Способы охлаждения лопаток

Из всех известных способов охлаждения лопаток газовых турбин существенными преимуществами (прежде всего, простотой и эксплуатационной надежностью) обладает открытая система воздушного охлаждения. Это и сделало ее наиболее распространенной и пока единственной практически осуществимой схемой охлаждения турбин авиационных двигателей. Однако при такой системе с ростом температуры газа и, соответственно, потребного расхода охлаждающего воздуха уменьшается выгода от повышения температуры газа. Поэтому одной из основных задач является повышение интенсивности охлаждения лопаток с целью снижения расхода охлаждающего воздуха. [c.190]

В настоящее время используют три способа охлаждения лопаток конвективный, конвективно-заградительный (конвективно-пленочный), при котором в отличие от конвективного часть охлаждающего воздуха выводится на поверхность лопатки через перфорацию и создает защитную пленку, и охлаждение транспирацией (просачиванием). В последнем случае охладитель выводится (просачивается) на поверхность лопатки через специальный слой, представляющий собой набор перфорированных пластин с выступами (так называемая вафельная конструкция). Такой слой может состоять также из набора спекаемых мелкоячеистых сеток. [c.378]

Способы охлаждения лопаток постоянно совершенствуются. Для оценки их эффективности используют понятие интенсивности охлаждения (безразмерной глубины охлаждения) [c.109]

Существуют следующие способы охлаждения лопаток ГТ. При относительно невысоких начальных температурах газа применяют систему с внутренним конвективным воздушным охлаждением и продольно-петлевым движением воздуха. После перемещения по внутренним каналам лопаток воздух выпускается через их выходные кромки (рис. 4.34). Такой способ позволяет обеспечить снижение температуры наружной поверхности стенок лопаток на 150 °С. Аналогичные результаты могут быть достигнуты при организации так называемого отражательного охлаждения стенок лопаток. Конструкция с применением дефлекторов и поперечным течением охлаждающего воздуха позволяет интенсифицировать теплообмен. Воздух подается в хвостовик лопатки с выпуском его через щели в выходной кромке и далее в проточную часть турбины. [c.112]

Как видно из рис. 4.40, при отсутствии охлаждения (0 = 0) температура металла лопаток равна температуре газа, который их окружает. Применение разных способов охлаждения лопаток (0 > 0) и использование охлаждающего воздуха с различной температурой увеличивают разницу Промежуточное охлаждение охлаждающего воздуха позволяет упростить конструкцию лопаток и использовать охлаждение конвекцией (рис. 4.41). [c.116]

Какие способы охлаждения лопаток применяются в современных газовых турбинах Перечислите их конструктивные особенности. [c.119]

При жидкостном способе охлаждение лопаток турбин и подаче значительного количества жидкости лопатки могут работать некоторое время при температурах газа, близких к температуре плавления металла, что приемлемо лишь для турбин специального назначения с небольшим сроком службы. [c.429]

Быстрое и широкое внедрение ГТУ в значительной степени зависит от успехов металлургии в разработке высококачественных жаростойких сплавов, что позволит поднять начальную температуру газа перед турбиной н соответственно повысить допустимую температуру газа перед турбиной, а также зависит от применения эффективных способов охлаждения лопаток, дисков и других деталей турбины. [c.433]

И рабочие лопатки выполняют с внутренним охлаждением, чаще всего воздушным, но иногда паровым и жидкостным. Существуют разные по исполнению способы охлаждения лопаток, один из них показан на рис. 13.2. Воздух поступает с периферии 1 внутрь полых лопаток и выходит через отверстия 2 в передней кромке в проточную часть. При этом способе наряду с внутренним конвективным охлаждением на некоторых частях наружной поверхности лопатки создается воздушная пленка, защищающая поверхность от воздействия горячих газов. [c.399]

Назовите основные способы охлаждения лопаток газовых турбин. [c.477]

Назовите наиболее эффективные способы охлаждения лопаток газовых турбин [c.477]

Охлаждение деталей газовых турбин. Детали обычно охлаждаются воздухом, отбираемым от компрессора или от камеры сгорания. Применяются следующие способы охлаждения дисков радиальный обдув, струйное охлаждение, продувка воздуха через зазоры хвостов лопаток, заградительное и комбинированное охлаждение. [c.242]

На рис. 7.15, а показан комбинированный способ охлаждения рабочих лопаток первой ступени турбины. Такая конструкция позволила снизить температуру лопатки на 460 С при температуре газа перед соплами /3 = 1250 °С [21 1. [c.245]

Окончательным процессом упрочнения роторов турбин высокого давления из Сг, Мо, V стали может быть закалка в масло или воздушное охлаждение в зависимости от принятой практики. Американский способ охлаждения на воздухе рассчитан на получение крупных зерен и высокого предела ползучести. Цель, преследуемая в английском способе, состоит в обеспечении лучшего пластичного разрушения. Такое различие может быть обусловлено тем, что американские роторы турбин высокого давления подвержены трещинообразованию в области основания турбинных лопаток, в то время как английские роторы свободны от этого недостатка. Это зависит более от разницы в конструкции или в условиях работы, чем от различия в свойствах материалов. Когда изготовление, сборка и статическая балансировка завершены, каждый ротор нагревают и вращают, чтобы не допустить коробления, которое может нарушить сбалансированность в процессе работы. [c.219]

К трудностям способа пористого охлаждения лопаток компрессора относится необходимость тщательной химической очистки и фильтрации воды для предотвращения закупорки пор в материале лопаток (по-видимому, именно из-за этих трудностей пористое охлаждение лопаток газовых турбин не нашло широкого применения). Вопросы тепло- и массообмена пленочного и пористого охлаждения рассмотрены в [46]. В ряде случаев может оказаться целесообразным сочетание различных способов охлаждения сжимаемого газа и лопаток компрессора, например на входе в машину — впрыском воды с помощью форсунок, в цилиндре среднего давления — подачей воды через систему пористого охлаждения лопаток и, наконец, в цилиндре высокого давления, где при большой плотности парогазовой смеси возможно получение очень мелких капель,— снова впрыском воды с помощью форсунок. [c.53]

Различают три способа охлаждения турбинных лопаток путем конвективного теплообмена, пленочного (заградительного) и пористого охлаждения. [c.190]

В авиационных ГТД используется два основных способа воздушного охлаждения лопаток [c.205]

При конвективном охлаждении турбинных лопаток (рис. 28) охлаждающий воздух подводится через систему трубопроводов, полостей и отверстий к лопатке и, протекая во внутренних полостях лопатки, охлаждает металл стенок, а затем выпускается в газовый поток, движущийся в проточной части турбины. При этом способе охлаждения в пере лопатки выполняются с помощью точного литья или штамповки с вытяжкой полости в виде каналов сложной конфигурации. Подвод охлаждающего воздуха осуществляется к торцам сопловой лопатки или замку рабочей лопатки, а выпуск нагретого воздуха возможен в выходную кромку или вблизи нее на вогнутой поверхности для сопловых и рабочих лопаток, а также через периферийные торцевые поверхности для рабочих лопаток. В турбинах практически всех новых двигателей применены конструкции сопловых и рабочих лопаток, обеспечивающие для заданного уровня термодинамических параметров и свойств материала лопатки наиболее эффективное использование охлаждающего воздуха (радиальная, петлевая, многоходовая и другие схемы). В таких схемах существует постоянный перепад давления между входом и выходом воздуха и увеличение расхода воздуха сказывается только на температуре охладителя. Наконец, при больших расходах охлаждающего воздуха изменение его температуры и влияние этого изменения на температуру лопатки Т ет становится небольшим. [c.53]

Охлаждение деталей ГТУ позволяет существенным образом повысить начальную температуру газов и тем самым термический КПД цикла. Однако полезная работа установки с охлаждаемой проточной частью уменьшается по сравнению с полезной работой установки с неохлаждаемой проточной частью при том же значении вследствие появления дополнительных потерь, вызванных уменьшением располагаемого теплоперепада на турбину из-за отвода части теплоты от газа к охлаждающему воздуху ухудшения обтекания лопаток, профили которых приходится делать с отступлением от оптимальных форм из-за необходимости располагать в них охлаждающие каналы смешения охлаждающего воздуха, выпускаемого через перфорацию (заградительный способ охлаждения) или щель в выходной кромке лопатки, с потоком газа. Большую долю составляют потери на подготовку и прокачку теплоносителя через систему охлаждения [6]. [c.378]

Интенсивность охлаждения может изменяться 1 > 0 > 0. Она равна нулю, когда охлаждение лопаток отсутствует, и увеличивается с ростом эффективности этого охлаждения. На рис. 4.32 показаны профили лопаток ГТ с использованием различных способов их охлаждения. Интенсивность охлаждения возрастает с увеличением безразмерного параметра охлаждения [c.109]

Приближенно интенсивность охлаждения можно оценить, задавая способ охлаждения, конструктивные особенности лопаток и долю охлаждающего воздуха (рис. 4.33). Это позволяет определить в первом приближении температуру охлаждаемых лопаток. [c.110]

Охлаждение в настоящее время производится преимущественно воздухом. Существуют различные способы охлаждения и среди них следующие воздух, подаваемый компрессором, проходит через монтажные зазоры хвостового соединения рабочих лопаток с ротором и подмешивается затем к потоку рабочего газа воздух от компрессора поступает в камеру диска и, охлаждая его с двух сторон, удаляется воздух поступает в полую лопатку, и охлаждая ее, вытекает через отверстия в лопатке в поток рабочего газа. [c.221]

Для дальнейшего повышения к. п. д. ГТУ ведутся исследовательские работы по созданию новых еще более жаропрочных материалов для лопаток и дисков газовых турбин, допускающих возможность дальнейшего повышения температуры газа перед лопатками выше 1000° С. Продолжаются изыскания и разработки способов внутреннего охлаждения лопаток и других деталей ГТУ, работающих в зоне высоких температур. [c.255]

Применяется несколько способов охлаждения рабочих лопаток с помощью охлаждающей жидкости или воздуха, проходящих внутри полой лопатки или омывающих их поверхность, в том числе [c.429]

Во всех рассмотренных случаях охлаждения лопаток и дисков требуется затратить небольшую часть мощности турбины на подачу охлаждающей жидкости или воздуха под давлением. Это необходимо учитывать при выборе определенного способа охлаждения. [c.429]

На примере сечений (рис. 4.24) показано разнообразие форм каналов, направлений движения воздуха по ним, раздельного подвода воздуха с различными давлением и температурой при разных способах охлаждения и ряд данных по АГл в сечениях рабочих лопаток высокотемпературных турбин. [c.164]

На практике диски компрессоров и турбин имеют сложную форму, которая определяется общей компоновкой ротора двигателя, способами соединения дисков с валом и между собой, технологичностью конструкции и другими причинами. Для турбинных дисков большое значение имеет характер распределения температур вдоль радиуса диска, который зависит от условий его работы, способа охлаждения турбинных дисков и лопаток. С этим непосредственно связаны свойства материалов дисков — зависимость их модуля упругости, коэффициентов линейного расширения от температур. [c.302]

Современная тенденция в развитии ГТУ состоит в повышении начальной температуры и давления рабочих газов при простых схемных решениях. Применение жаропрочных материалов и специального охлаждения горячих деталей позволило поднять температуру рабочих газов для ГТУ различного назначения до 1250—-1500 °С. Дальнейший прогресс в этой области связан с совершенствованием систем охлаждения и в первую очередь способов охлаждения рабочих лопаток газовых турбин, а также с разработкой новых жаропрочных материалов. В ближайшее десятилетие ожидаются дальнейший рост единичных мощностей энергетических ГТУ и повышение начальной температуры рабочих газов. [c.371]

Рассмотрим основные способы охлаждения деталей газовых турбин. Наиболее простой путь охлаждения рабочих лопаток — отвод теплоты от их корневой части (кондуктивное охлаждение). Схема такого охлаждения показана на рис. 13.8. Воздух подается через щель между дефлектором 1 и диском 2, охлаждая диск. Далее он проходит каналы, образованные зубцами 3 хвостового крепления лопаток 4 и зубцами 5 диска, охлаждая хвостовик лопатки. Утечка воздуха в проточную часть турбины предотвращается уплотнительными пластинами 6. Этот способ позволяет существенно — на 200 °С и более — снизить температуру тела лопатки в корневом сечении и соответственно температуру обода диска, поэтому охлаждение диска происходит весьма эффек-404 [c.404]

Таким образом, эффективность кондуктивного охлаждения лопаток оказывается незначительной, за исключением случая весьма коротких лопаток. Поэтому нашли применение многие способы конвективного охлаждения направляющих и рабочих лопаток. Охлаждающим агентом, как правило, является воздух, забираемый из компрессора. [c.404]

Переходя к изучению способов охлаждения дисков, напомним, что один из эффективных способов уже был рассмотрен — охлаждение через каналы в месте крепления лопаток к диску (см. рис. 13.8). Некоторые способы охлаждения дисков показаны также на рис. 13.11. [c.407]

Тепловая защита лопаток газовых турбин позволяет понизить температуру их поверхностей по сравнению с температурой газа до уровня, при котором обеспечивается надежная забота лопаток из выбранного материала в течение требуемого срока службы. Целесообразно выбирать температуру материала лопаток турбин из условия максимально допустимой прочности. Тепловая защита лопаток газовых турбин включает в себя совокупность элементов и узлов, обеспечивающих подготовку охлаждающей среды, подачу ее к охлаждаемой лопатке, систему охлаждения самой лопатки и использование охладителя после отвода теплоты от лопатки. Система охлаждения лопатки включает в себя конструкцию охлаждаемой лопатки, обеспечивающую определенную организацию течения охладителя в ней и определенную эффективность охлаждения. Системы охлаждения лопаток газовых турбин подразделяются по роду применяемого охладителя (воздушные, жидкостные и воздушно-жидкостные) и по способу использования охладителя в турбине н в двигателе в целом (открытые, замкнутые и полузамкнутые). [c.456]

Существенная интенсификация процесса теплообмена при струйном натекании на поверхность и относительная простота регулирования перераспределения расхода охладителя и интенсивности теплообмена по поверхности канала обусловили широкое применение этого способа интенсификации теплообмена в системах охлаждения лопаток газовых турбин. [c.465]

Первоначально будет проанализирована проблема управления пограничным слоем в таких решетках. Она аналогична соответствующей проблеме, возникающей при исследовании изолированных профилей, однако особенно важна для решеток с тандемными лопатками. Еще одним исключительно важным аспектом разработки современных газовых турбин является охлаждение лопаток. Будут рассмотрены различные способы охлаждения. Основное внимание будет уделено различным конструкциям систем охлаждения и оценке влияния выпуска охлаждающего воздуха на эффективность решеток. Третьей выбранной для обсуждения темой является использование решеток с лопатками, имеющими скольжение или наклон. В таких решетках может создаваться необычное пространственное поле потока, что в некоторых случаях может привести к существенному повышению эффективности. [c.255]

Конвективное охлаждение лопаток используется наиболее широко. В этом способе охлаждения воздух высокого давления, отобранный за одной из последних ступеней компрессора, проходит в радиальном направлении по каналам внутри лопатки, снимая тепло с внутренних поверхностей стенок, а затем выбрасывается либо в радиальный зазор, либо, если возможно, через выходную кромку. [c.271]

Опыт показал, что при Г1 1650 К все способы охлаждения турбинных лопаток турбовентиляторного двигателя приблизительно равнозначны. Техника конвективного охлаждения, по-видимому, исчерпала свои возможности, и требуются крупные технологические достижения для дальнейшего существенного повышения температуры газа на входе в турбину. [c.272]

При конвективном охлаждении воздух через отверстия в местах крепления лопаток подается во внутреннюю полость лопаток. Для лучшего распределения воздуха и увеличения его скорости в полость лопатки вставлен дефлектор (стержень). Эффект охлаждения повышается, если воздух подается в полый дефлектор, откуда он прямым натеканием через отверстия охлаждает стенки лопатки изнутри. Такой способ широко применяется в охлаждаемых сопловых лопатках. Для повышения прочности охлаждаемые рабочие лопатки предпочтительно выполнять с системой прямых и петлевых каналов (рис. 7.15, б). Хорошие результаты получены в лопатке с прямыми каналами у кромок и с центральной полостью, имеющей внутренние ребра. [c.245]

Этот метод интенсификации позволяет с помощью однофазного теплоносителя охлаждать сплошную стенку, подверженную воздействию больших тепловых потоков, например при конвективном охлаждении стенок ракетных двигателей (рис. 1.8) и лопаток их газовых турбин, элементов электронной аппаратуры и других теплонапряженных устройств. В частности, за счет охлаждения прокачкой воды через проницаемую подложку может быть обеспечена надежная рабрта лазерного отражателя. Такой способ охлаждения в настоящее время - единственный при малых размерах или сложной форме нагреваемых конструкций, в которых невозможно выполнить каналы для охладителя. Например, лопатки малых газовых турбин ракетньи двигателей с максимальной толщиной профиля порядка 3 мм, хордой около 2 см и длиной от 1 до 2 см обычно не охлаждаются, что ограничивает температуру газового потока и эффективность таких турбин. Изготовление лопаток из волокнистого металла 1 (рис. 1.9), покрытого снаружи тонким герметичным слоем керамики 2 и охлаждаемого продольным потоком газа, вытекающего через вершину, позволяет снять эти ограничения. [c.12]

В судовых и стационарных ГТУ, выполняемых по схеме рис. 4.17, имеется возможность дальнейшего увеличения температуры газа при одновременном повышении 71к и соответственно КПД установки. Для применения высоких температур Тг необходимо вводить интенсивное охлаждение проточной части и, в первую очередь, лопаток, поскольку жаропрочность металлических сплавов ограничена. В настоящее время практически ни одна ГТУ (или ГТД) не выполняется без охлаждения лопаток. Накоплен больщой опыт конструирования охлаждаемых элементов турбин, разработаны методы расчета охлаждаемых лопаток, внедрены и постоянно совер-щенствуются способы изготовления лопаток. [c.198]

Одним из эффективных способов охлаждения многоступенчатых роторов стационарных газовых турбин явилась продувка циклового воздуха через монтажные зазоры в хвостовых соединениях рабочих лопаток. Исследования этой системы проводились в Киевском институте технической теплофизики АН УССР. В дальнейшем продувка охлаждающего воздуха стала производиться через малое число щелевых зазоров в хвостовом соединении достаточно больших размеров (до 1,5 мм). Как показали исследования, проведенные в ЦКТИ, в этом случае при использовании сравнительно небольшого количества воздуха (до 1,0—1,5%) удается снизить температуру металла гребней в роторе (или в дисках) примерно на 180—230° С по отношению к температуре газа, омывающего рабочие лопатки. Перепад температуры по высоте гребня диска при этом остается весьма небольшим (до 5—10° С). [c.63]

Форсирование тяги повышением температуры Т% при Пщакс = onst. Повышение Т% на 10% может увеличить тягу двигателя на 5—8%. Такой способ форсирования обычно требует специального охлаждения лопаток сопловых аппаратов и рабочих лопаток турбины воздухом, отбираемым из компрессора двигателя (до 2—5% секундного весового расхода воздуха), а также введения регулируемого реактивного сопла. [c.214]

Применение в первых ступенях турбинных лопаток специальных термозащитных и антикоррозионных покрытий вносит определенную специфику в процесс их охлаждения (рис. 4.42). Обычно эти покрытия состоят из двух слоев поддерживающего и термобарьерного (термозащитного). Процесс сохранения температуры металла лопаток на определенном уровне состоит из отдельных этапов, включающих конвективный, отражательный и пленочный способы охлаждения. [c.118]

С. Охлаждение. Теплопередача. Уже указывалось, какими мероприятиями мон по зaIIПiтить от чрезмерного нагревания материа. , подвергающийся воздействию высоких г°. При этом нужно прежде всего различать внутреннее и наружное охлаждение лопаток. При внутреннем охлаждении водой или введением пара охлаждающее действие можно рассчитать по уравнению (97). Т. к. водяной пар при его высокой теплоте парообразования отводится в данном случае еще и при высокой выхлопа, то из-за больших тепловых потерь внутреннее охлаждение более интенсивно влияет на снижение термич. кпд по сравнению с другими способами охлаждения. При наружном охлаждении, имеющем практич. интерес, стенки картера можно сравнительно легко и верно держать всегда па уровне достаточно низкой t°. Но уже гораздо труднее дается охлаждение подвергающихся влиянию горящих газов направляющих лопаток (к-рые в случае нужды должны строиться полыми) и всего труднее условия охлаждения лопаток рабочего колеса. В обоих последних случаях можно считать, что всего целесообразнее удерживать низкую охлаждением, действующим периодически, что подробнее описано ниже. При наружном охлаждении камеры сгорания отнятая теплота расходуется обыкновенно на образование или перегрев пара. При установившемся состоянии количество отведенного тепла определяется из ур-ия [c.151]

Т. с быстрым сгоранием без использования уходящего тепла. При обыкновенном способе (напр, как в Т. сист. Гольцварта) сжатие до давления (процесс АВ, фиг. 59, В) происходит в отдельной стационарной установке. Каждый раз после зарядки камера сгорания на большую часть времени горения (участок кривой ВС) запирается. Она опоражнивается непосредственно через сопла, пока давление не упадет снова до величины Ра (участок СС). Потом открывается впуск (сначала для воздуха, потом для горючего), и давление в топочном пространстве остается нек-рое время неизменным при этом проникающий воздух вытесняет сначала через сопла газы сгорания, а затем для продувки камеры сгорания и особенно для охлаждения лопаток протекает еще известное количество воздуха (на фиг. 67 эти процессы выражены яснее, чем на фиг. 59, Б). Наконец с непосредственно к этому примыкающей вспышки начинается новый рабочий цикл. Ясно, что в силу больших рабочих скоростей и вследствие трудностей, связанных с высокими Г, постройка надежной в эксплоатации Т. с быстрым сгоранием, у к-рой процесс управляется клапанным распределением, почти невозможна. Поэтому изобретатели стремились к созданию конструкции с автоматически действующим золотниковым распределением. [c.153]

Струйная система охлаждения находит широкое применение в различных областях техники и, в частности, для охлаждения оптических систем лазерных установок и лопаток газовых турбин. На рис. 18.3, б приведена схема струйного охлаждения лопатки газовой турбины. Охлаждающий воздух поступает во внутренний дефлектор, а затем через систему предусмотренных в нем отверстий подается в виде струй на охлаждаемую поверхность. Такой способ охлаждения позволяет существенно повысить эффективность тепловой защиты лопатки газовой турбины, особенно, в наиболее теплонапряженном ее участке — на внутренней поверхности передней кромки лопатки, где реализуется максимальная ее теплонапря-женность. [c.430]

Прс)стейшими схемами внешнего воздуишого охлаждения рабочих лопат(Ц< являются охлаждение теплоотводом в диск и парциальное охлаждение. Отвод тепла от лопаток в диск осуществляется воздухом, который обдувает ротор (диск) или продувается через спецнальные каналы и монтажные зазоры в замковых соединениях рабочих лопаток. Такое охлаждение целесообразно использовать для коротких лопаток (30.,.40 мм). При расходе охлаждающего воздуха 0,7... 1,3% от расхода газа температура газа перед турбиной может Г)Ы1ь увеличена (50..,60 К). При парциальном охлаждении рабочих лопаток охлаждающий воздух подается на часть лопаток, где отсутствуют сопловые лопатки, В этом случае рабочие лопатки омываются попеременно то газом, то охлаждающим воздухом. Такой способ охлаждения может быть целесообразен для )аб()чих лопаток малоразмерных турбин, в которых трудно реализовать внутреннее охлаждение из-за малой толщины профилен. [c.457]

Однако это не все трудности транспирационного охлаждения. При испытаниях некоторых решеток в МА8А исследовалось влияние конфигурации щелей в выходных кромках и пористых покрытий на газодинамику охлаждаемых турбин. На рис. 9.8 показано влияние способа охлаждения на газодинамический КПД решетки. Результаты исследования показывают, что влияние щели в выходной кромке на газодинамику течения ограничивается областью закромочного следа, тогда как пористое покрытие на поверхности лопаток существенно изменяет структуру потока через решетку. Вредное влияние на газодинамику потока выпуска охлаждающего воздуха через поры лопаток было подтверждено также испытаниями турбинной ступени [9.42]. [c.272]

Метод твердофазного спекания (тертий способ) применяют исключительно для изготовления вставляемых керамических стержней при литье лопаток с циклонно-вихревой системой охлаждения. [c.236]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...