Организация технического обслуживания вертолётов Ми-8 в условиях Крайнего Севера

Организация технического обслуживания вертолётов Ми-8 в условиях Крайнего Севера

1. Краткая характеристика Югорского филиала ООО «Газпромавиа»

1.1 Этапы создания и развития

Вначале 90-х годов объемы работ в авиапредприятиях ГА снизились в несколько раз по сравнению с 80-ми годами. Падение объемов работ в промышленности, в добывающей промышленности, рост цен, банкротство предприятий, затем их акционирование и приватизация стали причиной не востребованности парка как самолетного так и вертолетного, как правило повсеместно, в том числе и в Тюменском регионе.

Но спустя несколько лет у «новых» организаций по добыче нефти и газа, а также, организаций занимающихся строительством, разведкой появились средства на использование авиационной техники для различных нужд.

Авиационная техника берется в аренду у авиапредприятий, а также в собственность. Определяются места базирования этой техники, планы ее использования, создаются и организации, которые эту технику эксплуатируют.

Среди таких предприятий практически с 1997 года начал действовать ЮФ ООО АП «Газпромавиа».

Была основана производственная база в аэропортах Советский и Белоярский появились приписные самолеты и вертолеты ЯК-40, Ми-8Т, Ми-8МТВ. В городе Надым была организована линейная станция.

В 2007 году были приобретены новые типы вертолетов Ми-171, Ми-8АМТ.

Среди организаций заказчиков следует отметить «Газпром Трансгаз Югорск», «Надым газпром», «Севербургаз», «Ямбург газдобыча», «Надымнефть».

В 2008 году производственную базу г. Надыма присоединили в состав ЮФ ООО АП «Газпромавиа».

1.2 Краткая характеристика ИАС

Инженерно-авиационная служба Югорского филиала входит в структуру филиала и в структуру инженерно-авиационного комплекса ООО Авиапредприятие «Газпромавиа» и не является юридически и хозяйственно самостоятельной организацией.

1.2.1 Задачи ИАС

— поддержание исправности и летной годности эксплуатируемых в авиапредприятии ВС, обеспечение высокой интенсивности использования ВС;

— инженерно-авиационное обеспечение безопасности и регулярности полетов.

— обеспечение эффективности использования трудовых и материально-технических ресурсов при эксплуатации авиатехники;

— поддержание и повышение профессионального уровня персонала ИАС.

1.2.2 Функции ИАС

— планирование технического обслуживания и ремонта AT;

— организация и выполнение ТО и ремонта AT, ее доработок, проверок и осмотров, контроля качества AT и ее ТОиР — в соответствии с требованиями эксплуатационной и ремонтной документации;

— сбор, учет и обработка данных о выявленных в полете и на земле отказах и неисправностях авиационной техники;

— анализ надежности, анализ и обобщение опыта ТЭ авиационной техники, ее ТОиР с мероприятиями по предупреждению авиационных инцидентов, отказов и неисправностей AT, в целях обеспечения безопасности полетов и совершенствования собственной деятельности;

— ведение рекламационно-претензионной работы, предъявление требований к Поставщикам AT об устранении недостатков их продукции;

— контроль соответствия летно-технических характеристик ВС требованиям руководства по летной эксплуатации ВС;

— обеспечение охраны ВС при техническом обслуживании и ремонте;

— участие в разработке и реализации прогрессивных технологий контроля состояния AT, ее ТОиР, организации труда и производства;

— разработка предложений по совершенствованию ЭРД авиационной техники;

— обеспечение потребностей в ЭРД для AT, ее ведение и обеспечение сохранности, включая пономерную (судовую) документацию;

— ведение установленных форм учета и отчетности по работам по ТОиР, доработкам AT, деятельности ИАС, составу 442.56−13, состоянию, использованию и движению парка самолетов, вертолетов и авиадвигателей, материальному имуществу, запасным частям и оборудованию;

— метрологическое обеспечение ТЭ и производства ТОиР AT, осуществляемых ИАС;

— осуществление мер по обеспечению требуемых действующими документами условий труда и организации производства ТОиР авиационной техники, пожарной безопасности и охраны окружающей среды, обеспечению производства необходимыми помещениями, оборудованием, запасными частями и авиатехническим имуществом, их содержания, хранения, использования и обслуживания;

— организация и проведение работ по эвакуации и восстановлению поврежденных судов;

— организация и оснащение учебной технической базы, организация технической подготовки персонала ИАС и стажировки специалистов на авиационной технике;

— подбор и расстановка кадров ИАС, проведение систематической работы по формированию ответственного отношения каждого работника к своим служебным обязанностям.

1.2.3 Структура ИАС

ИАС Югорского филиала ООО Авиапредприятие «Газпромавиа» под виды работ заявленной сферы деятельности обеспечена соответствующей организационной структурой.

ИАС филиала возглавляется заместителем директора филиала по ИАС начальником ИАС.

Непосредственно заместителю директора филиала подчиняются: главный инженер, заместитель начальника ИАС по производству, заместитель начальника ИАС по качеству — начальник ОТК.

ИАС филиала включает в себя следующие подразделения и отделы:

— участок ТО ВС № 1 г. Советский;

— участок ТО ВС № 2 г. Белоярский;

— участок ТО ВС № 3 г. Надым;

— лабораторию АиРЭО;

— отдел технического контроля (ОТК);

— производственно-диспетчерский отдел (ПДО);

— группа расшифровки и анализа полетной информации (ГРАПИ);

— технический отдел.

1.2.4 Участок ТО ВС

Участок ТО ВС является основным производственным подразделением ИАС. Основными задачами участка являются:

— Обеспечение непосредственного технического обслуживания ВС (выполнение работ в соответствии с РТО, технологическими указаниями, бюллетенями и т. д.);

— Выполнение разовых работ и осмотров АТ по бюллетеням и указаниям;

— Определение технического состояния АТ с помощью соответствующей контрольно-поверочной и диагностической аппаратуры;

Рис. 1. Организационная структура ИАС

— Профилактическое обслуживание и ремонт наземного оборудования, оснастки и средств механизации ТО ВС, а также контроль правильности эксплуатации этого оборудования ИТП;

— Проведение в установленные сроки испытаний и поверок СНО, СИ, КПА и оформление на эти проверки соответствующей документации;

— Учет всего поступившего в ИАС СНО и средств механизации;

— Уход за всем съемным бытовым имуществом ВС;

— Проведение слесарно-клепальных работ на ВС;

— Составление графиков отхода ВС на периодическое ТО;

— Учет работ по ТО ВС в авиапредприятии и по договорам.

Участок ТО ВС возглавляется начальником участка и комплектуется инженерно-техническим и другим персоналом, подготовленным к выполнению функций, определенных для этого участка, РТО предприятия и должностными инструкциями работников.

1.2.5 ОТК

Выполнение функций контроля качества в ИАС возлагается на ОТК, возглавляемый начальником ОТК (ведущий инженер по ЛАиД). В ОТК входит инженер ОТК по АиРЭО, инженер ОТК по ЛАиД.

Кроме непосредственного контроля качества ТО ВС, на ОТК возложены функции по учету выполнения указаний и доработок ВС по бюллетеням промышленности, технологическому сопровождению ТО ВС, диагностированию АТ, анализу расшифровки СПИ, содержанию ЭТД.

В своей деятельности ОТК руководствуется:

— воздушным Кодексом РФ;

— государственными и отраслевыми стандартами, нормами и правилами по вопросам качества;

— НТЭРАТ ГА-93; ФАП-145;

— сертификационными требованиями к системам контроля качества;

— положением по технолого-методическому обеспечению контроля качества ТО в авиапредприятии;

— ЭТД на обслуживаемую АТ;

— приказами, указаниями, распоряжениями, методическими рекомендациями вышестоящих органов ГА;

— РТО и «Руководством по качеству».

На ОТК возлагаются следующие функции:

— Контроль наиболее ответственных работ ТО и заявленных периодических форм ТО;

— контроль работ по устранению неисправностей, угрожающих БП, выявленных впервые и повторных;

— контроль работ по замене компонентов ВС, демонтажно-монтажных и регулировочных работ;

— контроль выполнения разовых осмотров и проверок;

— осуществление приемки работ у исполнителей;

— организация и проведение выборочного контроля выполнения регламентных работ по ТО АТ;

— проведение систематического контроля содержания АТ на аэродромах временного базирования, качества ее ТО и состояния документации;

— проведение выборочного контроля при подготовке ВС к вылету и ТО после полета (заправка, снаряжение, мойка и т. д.);

— проведение выборочного контроля знаний ИТП правил эксплуатации ВС, требований руководящих документов, регламентирующих ТО АТ;

— осуществление контроля наличия судовой и пономерной документации на ВС, двигателей, комплектующих изделий и соблюдения правил ее ведения;

— расследование отказов АТ брака и дефектов при ТО АТ, анализ их причин, учет и анализ инцидентов с ВС, повреждений ВС на земле, досрочных замен двигателей, повторных дефектов, задержек вылетов ВС по вине ИТП; участие в инспекторских осмотрах АТ;

— оценка технического состояния АТ по методикам ГД и НК;

— определение Перечней объектов контроля при ТО АТ (Перечней операции и работ ТО, подлежащих контролю при разных формах обслуживания и распределение обязанностей по контролю между должностными лицами производства и ОТК с учетом сложности АТ, опыта ее эксплуатации, условий производства и квалификации исполнителей);

— учет поступления бюллетеней на ВС и агрегаты АТ, извещение специалистов ИАС о их поступлении, информирование группы учета ресурсов о периодичности выполнения вновь полученных бюллетеней.

1.2.6 ПДО

На ПДО возлагается выполнение следующих функций:

— разработка и регулирование перспективных (годового и квартального) и оперативных (месячных и суточных) планов использования ВС, их пребывания в ремонте, на ТО и других прогнозируемых состояниях;

— контроль за обеспечением плана воздушных перевозок, авиационных работ, техническим обслуживанием с использованием диспетчерского графика;

— обеспечение подготовки резерва исправных ВС;

— обеспечение отхода ВС в ремонт и на доработки в соответствии с согласованными графиками;

— формирование заданий для производственных подразделений ИАС, выдача, координация и контроль их выполнения;

— учет и контроль выполнения производственных заданий, подготовку оперативных сводок и периодических отчетов по состоянию производственной деятельности ИАС;

— координация действий подразделений ИАС и служб авиакомпаний при подготовке ВС к полетам.

1.2.7 Лаборатория АиРЭО

В соответствии с задачами на участок возлагаются следующие функции:

— выполнение регламентных работ и проверок на соответствие НТД АиРЭО, а также выполнение текущего ремонта АиРЭО;

— ТО аккумуляторных батарей и зарядных устройств, а также контроль за их состоянием в процессе эксплуатации;

— определение на ВС наиболее сложных дефектов АиРЭО с использованием переносной контрольно-проверочной аппаратуры;

— предоставление в ОТК ИАС КУН АТ и паспортов на агрегаты, подлежащие рекламации.

1.2.8 Лаборатория ГД и НК

Функции лаборатории ГД и НК:

— оценка технического состояния узлов изделий АТ неразрушающими методами контроля;

— организация подготовительных работ и проведение измерений параметров конкретных изделий АТ при необходимости оценки их технического состояния и при появлении диагностических признаков, а также при выполнении регламентных работ и работ по бюллетеням;

— обеспечение своевременной метрологической аттестации, калибровки (поверки) средств ТД и НК в аккредитованных метрологических организациях авиапредприятия;

— ведение документации по технической диагностике и неразрушающему контролю, ведение «Дела авиадвигателя», «Учета обнаруженных дефектов при НК»;

— оценка технического состояния АТ по результатам рентгеноспектрального анализа (РСА) масла;

— контроль за изменением диагностических параметров, содержание Fe, Cu, потемнение масла. Разработка рекомендаций по проведению эксплуатационных мероприятий для устранения дефектов подконтрольных двигателей;

— контроль деталей и узлов АТ с применением средств и методов НК;

— обеспечение исправности средств НК и своевременная их аттестация, поверки и калибровки.

На основании данных об отклонении параметров и обнаруженных неисправностях при ТО, результатов РСА масла, выписываются протоколы-сообщения по действующим технологиям, бюллетеням, НТД и передаются в ПДО ИАС, который, в свою очередь, информирует лабораторию о выполненных работах. Решение о дальнейшей эксплуатации вертолетов и авиадвигателей принимает начальник ИАС совместно с ГД и НК и ОТК.

1.2.9 Группа Расшифровки и Анализа Полетной Информации (ГРАПИ)

ГРАПИ отвечает за обработку получаемой полетной информации и оценивает уровень достоверности сообщений, выдаваемых действующим программным обеспечение. Также на участке полетной информации производится первичный анализ, оформление и выдача достоверных результатов обработки полетной информации потребителям (участок ТО ВС, ПДО, летная служба, ОККиТО, Государственный Центр «Безопасность полетов на воздушном транспорте», Приобское МТУ ВТ МТ РФ). Также функциями УПИ являются:

— ведение и подготовка всех видов учета по обработке полетной информации;

— организация ТО средств обработки полетной информации;

— выявление недостатков бортовых и наземных средств сбора и обработки полетной информации. Разработка предложений по дальнейшему усовершенствованию программного обеспечения;

— разработка инструкций по охране труда, обучение и инструктаж работников методам безопасного труда;

— обеспечение требований охраны окружающей природной среды при выполнении работ.

Во взаимодействии с другими подразделениями предприятия ГРАПИ осуществляет обработку и первичный анализ полетной информации, подтверждает достоверность выявленных событий, оформляет результаты обработки, принимает меры по совершенствованию качества и повышению экономической эффективности этих мер, а также участвует в разработке мер по прогнозированию состояния авиационной техники.

1.3 Динамика изменения налета парка вертолетов МИ-8 за 2005-2009 г.

Рис. 2. Динамика изменения налета парка вертолетов за 2005;2009 годы в ЮФ «Газпромавиа»

Общий налет:

2005 год — 15 641,2 часа

2006 год — 15 262,4 часа

2007 год — 17 524,3 часа

2008 год — 26 470,4 часа

2009 год — 23 560,3 часа

2. Условия эксплуатации авиационной техники

2.1 Влияние атмосферных условий на техническое состояние силовых установок

На техническое состояние двигателей и систем силовой установки в значительной мере оказывают влияние условия эксплуатации авиационной техники как на земле, так и в полете. Летательные аппараты гражданской авиации эксплуатируются в различных климатических условиях и на трассах неодинаковой протяженности.

Внешние условия окружающей среды влияют на работу силовых установок на земле и в процессе взлета и набора высоты. При низких температурах наружного воздуха значительно ухудшается условия работы силовых установок прежде всего на переходящих режимах: при запуске, прогреве и изменении режимов двигателя. Кроме того, при низких температурах из-за увеличения вязкости масла ухудшаются условия смазки трущихся поверхностей двигателей и происходит повышенный их износ.

При высоких температурах наружного воздуха возникают повышенные термические нагрузки в горячих частях двигателей (камер сгорания, элементов турбины), ухудшаются условия охлаждения масла при работе двигателей на земле, что приводит к значительному уменьшению вязкости масла и ухудшению смазки двигателя.

На рис. 4 представлено изменение температуры Т_дв в двигателе (Т_г* - температуры газов и Т_лт-температуры лопаток турбины) в зависимости от температуры наружного воздуха Т_нв. При этом следует иметь в виду, что при запуске ГТД Т^*_г нарастает с большой скоростью и тем интенсивнее, чем выше Т_нв рис. 5 Значение Т_нв существенно влияет на величину относительной тяги ТРД рис. 6, а повышенная Т_г* приводит к увеличению скорости расходования ресурса ГТД рис. 7.

Низкие температуры окружающей среды ухудшают эластичность резиновых изделий, применяющихся в большом количестве в силовых установках в виде уплотнений, дюритовых соединений, шлангов и др., что приводит часто к нарушению герметичности указанных соединений.

К внешним условиям окружающей среды, влияющим на техническое состояние СУ, следует отнести также состояние аэродромов и степень запыленности воздуха.

Рис. 4. Зависимость Т_г* и Т_лт от t_нв

Рис. 5. Рост Т_г* по времени запуска t

Рис. 6. Изменение относительной тяги К_р ТРД от t_нв

Рис. 7. Зависимость относительной скорости расхода r от относительной температуры газов перед турбиной Т_г

Наличие посторонних предметов на ВПП, рулежных полосах и стоянках может привести к повреждению лопаток компрессоров и воздушных винтов. Характерно, что досрочная съемка отдельных типов турбореактивных двигателей из-за попадания в компрессор посторонних предметов достигает 40−50% от общего количества досрочно снятых с эксплуатации двигателей.

На рисунке 8 представлены зависимости степени износа лопаток компрессора 2 (по задней кромке) по наработке ГТД в условиях эксплуатации на загрязненных песком ВПП.

Для предотвращения попадания посторонних предметов в компрессор двигателя необходимо тщательно следить за состоянием ВПП, рулежными дорожками и местами стоянок летательных аппаратов.

При эксплуатации ГТД в условиях повышенной пыльности происходит износ лопаток компрессоров, жаровых труб из-за попадания абразивных веществ в проточную часть двигателей. Кроме того, находящиеся в воздухе образивные частицы попадают в масло и топливо, в результате происходит ускоренный износ подшипников, размывание каналов топливных форсунок, засорение топливных и масляных фильтров, а так же засорение компрессоров двигателей. Влияние запыленности воздуха на ГТД показано на рисунке 9 и 10.

Рис. 8. Зависимость степени износа лопаток компрессора б (по задней кромке) от наработки t, ч

Рис. 9. Влияние расходуемой атмосферной пыли G_n на р_к* и КПД з_к* компрессора

Рис. 10. Влияние износа (1) и отложения пыли (2) в проточной части ГТД на его мощность N

К внешним условиям, влияющим на техническое состояние двигателей, следует также отнести влажность воздуха. При эксплуатации двигателей в условиях повышенной влажности, в особенности в зонах жаркого морского климата, происходит коррозия деталей газовоздушного тракта, выполненных из алюминиевых и магниевых сплавов. Поэтому возникает необходимость их периодического контроля и дополнительной защиты в эксплуатации путем нанесения лакокрасочных покрытий и масляных пленок.

2.2 Особенности влияния режимов эксплуатации на надежность силовых установок

Наиболее существенное влияние на надежность двигателей оказывают условия летной эксплуатации. К ним относятся, прежде всего, протяженность воздушных трасс, на которых эксплуатируются двигатели. В зависимости от протяженности воздушных трасс будет различная наработка двигателей в пределах заданного ресурса на взлетном, номинальном режимах и соответствующее количество запусков. Указанные режимы являются наиболее напряженными, вследствие чего по ним ограничивается ресурс двигателей. В ряде авиапредприятий ГА двигатели эксплуатируются на коротких трассах и наработка двигателей на указанных режимах может достигать предельных значений, в результате чего к концу отработки межремонтного или общетехнического ресурса надежность двигателя снижается.

Выполненный статический анализ досрочного съема ГТД, эксплуатировавшийся на линиях различной протяженности, позволил установить, что один час наработки на взлетном режиме влияет на интенсивность отказов почти в четыре раза выше, чем один час работы на минимальном режиме. Один запуск ГТД эквивалентен трем с половиной часам его работы на режиме менее минимального.

На техническое состояние двигателей существенное влияние оказывают не только режимы, используемые при взлете и наборе высоты, но и режимы горизонтального полета. Длительное использование повышенных крейсерских режимов снижает усталостную прочность основных нагруженных узлов двигателей. Степень влияния режимов работы ГТД в полете на показатели долговечности его элементов показана на рисунке 11.

Приведенные примеры о степени влияния режимов работы ГТД на их эксплуатационную надежность свидетельствуют о том, что инженерно-технический состав должен постоянно вести разъяснительную работу среди летного состава о соблюдении установленных режимов эксплуатации двигателей в полете и правильной регистрации наработки двигателей на взлетном и номинальном режимах. В настоящем времени разрабатываются автоматические регистраторы наработки двигателей по режимам, что позволит контролировать эксплуатацию двигателей в полете, предупреждать нарушения в использовании режимов в полете и может быть исходным материалом для увеличения индивидуальных ресурсов двигателей.

Несмотря на наличие в двигателях автоматических устройств по предотвращению помпажа, он все же возможен на различных режимах работы двигателей и в различных условиях полета, если будет хотя бы кратковременное превышение («заброс») допустимой Т газа перед турбиной.

Рис. 11. Зависимость ресурса A узла редуктора (1) и лопаток турбины (2) ТВД от величины используемой в полете мощности N (в % от N взлетного режима)

Во время запуска двигателей помпаж возможен при значительных отклонениях температуры окружающего воздуха от нормальной как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения: в первом случае — из-за уменьшения весового расхода воздуха и нарушения непрерывности потока воздуха в компрессоре, во втором — из-за увеличения момента трения в подшипниках, для преодоления которого требуется повышение мощности турбины путем увеличения температуры газа.

Заброс температуры газа при запуске электростартером возможен из-за недостаточного напряжения тока, подводимого к стартеру. Резкое перемещение РУД, особенно если нарушена регулировка автомата приемистости, может вызвать заброс температуры газа и помпаж.

В ГТД возможен заброс температуры при снижении режима работы с винтами «на упоре».

На двигателях с малым запасом по помпажу на максимальном режиме возможен помпаж, на этом режиме в случае незначительного и случайного заброса температуры газа. Изменения наружного давления не изменяет запаса устойчивости двигателя по помпажу. Изменение температуры наружного воздуха приводит к изменению приведенных оборотов и запаса по помпажу.

Возможность возникновения помпажа под влиянием внешних условий обуславливается характеристикой компрессора и при его появлении следует руководствоваться инструкциями по эксплуатации соответствующего типа двигателя.

Понижение температуры и увеличение влажности наружного воздуха может вызвать обледенение воздухозаборников и деталей входного устройства двигателя: стоек переднего корпуса и направляющего аппарата компрессора. На вертолетах обледенению подвергаются лопасти несущего и рулевого винта.

Обледенение возможно в любое время года, на различных режимах работы двигателя, на земле и в полете, если в воздухе есть пары или капельки воды, а температура деталей ниже нуля. Следует иметь в виду, что во входном канале происходит ускорение потока воздуха и его температура падает. Поэтому обледенение возможно и при плюсовых температурах наружного воздуха.

Наиболее интенсивное обледенение наблюдается в полете на малых высотах (ниже 3…5 километров) и когда в воздухе содержится вода в жидком состоянии (в слоисто-кучевых облаках и в переохлажденном дожде или в виде кристаллов льда — при температуре воздуха от +5 до +12 градусов цельсия. Возможность обледенения зависит и от скорости полета.

Если полет происходит в области обледенения, то необходимо включать подогрев входного устройства, несущего и рулевого винтов. При наличии условий обледенения противообледенительные системы включаются на земле перед взлетом и в полете перед входом в облачность.

Особенно опасно в полете запоздалое включение систем противообледенения, так как накопившийся лед может повредить рабочие лопатки компрессора и возникнуть помпаж.

2.3 Влияние эксплуатационных факторов на работу топливных систем

Особенности работы топливных систем определяется главным образом летно-техническими данными, типом двигателей, применяемым сортом топлива и условиями эксплуатации. Отечественные сорта топлива должны обладать определенными эксплуатационными свойствами, от которых в значительной степени зависит надежность и работоспособность топливных систем. К ним относятся: испаряемость, воспламеняемость, горючесть, склонность к образованию отложений, коррозийная активность, стабильность, безопасность.

Применяемые в авиации топлива содержат загрязнения, образующиеся в процессе их изготовления, транспортировки, хранения и применения в процессе эксплуатации вертолетов. Загрязнениями следует считать всякие твердые, жидкие и газообразные примеси. К числу наиболее опасных и часто встречающихся загрязняющих веществ относятся: металлы, окислы металлов, не металлы (сера, двуокись кремния, вода, кислород).

Атмосферная пыль, попадающая в топливо, вызывает интенсивный износ трущихся пар агрегатов топливных систем. Топливо в процессе эксплуатации, особенно при хранении на складах ГСМ, в значительной степени загрязняется продуктами коррозии.

Вода является одним из наиболее активных веществ, способствующих образованию твердых частиц загрязнений, включающих смолистые вещества. Эти загрязнения ухудшают качество и термоокислительную стабильность топлива, засоряют топливные фильтра, вызывают нагарообразование в камере сгорания и т. д.

Главной причиной обводненности углеводородных топлив является их обратимая гигроскопичность. Это свойство при изменении внешних условий (температуры, давления и влажности окружающей среды) вызывает фазовые переходы воды в топливе. В связи с этим вода в топливе может находиться в растворенном, эмульсионном состоянии или в виде отстоя. Зависимость растворимости воды С^- в топливе от его температуры t_т представлена на рисунке 12.

Рис. 12. Зависимость растворимости воды c в авиатопливах от температуры топлива t_т: 1 — бензин; 2 — керосин

Рис. 13. Зависимость растворимости c в авиатопливах от атмосферного давления Р: 1-бензин; 2-керосин

Газообразными загрязнениями топлив являются воздух, кислород и сероводород. Сероводород является агрессивным веществом, способствующим образованию продуктов коррозии, кислород — активный окислитель. В ГА нормируется степень очистки заправляемого топлива. В нем не должны быть механические частицы размером более 5 мкм и масса механических примесей не должна превышать 0,0002%, а свободной воды — 0,003% массы топлива (по международным требованиям — 0,12% и 0,003% соответственно).

При значительных суточных колебаниях температуры наружного воздуха во время длительной стоянки вертолета в недозаправленных топливом баках наблюдается накопление отстойной воды. Вследствие наличия разности температуры стенок бака и надтопливного пространства испаряющаяся из топлива вода конденсируется на стенках бака и стекает на его дно. В некоторых случаях, когда концентрация воды в топливе близка к максимальной растворимости, резкое понижение температуры вызывает образование в топливе эмульсионной воды.

Таким образом, в каждом полёте вертолёта в следствии понижения давления температуры в топливном баке происходит выделение растворённой воды из топлива, сопровождаемая фазовыми её превращениями.

Рис. 14. Фазовые переходы воды в топливе и баке

Основным отрицательным последствием наличия воды в топливе в настоящее время считается образование кристаллов льда, которое может привести к забивке топливных фильтров и сеток подкачивающих насосов. Открытие перепускного клапана топливного фильтра после его забивки приводит к попаданию воды и загрязнений в каналы топливорегулирующей аппаратуры, имеющей прецизионные пары с зазорами менее 5 мкм. В результате возникают заклинивание, коррозия и износ плунжерных пар, подшипников и других элементов топливной аппаратуры.

Значительной коррозии в топливных системах, содержащих эмульсионную воду, подвергаются детали агрегатов, имеющие кадмиевые покрытия.

Наличие воды в топливе приводят также к искажению показаний электроемкостных топливомеров.

2.4 Условия работы масляных систем

Надежность работы силовой установки во многом зависит от условий смазки трущихся поверхностей двигателя и достаточного отвода тепла от его агрегатов и деталей. Смазка подвижных соединений двигателя необходима для уменьшения трения и износа деталей, предохранения их от коррозии, отвода тепла, выделяющего при трении, а также для выноса твердых включений, которые образуются между трущимися поверхностями. Прекращение подачи масла, даже кратковременное, приводит к перегреву двигателя рис. 15., разрушению его подшипников, заклиниванию ротора ГТД.

Рис. 15. Зависимость температуры трущейся поверхности t_n от времени t (после выключения подачи смазки)

Рис. 16. Зависимость вязкости масла от температуры t

Рис. 17. Зависимость величины износа от длительности t работы на чистой (1) и загрязненной (2) смазке

Масляные системы современных ЛА выполняются исключительно циркуляционного типа. При этом в них осуществляется очистка масла, его охлаждение и подготовка к последующему циклу.

Сорт применяемого масла определяется нагрузками на смазываемые детали, их рабочими температурами и типами применяемых подшипников.

В зависимости от диапазона рабочих температур в маслосистемах ГТД используют нефтяные или синтетические масла. Допустимые рабочие температуры, при которых нефтяные масла существенно не изменяют свойств, лежат в диапазоне от -40⁰С до +130⁰С, а для синтетических масел верхний предел температур может достигать 200…300⁰С.

Высокоскоростные подшипники опор роторов требуют применение масел низкой вязкости, которые не оказывают большого сопротивления вращению и обладают хорошей прокачиваемостью, обеспечивая отвод необходимого количества тепла от подшипников. Поэтому в ГТД используют нефтяные масла низкой вязкости, такие как МС-8П, Турбоникоил-98. Для смазки высоконагруженных зубчатых зацеплений редукторов необходимы масла высокой вязкости МС-20, СМ-9, ВО-12 имеющие достаточную прочность масляной пленки для обеспечения граничного трения в зонах контакта зубьев шестерен. Поскольку большинство ГТД имеют объединенные системы смазки двигателя и редуктора, в этих системах применяют смеси, состоящие из 75% масел низкой вязкости и 25% масел высокой вязкости.

Высокотемпературные синтетические масла используют в маслосистемах ГТД, имеющих высокие параметры рабочего цикла и быстроходные подшипники опор роторов с повышенным внутренним тепловыделением. Наиболее распространены синтетические масла следующих марок: Б-3 В, ИПМ-10, ВНИИ НП 50−1-ЧФ.

Слишком высокая вязкость масла также нежелательна, так как она увеличивает силы трения и при работе двигателя вызывают повышенную потерю мощности. При низких температурах из-за высокой вязкости масла затрудняется запуск холодного двигателя, а после запуска замедляется прокачка и ухудшается разбрызгивание масла. Свежее масло к узлам трения своевременно не поступает, а находившееся в зазорах при трении разогревается и вытекает. Возникает масляное голодание, повышенный износ и заедание трущихся пар двигателя.

Заправляемые масла должны соответствовать техническим условиям и в эксплуатации должна обеспечиваться их тщательная фильтрация.

3. Повреждения, диагностика и контроль технического состояния силовых установок

3.1 Типовые отказы и повреждения элементов авиадвигателей

Вследствие высокой напряженности элементов конструкции ГТД, интенсивности тепловых и газодинамических процессов в нем происходящих, сложности системы автоматического управления, при эксплуатации ГТД разных типов имеет место большое разнообразие причин, приводящих к отказам и неисправностям. К числу основных причин следует отнести конструктивно-производственные недостатки авиационных двигателей и отдельные нарушения требований и условий их технической эксплуатации.

Накопленный опыт эксплуатации ЛА позволяет классифицировать по группам основные виды типовых отказов и повреждений, встречающихся в узлах, агрегатах и системах ГТД и нарушающие их работоспособность.

Рассмотрим характерные повреждения, имеющие место в процессе эксплуатации ГТД, по их основным конструктивным элементам.

Компрессор. Наибольшее число повреждений компрессоров связано с попаданием в двигатель посторонних предметов. Крупные предметы, например, камни, птицы, куски льда, крупный град с ВПП или РД могут вызывать зональные забоины и вмятины на деталях проточной части, большие их общие остаточные деформации или даже полное разрушение (обрыв) рабочих лопаток с последующими вторичными разрушениями элементов по всему тракту двигателя (рис. 18).

Забоины, вмятины и общие остаточные деформации лопаток приводят к нарушению расчетной формы проточной части компрессора, что сопровождается падением его КПД, увеличением удельного расхода топлива и температуры газа перед турбиной. Искажение расчетной геометрии поврежденных лопаток вызывает разбалансировку ротора и повышению уровня вибрации двигателя, а также может стать причиной появления новых резонансных режимов и автоколебаний лопаток.

Механические повреждения создают повышенную концентрацию напряжений в лопатках, что совместно с вибронагружением приводит к их ускоренному усталостному разрушению.

Распространенным повреждением вентиляторов является расстыковка рабочих лопаток по антивибрационным полкам в результате их деформации от ударов посторонними предметами или износа поверхностей контакта полок. Это повреждение сопровождается увеличением уровня вибронагруженности лопаток из-за утраты полками своих демпфирующих свойств и снижения жесткости рабочего колеса.

К числу эксплуатационных мер по предупреждению повреждений деталей компрессора посторонними предметами относятся такие, как тщательная уборка ВПП и РД, уменьшение руления ЛА на аэродроме за счет их буксировки, применение аэродромных средств отпугивания птиц и т. п.

Попадание в двигатель вместе с воздухом большого количества песка и пыли приводит к интенсивному эрозионному износу лопаток компрессора, ухудшающему их аэродинамические и прочностные характеристики.

Наличие в атмосферном воздухе вязких видов загрязнений (влажных частиц глины, речного ила и т. п.) постепенно вызывает загрязнение проточной части компрессора, которое существенно ухудшает параметры двигателя, в том числе его топливную эффективность. В этом случае для восстановления свойств компрессора осуществляют промывку проточной части синтетическими моющими средствами.

Атмосферный воздух некоторых районов содержит химически активные вещества, например, соли морской воды или солонгановой пыли, которые являются причиной коррозии деталей компрессора, особенно лопаток последних ступеней, где коррозия активизирована повышенными температурами. Эти повреждения создают повышенную концентрацию напряжений и возможность развития усталостных трещин в лопатках при колебаниях.

Рис. 18. Типовые повреждения элементов конструкции компрессоров ГТД

Кроме повреждений деталей проточной части компрессоров возможны повреждения других элементов, в частности износ подшипников опор и деталей приводов агрегатов, разрушение масляных уплотнений подшипников, засорение датчика обледенения, заклинивание противопомпажного механизма поворота лопаток НА и др.

Камера сгорания. К основным повреждения камер сгорания, обнаруживаемым в эксплуатации, относятся прогары, коробления и трещины (рис. 19). Причинами появления этих повреждений являются возникновение нерасчетных повреждающих факторов в отклонении от технологии изготовления и сборки данного узла.

Возникновению повреждений способствует нагарообразование, появление которого свидетельствует о неполном сгорании топлива и некачественном процессе его сгорания в камере сгорания. Отложение нагара на торцах форсунок искажает фронт пламени и поле температур. Это приводит к прогарам или перегреву и короблению стенок жаровой трубы, что еще более искажает структуру газового потока. Образование нагара на стенке жаровой трубы приводит к изоляции стенки от охлаждающего воздуха, местному повышению температуры и короблению данного участка жаровой трубы. К короблению и последующему трещинообразованию стенок жаровой трубы приводит применение нестандартного или загрязненного топлива. В этом случае частичное засорение отдельных топливных форсунок приводит к резкому перераспределению подаваемого в камеру топлива и искажению структуры газового потока.

Распространенным дефектом, выявленным при периодическом осмотре внутренних полостей камер сгорания, является трещинообразование. Основная причина появления трещин — повышенный уровень термоциклического воздействия в зонах, имеющих значительный температурный градиент, например, на кромках отверстий подвода вторичного воздуха, в местах стыка горячей и относительно холодной оболочек. Появлению таких трещин способствует отклонения в геометрии деталей или технологии их изготовления и сборки: чрезмерно острые кромки отверстий, остаточные напряжения после сварки, перекосы и несоосности при монтаже.

Другая причина образования трещин — резонансные колебания тонкостенных оболочечных конструкций камер сгорания. Такие колебания выявляются в процессе длительных стендовых испытаний и впоследствии устраняются усилением конструкции или перераспределением ее жесткости.

Рис. 19. Характерные повреждения камер сгорания ГТД

Газовые турбины. Большинство повреждений рабочих лопаток имеет усталостный характер и связано с переменными повреждениями, возникающими при колебаниях по низким формам (рис. 20). При интенсивных колебаниях по первой изгибной форме возможны растрескивание и усталостные разрушения хвостовиков лопаток.

Одной из причин возникновения повреждений лопаток в процессе эксплуатации является газовая коррозия, обусловленная наличием в продуктах сгорания химически активных соединений.

Разрушение бандажированных лопаток часто связано с уменьшением в процессе наработки натяга по бандажным полкам и возникновением износа и наклепа из-за появления зазора между ними.

Рис. 20. Характерные повреждения элементов конструкции газовых турбин ГТД

Характерным для турбинных лопаток является термоциклическое нагружение и возможность перегрева, что снижает сопротивление лопаток не только динамическим, но и статическим нагрузкам. В этом случае обрывы лопаток носят следы пластической деформации.

Наиболее опасным видом повреждений турбин является возникновение трещин и разрушение дисков, так как последнее не локализуется в пределах корпуса двигателя.

Трещины, как правило, образующиеся в местах концентрации напряжений: в позах для елочных хвостовиков, отверстиях для соединения дисков и прохода охлажденного воздуха. Основная причина появления трещин — малоцикловая усталость, возникающая при повторных нагружениях в процессе запуска и останова двигателя.

Опоры роторов. Все повреждения и разрушения подшипников, происходящие в условиях эксплуатации, можно разделить на следующие группы:

1. Разрушение от усталости материала в зоне контакта тел качения и беговых дорожек;

2. Повреждения от повышенного износа;

3. Разрушения, вызываемые изменением зазоров и посадок между деталями подшипников;

4. Повреждения с последующим разрушением из-за кратковременного или полного прекращения подачи масла при работе двигателя;

Усталостное разрушение наблюдается в виде точечного выкрашивания материала дорожек и тел качения. Причинами, способствующими усталостному разрушению, являются:

Большие нагрузки от центробежных сил тел качения в высоко-скоростных подшипниках;

Снижение твердости материала из-за кратковременного нагрева выше температуры отпуска как при изготовлении подшипника (прижоги при шлифовании), так и в эксплуатации;

Коррозийные язвы из-за плохой консервации или неудовлетворительных условиях хранения, фреттинг-коррозия при транспортировке;

Повышенному изнашиванию в процессе эксплуатации подвержены сепараторы и тела качения. Этому способствует неправильный монтаж подшипника, установка колец с перекосом. Попадание продуктов износа сепаратора в зону контакта тел качения может привести к заклиниванию подшипника и его разрушению.

Изменение зазоров между деталями подшипников происходит из-за температурных расширений этих деталей и повышенного их износа. Так, например, после выключения двигателя без предварительного охлаждения на пониженных режимах, поток тепла от дисков турбины через вал передается на внутреннее кольцо подшипника. Оно расширяется, выбирает зазоры и кратковременно заклинивает ротор. Это явление обнаруживается по тугому вращению ротора при его ручной прокрутке после подобных выключений двигателя. После полного охлаждения всего двигателя легкость вращения ротора восстанавливается, однако, высокие контактные напряжения при заклинивании могут привести к деформации контактируемых деталей и растрескиванию на их поверхности.

Аналогичная картина наблюдается и при запуске двигателя при низких температурах. В этом случае, если масло в двигателе не прогрето, то впоследствии повышенной вязкости подача его к подшипникам затруднена. Тогда тела качения при отсутствии смазки быстро нагреваются, выбирают зазор между кольцами, что приводит к их заклиниванию и последующему разрушению. Повышение зазора из-за износа приводит к повышению динамических нагрузок в опорах.

При разрушении деталей подшипника за счет масляного голодания всегда имеет место оплавления и износ тел качения, наволакивание материала шариков на поверхности беговых дорожек, износ наружной поверхности сепаратора и его гнезд, разрыв боковых перемычек сепаратора. Из-за интенсивного тепловыделения возможны воспламенение масла и пожар внутри двигателя.

Установить начало процесса разрушения подшипников опор роторов можно по наличию в масле металлических частиц, росту уровня вибрации, повышению температуры масла на выходе из двигателя, уменьшению выбега ротора двигателя, потемнению масла.

вертолет силовой установка авиадвигатель

3.2 Характерные повреждения топливных и масляных систем

3.2.1 Топливные системы

Отказы и повреждения элементов систем топливного питания обусловлены: конструктивно-производственными недостатками; проявлением неблагоприятных свойств топлива, которые могут оказывать повреждающее действие и на элементы конструкции двигателя; действием вибрации, передаваемых от двигателя; нарушением технологии технического обслуживания и правил эксплуатации систем топливного питания на земле и в полете.

К характерным повреждениям систем относятся следующие (рис. 21).

Течь топлива из баков и сливных клапанов. Негерметичность баков и клапанов слива отстоя топлива обнаруживается по следам течи или каплеобразования. Основная причина течи баков — недоброкачественная их герметизация, а сливных клапанов — разрушение уплотнительных колец.

Отказы подкачивающих и перекачивающих насосов. Они связаны с разрушением подшипников электродвигателей (сопровождается шумом при их работе), износом манжет уплотнения насоса и, как следствие, течью топлива из дренажных штуцеров насосов, износом щеток и разрушением коллекторного узла электродвигателя.

Нарушение работы кранов (пожарных, кольцевания и др.). Оно происходит по причинам износа и разрушения уплотнений, элементов привода заслонок, отказа электромеханизмов.

Разрушение корпусов топливных фильтров. Оно вызывается повышенными пульсациями топлива в системе.

Разрушение мембран. Окисление контактов сигнализаторов давления.

Засорение фильтрующих элементов топливных фильтров кристаллами льда при низких температурах наружного воздуха. Кристаллы льда засоряют фильтр магистрали низкого давления, что приводит к существенному увеличению гидравлического сопротивления магистрали и ухудшению кавитационных характеристик основного топливного насоса. Замерзание отстоя воды в полости подкачивающего насоса может вызвать примерзание его ротора к корпусу и разрушение валика привода насоса при запуске двигателя.

Рис. 21. Типовые отказы и повреждения элементов топливных систем

Засорение фильтроэлементов и форсунок микрозагрязнениями при высоких температурах топлива (выше 100…110). При этом из топлива в виде осадка выделяются сернистые соединения, оксиды металлов, смолы и твердые углеродные частицы, образующие в результате разложения термически нестабильных фракций топлива. Этот осадок вызывает также повышенный износ топливных насосов.

Попадание воздуха в систему. Оно приводит к нарушению режимов работы топливных регуляторов, колебаниям частоты вращения ротора и выключению двигателя. Поэтому после длительной стоянки ЛА воздух удаляют из топливных магистралей через специальные клапана.

Разрушение топливных трубопроводов. Они происходят в результате их колебаний и составляют значительную часть всех отказов усталостного происхождения в ГТД. Разрушения трубопроводов наблюдается, как правило, в местах концентрации напряжений в зонах приварки или припайки ниппелей, по переходу цилиндрического запуска трубы в развальцованный конический, под зажимами труб и в местах их максимальной изогнутости. Трещины вдоль образующей трубопровода возникают под действием пульсации давления топлива, а окружные трещины — в результате циклического изгиба вибрациями, передаваемыми от корпуса двигателя. Снижению усталостной прочности трубопроводов способствует искажения формы их поперечного сечения, монтажные напряжения, поверхностные повреждения (вмятины, забоины, риски и т. п.) Поэтому к качеству монтажа трубопроводов предъявляются высокие требования.

3.2.2 Масляные системы

Основная часть отказов и повреждений систем смазки (рис. 22) связана с повреждениями их агрегатов либо с повышенным износом деталей элементов двигателя, омываемых маслом, вследствие взаимного влияния указанных причин, а также из-за нарушений технологии технического обслуживания маслосистемы и двигателя в целом. К числу опасных признаков ухудшения работы маслосистемы относятся: сильное повышение расхода масла, уменьшение подачи масла к потребителям, его загрязнение и перегревы.

Повышенный расход масла. Он наблюдается обычно в случаях разгерметизации масляных магистралей и полостей по разным причинам, например, при разрушении от вибраций трубопроводов и их соединений, в результате износа уплотнений опор ротора, при возникновении трещин в коробках приводов и т. п.

Большие потери масла могут быть связаны с его выбросом в атмосферу через систему суфлирования в случаях разрушения приводов ценробежного суфлера или воздухоотделителя. Сильное увеличение расхода масла недопустимо из-за возможности последующего полного прекращения его подачи в двигатель, которое приведет к разрушению подшипников опор ротора.

Уменьшение подачи масла в двигатель. Оно сопровождается ухудшением смазки и охлаждения узлов трения, вызывающим их интенсивный износ, перегревом масла и может привести к заклиниванию ротора из-за перегрева подшипников. «Масляное голодание» возникает при падении давления масла за нагнетающим насосом и увеличении сопротивления магистрали нагнетания вследствие засорения фильтра тонкой очистки или закоксовывания масляных форсунок. Причинами падения давления в магистрали нагнетания могут быть большие потери масла, повышенный износ деталей нагнетающего насоса, ослабление натяжки пружин редукционного клапана или его «зависание» в открытом положении при засорении механическими частицами.

Засорение фильтра тонкой очистки. Оно приводит, как правило, к открытию перепускного клапана, предохраняющего сетки фильтра от разрыва, в результате чего неочищенное масло поступает в двигатель и к агрегатам маслосистемы.

Рис. 22. Характерные отказы и повреждения маслосистем

При этом продукты изнашивания деталей, кокс и другие примеси могут вызывать повышенный износ узлов трения и уплотнений опор, коксование масляных форсунок, заклинивание качающих узлов маслонасосов и разрушение их приводов, загрязнение радиаторов и т. п.

Перегрев масла в двигателе. Он происходит за счет повышенного тепловыделения при интенсивном износе смазываемых деталей, в результате «масляного голодания», а также при забросах частоты вращения ротора, температуры газов, приводящих к превышению расчетных нагрузок на узлы трения и дополнительному подводу к ним тепла от нагретых элементов конструкции двигателя.

Превышение допустимых температур вызывает: окисление масла; выделение из него кокса и смол, засоряющих фильтра и форсунки; ухудшение смазывающих и антикоррозийных свойств.

4. Особенности эксплуатации вертолетов МИ-8 в условиях низких температур

4.1 Общие сведения

Обслуживание включает в себя заправку топливом, маслом, гидравлической жидкостью, воздухом, газами, способы и порядок слива рабочих жидкостей и разрядки систем, а также особенности обслуживания вертолета в различных климатических условиях.

Места расположения площадок, на которые запрещается ступать ногами при обслуживании двигателей, главного редуктора и всех агрегатов, расположенных в верхней части вертолета показано в руководстве по технической эксплуатации. Кроме того, запрещается ступать ногами на подвесные топливные баки и стабилизатор.

4.2 Подготовка вертолета и двигателей к зимней эксплуатации