до и после компрессора, расход воздуха через компрессор и частота вращения компрессора. Состояние воздушного фильтра оценивают по изменению величины приведенного к стандартным условиям перепада давления воздуха до и после фильтра в зависимости от его расхода.

Состояние воздушного холодильника зависит от величины отложений на его поверхностях. Оно косвенно оценивается перепадами температур и давлений воздуха и охлаждающей воды на входе и выходе в зависимости от частоты вращения турбокомпрессоров и расхода охлаждающей воды соответственно.

Характерный признак загрязнения выпускного и продувочного тракта, а также утилизационного котла — одновременное снижение частоты вращения ГТН, падение давления наддува и рост температуры уходящих газов при сохранении цикловой подачи топлива. Анализ причин снижения индикаторной мощности вследствие загрязнения продувочно-выпускного тракта дизеля и ГТН показывает, что при квалифицированной эксплуатации, своевременном выявлении первопричин снижения мощности и устранения их судовой экипаж в состоянии поддерживать номинальные эксплуатационные характеристики дизеля без вывода на преждевременный ремонт. Требования к регулярной очистке проточной части выдвигаются не только технико-экономическими показателями дизеля, но и продолжительностью эксплуатации таких узлов, как подшипники и лабиринтовые уплотнения, состояние которых зависит от балансировки ротора.

Наибольшее распространение получили методы промывки ГТН, предложенные фирмами «Броун-Бовери» и «Бурмейстер и Вайн».

Метод фирмы «Броун-Бовери» заключается в том, что промывка компрессора проводится при номинальной частоте вращения ГТН и дизеля подачей около 1 л промывочной воды из специального бачка под действием давления воздуха, отбираемого со стороны нагнетания компрессора. Процесс промывки длится 4—10 с, периодичность очистки — каждые сутки.

Промывка газовой турбины производится при сниженной частоте вращения дизеля. Температура промывочной воды должна поддерживаться в пределах 50—60°С, периодичность промывки—200—250 ч. Длительность при цикличной промывке равна 10— 20 мин и зависит от степени загрязнения газовой турбины. Промывка производится чистой пресной водой.

Метод, рекомендованный фирмой «Бурмейстер и Вайн», заключается в промывке турбины и компрессора пресной водой при давлении 2—5,0 кг-с/см², распыливаемой воздухом под давлением 4—10 кг-с/см². Промывка газовой части и компрессора проводится при сниженной частоте вращения. Цикл промывки: турбины— 20—25 мин через 100—150 ч; компрессора — 5 мин через 24— 48 ч работы.

В Дальневосточном пароходстве оба метода очистки с положительными результатами применяются с 1970 г., однако, в качестве основной принята система фирмы «Броун-Бовери», при которой потеря ходового времени наименьшая, эта система устанавливается на судах типа «Повенец», «Пионер», «Михаил Калинин» и «Выборг».

Для поддержания эксплуатационных показателей дизелей на высоком уровне в Азовском пароходстве на судах типа «Джанкой» с ДВС K7Z70/120C наряду с применением промывки ГТН внедрена мойка воздухоохладителей продувочного воздуха без их демонтажа. Постоянная промывка воздухоохладителей позволяет поддерживать перепад давления не более 50—60 мм вод. ст.

На дизелях МАН K7Z70/120C воздухоохладители моются по замкнутому циклу при помощи съемного распылителя, устанавливаемого в раструбе ГТН — воздухоохладитель (рис. 57).

Для мойки используется стационарный или переносный бак вместимостью 300—400 л для моющего раствора, насос, обеспечивающий давление 3—4 кг-с/см², трубопровод и шланги. Промывка производится через 900— 1100 ч работы дизеля следующим образом. В бак заливается вода с кальцинированной содой или препаратом «Провацел сопал» и подогревается до 55— 65°С. Со штуцера на раструбе снимается заглушка и устанавливается распылитель. Моющий раствор по сборному коллектору в нижней части ресивера первой ступени и подсоединенному к нему трубопроводу возвращается обратно в бак. Отмытые остатки всплывают на поверхность моющего раствора. Мойка одного воздухоохладителя продолжается 2—3 ч, при этом распылитель поворачивается в раструбе через 15—20 мин на угол 15°. Чистота холодильника определяется осмотром через горловину с крышкой, вырезанную для этого в раструбе.

ПРИЛОЖЕНИЕ График планово-предупредительных осмотров и ремонтов главных дизелей МАН судов типа «Повенец», « Пионер», « Выборг» и «Варнемюнде» (Дальневосточное пароходство)

Наименование узлов и механизмов	Время осмотров и ремонта, тыс. ч, судов типа
	Повенец	Пионер	Выборг	Варнемюнде
Главный двигатель Осмотр двигателя после остановки	0,5	0.5	0.5	0,5
Остов двигателя Фундаментная рама: проверка обжатия фунда­ментных болтов и станины	4	4	2	5
Блоки цилиндров, отдельные цилиндры: проверка креплений, очистка полостей охлаждения через лючки	8	8	4	5
Втулки цилиндров: осмотр, замеры выработок, завалка кромок окон, очистка от нагара, пере прессовка втулок, очистка полостей охлаждения	4 8	4 8	4 8	5 20
Анкерные связи: проверка натяжения проверка болтов крепления анкерных связей	8.	8	Один раз в два года 0,5	Один раз в два года-0.5
Крышки цилиндров: осмотр наружных поверх­ностей, очистка от нагара, проверка зазоров очистка полостей охлаж­дения	4 -8	4 8	4 8	б 10
Рамовые подшипники: проверка зазоров щупом и ревизия подшипников	1 8	1 8	2 8	5 20
Параллели: осмотр состояния, проверка плотности полости охлаждения ревизия параллелей	0,5 8	1 8	0,5 8	0.5 20
Ползуны: осмотр, проверка зазоров ревизия ползунов	0.5 8	\ 1 8	0.5 8	5 20