Охлаждение турбинных лопаток отверстий

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]

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]

Воздух относительно высокого давления часто выпускается через щели и отверстия на поверхности турбинных лопаток с целью их охлаждения. Поскольку главной проблемой разработки решеток с такими лопатками являются не их газодинамические характеристики, а эффективность охлаждения, этой важной теме будет посвящен специальный раздел (9.2). [c.265]

В газовых турбинах часто применяют охлаждаемые лопатки охлаждающей средой обычно является воздух, который подводится от компрессора к диску, а затем к хвостам лопаток. В теле лопаток выполнены каналы для охлаждающего воздуха, выпуск происходит через вершину лопаток, а также через отверстия или щели на ее поверхности. Охлаждение может быть внутренним или наружным. [c.28]

На диффузоре имеются патрубки, к которым воздух подводится от трубопровода после компрессора и направляется через коллектор и отверстия в вертикальном фланце к обойме направляющих лопаток. По одному из отверстий через полый штифт воздух попадает в коллектор, выполненный на обойме. Из этого коллектора он по трем трубкам идет на охлаждение диска компрессорной турбины и по одной — на охлаждение диска силовой турбины. Воздух по этим трубкам попадает в кольцевые каналы, из которых через мелкие отверстия обдувает диски. По другим отверстиям он попадает в радиальный зазор между корпусом и обоймой, а затем по сверлениям проходит в кольцеобразную сборную камеру обоймы, оттуда по многочисленным осевым каналам, охлаждая обойму, уходит в проточную часть турбины. [c.55]

Крепление рабочих лопаток осуществляется с помощью хвоста елочного типа. Через специальные отверстия под хвостом каждой лопатки турбины высокого давления подается воздух для охлаждения хвоста лопатки и для затруднения теплопередачи от потока горячих газов диску турбины (рис. 2-12). Такая система охлаждения позволяет поддерживать нормальные термические напряжения в диске во время быстрого пуска и резкого изменения нагрузки. Максимальная разность температур в диске не превышает 200° С. Ротор сделан из стали ферритного класса, которая допускает большие напряжения, чем аустенитная сталь. [c.28]

Для уменьшения температуры хвоста лопаток и теплопередачи от лопатки к диску турбины, из выпускного патрубка компрессора подается к корням лопаток охлаждающий воздух. Для охлаждения дисков второй и третьей ступеней турбины воздух подводится через радиальные пазы в промежуточном вале, через отверстия в дисках первой и второй ступени в пространство между первым и вторым и вторым и третьим дисками и затем выходит в общий поток газов. [c.147]

В настоящее время большинство лопаток охлаждаемых турбин изготовляются литьем в вакууме по выплавляемым моделям с керамическими или кварцевыми стержнями. Минимальная толщина стенок лопаток достигает 0,8—1 мм, минимальный диаметр внутренних каналов — 0,6 мм. Мелкие отверстия для пленочного охлаждения получить методом литья невозможно. Их выполняют методами электрохимической обработки. Эти методы позволяют изготовлять отверстия диаметром до 0,15 мм [45]. [c.61]

Пример схемы охлаждения корпусных деталей показан на рис. 4.11. Охлаждающих воздух подается в полость 2, образованную наружным корпусом турбины I и обоймой 3, в которой крепятся сопловые сегменты 8. После охлаждения этих деталей большая часть воздуха попадает в полость б и затем в сопловые лопатки. Меньшая часть воздуха проходит через отверстия 5, создавая защитный слой на внутренней поверхности обоймы у концов рабочих лопаток. [c.380]

В качестве эффективных примеров применения ЭЛО можно назвать следующие. Перфорация отверстий (рис. 32.10, а — получение сквозных и глухих отверстий) в различных материалах используется при изготовлении фильтров, потеющих поверхностей для охлаждения камер сгорания и лопаток турбин. ЭЛО при моноимпульсном режиме обеспечивает получение отверстий диаметром 0,015—0,3 мм с максимальной глубиной 3—5 мм со скоростью перфорации до 5000 отв./с. [c.616]

Рис. 4.39. В расточку кольцевого пояска диска 3 второй ступени турбины впрессован соединительный конус 9 с значительным натягом (0,27—0,4 мм). Величина натяга выбрана с учетом расширения деталей при нагреве и растяжении под действием центробежных сил. На внешнюю поверхность выступа диска надет экран 4, за который через отверстия 7 в полость б между экраном и диском и далее в зазоры замков рабочих лопаток I подводится воздух из полости 10 для охлаждения замкового соединения лопаток с диском.

При многочисленных повторных пусках турбин материал лопаток испытывает малоцикловую усталость. Чем сильнее охлаждение, тем больше становится неравномерность температуры по сечению и тем выше уровень возникающих при каждом нагружении температурных напряжений. Сопротивление жаропрочных сплавов мало-цикловой усталости при умеренных температурах может быть не больше, чем при высоких, и в центральной части сечення, где действуют большие растягивающие напряжения, возможно появление трещин от малоцикловой усталости. Это явление усугубляется наличием во внутренних полостях охлаждаемых лопаток значительной концентрации напряженнй в местах расположения отверстий, ребер, штырьков и других конструктивных элементов, обеспечивающих необходимое течение охлаждающего воздуха вну- [c.284]

На рис. 18.5 приведена схема охлаждения цилиндрической камеры сгорания воздушно-реактивного двигателя. Для тепловой защиты стенки камеры сгорания на наружной ее поверхности организуется конвективное охлаждение, а на внутренней (со стороны горячего потока газа) реализуется заградительное охлаждение посредством подачи холодного воздуха через цилиндрическую щель. Заградительное охлаждение лопаток газовых турбин организуется, как правило, посредством подачи охлаждающего воздуха через систему отверстий (рис. 18.6). [c.431]

Турбинные лопатки изготовляются из различных сплавов с использованием разнообразных технологий. Лопатки с конвективным охлаждением могут изготавливаться штамповкой или литьем. Отверстия в штампованных лопатках проделываются обычно электрохимическими методами. Технология точного литья с разрушающимися стержнями предоставляет широкие возможности для изготовления каналов системы охлаждения самой различной формы можно использовать керамические стержни и получать каналы змеевидной формы. Хотя литые лопатки предпочтительны в случае более высоких температур и использования усложненной конфигурации каналов системы охлаждения, очень трудно добиться, чтобы материал, из которого они изготовлены, имел необходимый предел усталости. В решении этой проблемы технологи добились существенных успехов. Примерами этого могут служить использование моно-кристаллических сплавов для изготовления лопаток, что позволяет значительно повысить их пластичность, а также применение эвтектических сплавов с направленной кристаллизацией. [c.271]

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]

Вставляемые керамические стержни широко используют при производстве точных отливок, например, турбинных охлаждаемых лопаток для авиационных двигателей. На рис. 114 представлена лопатка, отлитая с применением вставных керамических стержней, производимых на ОАО УМПО . Лопатка с циклонно-вихре-вой системой охлаждения имеет сложную внутреннюю поверхность с многочисленными пересекающимися ребрами (в количестве 18), с перемычками шириной 0,38 - 0,5 мм, с отверстиями 0,8 - 0,9 мм, пера лопатки длиной 100 мм. Элементы оболочковой 4юрмы со стержнями представлены на рис. 87. [c.235]

Двигатель АЛ-31Ф требователен к технологическим процессам изготовления и к допускам на размеры деталей, что, в свою очередь, потребовало значительного технического перевооружения производства, особенно внедрения новых технологий в литейном производстве. Задача освоения технологии изготовления новой конструкции авиационного двигателя АЛ-31Ф потребовала новых конструкций охлаждаемых лопаток. Методом литья на ОАО УМ-ПО внедрялись рабочие турбинные лопатки без припуска по перу конструкции штырковой (на первом этапе 1980 - 1985 гг.) и с циклонно-вихревой системой охлаждения (на втором этапе 1980 -1990 гг.). Конструкции их показаны на рис. 114. Наиболее сложная последняя конструкция с многочисленными перемычками с тонкими ребрами. Она имеет 19 охлаждаемых каналов, расположенных по углом 30° к оси лопатки, пятнадцатью перемычками и десятью отверстиями диаметром 0,85 - 0,95 мм, а длина отливки 150 мм, что значительно усложнило задачу изготовления керамических стержней по сравнению с отливкой первого варианта (см. рис. 204). [c.446]

Применение внутренней изоляции и эффективной системы воздушного охлаждения деталей турбогруппы позволило резко снизить расход жаропрочных легированных сталей и одновременно повысить надежность турбин. Эффективная тепловая изоляция газовой турбины предотвращает потери тепла в окружающую среду для современных стационарных газовых турбин эти потерн не превышают 1% от тепла, вносимого в установку с топливом. На охлаждение деталей турбогруппы расходуется около 2 т/ч воздуха. Воздухом охлаждаются стяжки 19 (см. рис. 99) корпуса турбины. Снаружи они защищены слоем изоляции, а внутри охлаждаются воздухом, поэтому их температура не превышает 350— 370° С. Для охлаждения дисков ТВД п хвостов рабочих лопаток в корпусе турбины расположена воздухоподводящая система Р, 12 и 18, через которую к диску высокого давления с двух сторон и к корням направляющих лопаток подводится охлаждающий воздух. Воздух к камерам подводится от осевого компрессора по трубкам 9, 12, 18. Для выхода воздуха в проставке имеется ряд отверстий. [c.230]

Наибольшие трудности при проектировании лопаток возникают в обеспечении требуемого охлаждения входной и выходной кромок. Нужный эффект по передней кромке достигается интенсивным оребрением внутренней поверхности этой части лопатки, введением специального канала по всей длине этой кромки с раздельной подачей части воздуха, созданием интенсивного струйного натекания при дефлекторном подводе охлаждающего воздуха либо созданием интенсивного пленочного заграждения. Особенно трудно охладить выходную кромку из-за ее малой толщины. Распространенным решением является выпуск охлаждающего воздуха через ряд щелей либо отверстий диаметром = 0,4 мм на вогнутую поверхность вблизи самой кромки или щель на самой кромке (в этом случае толщина выходной кромки возрастает). Это ведет к повышению потерь на смешение и некоторому снижению КПД [12] вследствие разности скоростей и давлений смешиваемых потоков несмотря на то, что при выдуве воздуха из выходных кромок лопаток соплового аппарата он, расширяясь, совершает полезную работу в каналах рабочего колеса и последующих ступенях турбины. [c.162]

Турбина двухроторного ТРДД СР6-6 двухступенчатая, высокотемпературная, охлаждаемая. Рабочие лопатки первой ступени литые, установлены в пазах диска попарно (рис, 4.29). Лопатки выполнены с конвективно-пленочным охлаждением в многоканальном варианте с комбинированным движением воздуха (каналы 4 — с радиальным, каналы 5 — с петлевым и <3 — с полупетлевым движением воздуха (см, рис. 4.24, а). Вход воздуха во внутреннюю полость 8 удлиненных хвостовиков осуществляется по четырем каналам 9 одной из лопаток. В каждую лопатку этот воздух входит через три разного размера отверстия 7, обеспечивая тем самым его количественное распределение. Внутренняя поверхность литых каналов имеет грубо шероховатую поверхность, что способствует лучшей теплоотдаче от стенки в охлаждающий воздух. Отверстия малого диаметра для создания заградительного пленочного охлаждения передней 1 и задней 6 кромок выполняются электроэрозионным способом. [c.168]

Сопловые лопатки турбины РВД ТРДД первой (рис. 4.37, а) и второй (рис. 4.37, б) ступеней выполнены спаренными. Лопатки 1 первой ступени отливаются индивидуальной свариваются попарно с провариванием полок на половинную глубину, что позволяет легко отделять лопатки при ремонте. Во внутреннюю полость профиля, разделенную на две части перегородкой 4, вставляются дефлекторы бив, внутрь которых подается (стрелки 13 и 14) охлаждающий воздух и через систему малых отверстий 7 я 12 выходит в зазоры между дефлекторами и стенками лопаток и далее через системы перфораций 16 а 18 п щелей 2 из полости 11 на поверхность профиля, обеспечивая конвективно пленочное охлаждение лопаток. Наличие зазора между дефлекторами и стенкой лопатки гарантируется выштамповками 9. [c.179]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...