Охлаждение турбинных лопаток

Максимальная температура цикла, равная 720°С, допустима лишь при применении водяного охлаждения турбинных лопаток. Без водяного охлаждения материал лопаток может выдерживать такую температуру рабочего тела только в течение короткого времени (не более 15 минут). В течение длительного времени можно поддерживать температуру перед турбиной 650°С без охлаждения лопаток, охлаждая только внутренние поверхности первого и последнего турбинных дисков. [c.162]

Применением высокотемпературных двигателей с высокими степенями повышения давления разработкой новых методов охлаждения турбинных лопаток. [c.11]

Системы охлаждения турбинных лопаток подразделяются на открытые и замкнутые. В открытых системах охладитель (например, воздух, отбираемый от компрессора) используется для отвода тепла от лопаток однократно, после чего выпускается в проточную часть турбины (рис. 11.1), [c.188]

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

Системы охлаждения турбинных лопаток могут быть подразделены на замкнутые и открытые. В замкнутых системах жидкий или газообразный теплоноситель циркулирует в замкнутом контуре, включающем в себя внутренние полости лопаток и теплообменник, в котором нагретый в лопатках теплоноситель охлаждается воздухом или топливом. В открытых системах воздушного охлаждения лопаток воздух, отбираемый от компрессора, используется непосредственно для охлаждения лопаток и выпускается затем в проточную часть турбины. Такие системы благодаря своей простоте получили широкое распространение, хотя более сложные замкнутые системы могут обеспечить значительно более интенсивное охлаждение лопаток. [c.205]

Рис. 5.15. Схемы организации воздушного охлаждения турбинных лопаток

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]

Рис. 33. Схема охлаждения турбинных лопаток с предварительной закруткой охлаждающего воздуха (турбина двигателя RB.211)

I 10. МАТЕРИАЛЫ И ОХЛАЖДЕНИЕ ТУРБИННЫХ ЛОПАТОК [c.428]

Многие способы регулирования циркуляции скорости, в том числе с помощью механических закрылков, связаны с отсосом или выбросом газа вспомогательными средствами. Турбомашины, имеющие много лопаток, не являются идеальными объектами для выпуска или отбора газа внешними вспомогательными средствами, особенно если их КПД имеет важное значение. Однако в таких приложениях, как охлаждение турбинных лопаток, дополнительный воздух может косвенно использоваться для управления пограничным слоем. К счастью, применение дополнительного воздуха в турбинах не является главным средством управления пограничным слоем. Для предотвращения отрыва потока можно использовать решетки с тандемными лопатками. Тогда не требуется никаких внешних источников вспомогательного воздуха. [c.256]

Охлаждение турбинных лопаток [c.267]

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]

Охлаждение турбинных лопаток 270—279 [c.387]

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]

Развитие турбореактивных двигателей потребовало разработки специальных охлаждающих устройств и применения новых жаропрочных сплавов для турбинных лопаток, сопловых аппаратов, дисков турбин, камер сгорания и т.п. В связи с этим в ЦИАМ были детально изучены тепловые потоки в камерах сгорания этих двигателей и спроектированы экономичные системы их воздушного охлаждения. С середины 40-х годов металлургические заводы приступили к изготовлению специальных жаропрочных сплавов на никелевой основе и первой отечественной марки жаропрочной стали ЭИ-383, по показателю длительной прочности (7—12 кг мм при температуре около +800° С) не уступавшей тогда лучшим зарубежным маркам. [c.371]

Первый патент на охлаждение лопаток газовой турбины получил Парсонс в 1884 г. С этого времени настойчивая работа по усовершенствованию внутреннего охлаждения рабочих лопаток не прекращается. [c.139]

Основные схемы охлаждения рабочих лопаток газовых турбин [c.102]

Охлаждение статора и дисков турбины осуществляется путем сравнительно простых конструктивных решений [Л. 4-1, 2]. Относительно небольшие напряжения в сопловых и направляющих лопатках, как правило, позволяют обеспечить необходимое снижение их температуры путем пропуска через внутренние полости охлаждающего агента. Поэтому решение проблемы увеличения рабочих температур газовых турбин, в основном, сводится к выработке методов охлаждения движущихся лопаток. [c.102]

Схема г предусматривает охлаждение рабочих лопаток путем парциального ввода в турбину, наряду с горячими газами, также охлаждающего агента, который затем расширяется параллельно с газами в той же проточной части. [c.104]

Схемы, показанные на рис. 4-1, г и ж, заслуживают специального внимания, так как могут обеспечить решение проблемы охлаждения рабочих лопаток, по существу, без всякой специальной системы охлаждения. При этом основной интерес представляет схема ж, устраняющая отложение солей на лопатках. Однако успех применения данной схемы будет зависеть прежде всего от возможности рационально организовать рабочий процесс проточной части турбины. Наши знания по этому вопросу недостаточны, в связи с чем потребуются специальные экспериментальные и теоретические исследования. [c.117]

Решение проблемы охлаждения рабочих лопаток газовых турбин и переход к высоким температурам (порядка 1200° С) не снижает преимуществ установок, работающих по комбинированным циклам. Напротив, при правильном использовании пара не только в качестве рабочего тела, но и в качестве охлаждающего агента, относительные достоинства комбинированных установок возрастают. [c.181]

В установках, работающих на газопаровых смесях, может найти применение простая схема охлаждения рабочих лопаток турбины, основанная на парциальном вводе газа и пара в единую проточную часть. Эффективность этой схемы будет, однако, в сильной степени зависеть от особенностей энергообмена в потоках влажного пара, что требует дальнейшего изучения. [c.181]

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]

В настоящее время в ФРГ в целях повышения начальной температуры ГТУ изыскиваются новые жаростойкие материалы, в том числе и не на металлической основе. Одновременно разрабатываются вопросы охлаждения турбин. Имеется экспериментальная турбина с водяным охлаждением полезной мощностью 1000 кет, уже проработавшая несколько сотен часов при температуре до 1000° С. В основу водяного охлаждения положен принцип свободной циркуляции охлаждающей жидкости. Вода воспринимает в отверстиях лопаток тепло, удельный вес ее становится меньшим и происходит ее циркуляция внутрь ротора. Материалом для рабочих лопаток и полого ротора служит слаболегированная молибденовая сталь с ферритной структурой. [c.169]

Облака над вершинами гор с правой стороны рис. В-1 напоминают о том, что при охлаждении влажного воздуха (в данном случае за счет адиабатического расширения) водяной пар способен к изменению фазы. В этих условиях происходит его конденсация на мельчайших частичках пыли или других ядрах, неизбежно присутствующих в атмосфере, и образуются капельки или кристаллы. Процесс конденсации протекает настолько быстро по сравнению с движением воздуха, что скорость ветра не представляет большого интереса для метеорологов. Однако в других условиях знание скорости перемещения среды приобретает важное значение для расчета роста капель. К примеру, при проектировании турбины, работающей на парах металла, необходимо знать размеры капель, образующихся в ступени низкого давления. Такие сведения требуются как для расчета термодинамических характеристик, так и для оценки опасности эрозии турбинных лопаток. Поскольку конденсация есть процесс переноса массы, ее скорость входит в круг объектов нашего исследования. [c.16]

Увеличение температуры газа прежде всего ограничивается прочностью рабочих лопаток турбины. Решение задачи повышения температуры газа при сохранении необходимой надежности работы элементов газовой турбины идет по двум направлениям дальнейшее повышение жаропрочности и жаростойкости материалов, а также разработка керамических и спеченных материалов для турбинных лопаток. Опыт показывает, что решение этой проблемы связано с большими трудностями. Средний темп прироста температуры газа благодаря повышению жаропрочности металлических материалов за последние 20 лет не превышает 10 К в год. В настояш,ее время турбинные лопатки, выполненные из лучших литых сплавов на основе никеля и кобальта, могут работать длительное время без охлаждения при температуре газа не выше 1250 К. [c.188]

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]

При конвективном охлаждении лопаток охлаждающий воздух проходит по специально выполненным каналам внутри лопатки и выпускается в проточную часть турбины. Некоторые схемы охлаждения рабочих лопаток показаны на рис. 11.3 и 11.4 (схемы охлаждения сопловых лопаток аналогичны). [c.190]

Параметр 6 удобен для сравнения интенсивности охлаждения различных лопаток. Он позволяет определить температуру рассматриваемого сечения лопатки для заданного режима работы турбины. Чем выше коэффициент 0, тем меньше температура лопатки отличается от температуры охлаждающего воздуха, тем лучше охлаждается лопатка. [c.194]

На рис. 11.9 приведены расчетные зависимости потребного расхода воздуха на охлаждение всей турбины (с учетом охлаждения дисков и подшипников) от температуры газа перед турбиной для конвективно-пленочного и пленочного охлаждения при двух значениях степени повышения давления воздуха в компрессоре Яко = 20 и 40. Эти зависимости получены в результате расчетов потребного расхода воздуха на охлаждение турбин с использованием приведенной на рис. 11.8 зависимости 0 = [ (О хп) принятой температуры лопаток ((Тл.о.а = 1270 К и Г л г s = = 1070 К). [c.195]

Следует отметить, что увеличение значений я и Г в перспективных авиационных ГТД сопровождается возрастанием трудностей при создании высокоэффективных узлов двигателя, и в частности компрессора и турбины газогенератора. Так, в двигателе с высоким значением степени повышения давления суш,ест-венно уменьшаются размеры проточной части компрессора и турбины, что приводит к снижению КПД компрессорных ступеней из-за большого влияния утечек и перетечек через относительно увеличивающиеся зазоры, технологических отклонений от заданного профиля малых по размеру лопаток на их газодинамические характеристики и т. д. В двигателе с высокой температурой газа интенсивное охлаждение турбины приводит к снижению ее КПД, так как утолщаются профили сопловых и рабочих лопаток, вводится перфорация стенок проточной части и поверхностей лопаток, возникают утечки охлаждающего воздуха. Кроме того, применение в двигателе высокой тт сопровождается для турбины такими же отрицательными газодинамическими эффектами, как и для компрессора. По этим причинам при проектировании новых авиационных ГТД параметры рабочего процесса выбираются с учетом технических возможностей достижения задаваемого уровня газодинамической эффективности элементов и узлов двигателя. [c.29]

Рис. 29. Зависимость интенсивности охлаждения турбинных лопаток 0 = (гмет-7 )/(7 -7 ) различных конструктивных схем от доли расхода воздуха, отбираемого от компрессора на охлаждение

Таким образом, использование вихревых энергоразделителей целесообразно при решении специальных задач теплообмена в энергетических установках и ГТД охлаждение статорных лопаток турбины, в системе подвода сжатого воздуха в турбину высокого давления, для нагрева лопатки направляющего аппарата с целью предупреждения обледенения при работе в условиях большой влажности воздуха и низкой температуры. [c.383]

Отработавшие газы следует охлаждать, так как они имеют вы сокую температуру в зоне j-орення (порядка 2000 °С), которая способствует быстрому разрушению сопловых н рабочих лопаток турбины. Совре.менпые жаропрочные сплавы и стали, способные длительное время надежно работать в ГТУ, допускают на входе в турбину температуру 650—800 С (при организации газового или жидкостного охлаждения турбин температура газа на входе может быть повышена до 1300 °С — высокотемпературные ГТУ). [c.83]

Рассмотрены методы расчета параметров систем охлаждения перфорированных лопаток газовых турбин с воздушным 1 онвективно-пленочным охлаждением (определение эффективности газовой завесы на перфорированной поверхности, теплопроводности стенки и оптимальности системы вдува). Дан эксергетический метод выбора параметров системы подвода охладителя к лопаткам в системе двигателя. [c.428]

Направляющие лопатки своей хвостовой частью закреплены в сегментах, которые укреплены в обойме, состоящей из двух половин. Концевые лопатки каждого сегмента стопорятся штифтами. Сегменты крепятся на Т-образном зубце корпуса турбины. Конструкция хвостовой части направляющих лопаток Т-образная, одинаковая для всех ступеней. Хвостовая часть рабочих лопаток турбин имеет трехзубчатые хвосты. Лопатки заводятся в диски с торцов. Охлаждение хвостов лопаток и гребней диска осуществляется струями воздуха, подводимого ко всем ступеням из нагнетательного патрубка воздушного компрессора. Впуск газа в турбину осуществляется через патрубок нижней половины корпуса, а выхлоп — через сварной прямоугольный патрубок. [c.228]

Несомненно также, что термостойкость всех материалов уменьшается с ростом максимальной температуры цикла. Это можно объяснить не только возрастанием напряжений с повышением температуры, но и большей порчей материала при более высоких температурах, главным образом в поверхностных слоях. Замечено, что трещины термической усталости возникают не только в тех зонах и сечениях детали, которые подвергаются нагреву и охлаждению с наибольшей скоростью (например, в зонах, соответствующих границе действия потока горячих газов или, наоборот, охлаждающего потока), а также в зонах действия максимальных температур и поэтому, как правило, с наиболее окисленной поверхностью. Наблюдаемое значительное влияние среды на термостойкость подтверждает значение состояния поверхности так, долговечность турбинных лопаток при теплосме-нах 1050ч 600°С с вводом в газовой поток солей морской воды уменьшилась примерно в 10 раз по сравнению с результатами испытания в обычных условиях [81]. Отсюда становятся понятными причины положительного влияния на термостойкость защитных поверхностных слоев. [c.162]

Электрохимическая обработка. В основе этого метода обработки лежат явления электролиза, обычно — явления анодного растворения металла обрабатываемой заготовки с образованием различных неметаллических соединений. При применении нейтральных электролитов образуются гидраты окиси металла [например, Fe (0Н)2 или Fe(OH)g], которые, выпадая в осадок, пассивируют обрабатываемую поверхность и забивают межэлектродный зазор. Чтобы удалить указанные продукты из зоны обработки, электролит прокачивают через межэлектродный промежуток с большой скоростью. Прокачивание обеспечивает также охлаждение электролита, позволяет довести плотность тока при обработке до нескольких сот ампер на квадратный сантимер, получить очень большой съем металла в единицу времени (до десятков тысяч кубических миллиметров в минуту). Процесс характеризуется также полным отсутствием износа электрода-инструмента и независимостью точности и шероховатости поверхности от интенсивности съема, т. е. возможностью получить большую точность и низкую шероховатость при высокой производительности. Обработка в проточном электролите применяется при изготовлении деталей сложного профиля из труднообрабатываемых сталей и сплавов (например, пера турбинных лопаток, полостей в штампах и пресс-формах), в том числе— изготовляемых из твердых сплавов, при прошивании отверстий любой формы. [c.143]

Сталь ЭИ787 применяют для изготовления турбинных лопаток и дисков, спрямляющих и рабочих лопаток осевых компрессоров, колец соплового аппарата [28, 27, 35]. После закалки с высоких температур (1180—1200° С), второй закалке н старения сталь имеет высокую жаропрочность, но низкие пластические свойства и чувствительность к надрезу при 600—700° С. Закалка с 1140—1160° С, выдержка 4— 8 ч + вторая закалка с 1050° С, выдержка 4 ч с охлаждением на воздухе и старение в течение 16—25 ч при 750—840° С обеспечивают несколько меньшую жаропрочность, но лучшее сочетание прочности, пластичности и нечувствительности к надрезу (табл. 33). [c.175]

Некоторые виды турбинных лопаток и сопел для горячих газов изготовляют из порошка А12О3 30% и 70% Ре с применением горячего прессования с медленным охлаждением и отпуском для снятия напряжений. Полученный этим способом материал выдерживает сжатие около 2 кПсм при 1950° С и не поддается разъеданию жидкими шлаками. [c.323]

Для рационального проектирования систем охлаждения газотурбинных лопаток необходимо знать распределение местных коэффициентов теплоотдачи по обводу профиля. К настоящему времени известно ограниченное число экспериментальных работ, посвященных данному вопросу. Одна из таких работ была выполнена в ЦКТИ Г. С. Амброком, Л. М. Зысиной и И. Г. Шапиро. В качестве объекта для исследования был выбран профиль рабочей лопатки газовой турбины ГТ-12-3 Ленинградского металлического завода [Л. 5-19]. [c.188]

Ротор турбины низкого давления изготовлен без охлаждения корней лопаток, но с охлаждением поверхности диска. Консольный ротор сделан из поковки молибденованадиевой стали и имеет два подшипника, корпусы которых сделаны без разъема. Подшипники помещены в охлаждаемую воздухом изолированную трубу, которая укреплена в центре выпускного патрубка четырьмя охлаждаемыми воздухом тягами. Односторонний главный упорный подшипник совмещен с первым опорным подшипником. Меньший упорный подшипник, служаший для восприятия осевых сил, противоположных главным, совмещен со вторым опорным подшипником. Масло к обоим подшипникам подводится через сверле- [c.28]

Так, в Институте металлокерамики и специальных сплавов АН УССР изготавливались турбинные лопатки из стекла. При испытаниях по разрушению при охлаждении их в воде при разных значениях Bl находилась кривая Q = /(Bi). Эти данные использовались для оценки тех или иных композиций с точки зрения пригодности их для изготовления турбинных лопаток. [c.351]

Рассмотренные схемы внутреннего конвективного охлаждения могут обеспечить длительную работу лопаток при температурах газа не более 1450. .. 1500 К- При более высоких температурах газа необходимо применять более сложные комбинированные схемы охлаждения, где наряду с внутренним используется также внешнее, так называемое пленочное охлаждение (рис. 11.5). При пленочном охлаждении вокруг лопатки за счет вдувания охлаждающего воздуха создается заградительная пленка, что уменьшает теплоотдачу от горячих газов к лопаткам. При этом необходимо иметь в виду, что пленочное охлаждение, естественно, сопровождается и конвективным теплообменом. Так, например, лопатки с комбинированным конвективно-пленочным охлаждением турбины ТРДД TF-39, по данным фирмы Дженерал Электрик, обес- [c.191]

Роль окружной скорости ступени с высокой газодинамической нагрузкой видна на примере ДТРДФ F101, у которого охлаждается только одна ступень турбины, несмотря на очень высокую Г (около 1650 К), вследствие применения окружной скорости более 450 м/с. Таким образом, применение высокой окружной скорости позволяет упростить создание системы охлаждения турбины. Однако увеличение окружной скорости сопряжено с повышенными трудностями обеспечения необходимой прочности рабочих лопаток и дисков. [c.49]

Турбина вентилятора или турбина низкого давления, как правило, имеет достаточно высокий КПД, так как размеры ее проточной части достаточно большие, скорости потока в межлопаточ-ных каналах близки к оптимальным и вследствие отсутствия или слабого охлаждения для лопаток используются наиболее аэродинамически эффективные профили. Вместе с тем необходимость сокращения числа ступеней турбины и, как следствие этого, повышенная газодинамическая нагруженность их, а также относительно большие осевые скорости препятствуют достижению максимально возможных значений КПД. [c.50]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...