Охлаждение турбинных лопаток эффективность

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]

При расчетах принимают стандартное значение температуры Т] = 288 К. С увеличением температуры перед турбиной Тз эффективность ГТУ повышается. Значение Тз определяется свойствами материалов рабочих лопаток турбины и совершенством системы охлаждения лопаток. В настоящее время изготовляют и эксплуатируют ГТУ, имеющие начальную температуру перед турбиной Тз = 1250 4-1450 К, в стадии разработки находятся ГТУ с начальной температурой Тз = 1700 4-1800 К 33]. [c.152]

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]

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. 4.40. Оценка эффективности охлаждения турбинных сопловых лопаток первой ступени

Одновременно с улучшением качества газотурбинных материалов для повышения начальной температуры газа перед турбиной разрабатываются эффективные методы охлаждения особенно нагруженных деталей турбины — направляющих и рабочих лопаток, дисков, вала. Большое значение имеет также снижение температуры газа за турбиной, что достигается использованием тепла отходящих газов для нагрева в специальных теплообменниках — регенераторах воздуха перед поступлением его в камеру сгорания. Немаловажное значение имеет также повышение к. п. д. проточной части собственно газовой турбины и воздушного компрессора, снижение гидравлических потерь на всем тракте подачи воздуха и газа и пр. [c.399]

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]

Более эффективным, чем рассмотренное, является внутреннее воздушное или жидкостное охлаждение лопаток газовых турбин. [c.100]

С) с более экономичным облопачиванием турбины и осевого компрессора и эффективным воздушным охлаждением лопаток и дисков ротора турбины. [c.485]

Кроме того, такое простое облопачивание дает возможность при одинаковой температуре металла лопаток увеличить температуру газов перед турбиной и применить эффективное охлаждение. Увеличение к. п. д. установки за счет увеличения начальной температуры газов превосходит некоторое его уменьшение из-за применения активного облопачивания первой ступени. Принятие довольно больших осевых скоростей газа в первой ступени привело к уменьшению высоты рабочих лопаток, а следовательно, и напряжений от центробежных сил. Это в свою очередь позволило еще несколько увеличить температуру газов перед турбиной. Для уменьшения выходных потерь скорость выхода газа из второй ступени была принята значительно ниже, чем скорость выхода газа из первой ступени, и применено реактивное облопачивание. Проточная часть турбины выполнена с постоянным средним диаметром облопачивания. [c.129]

Пленочное (пористое) охлаждение лопаток аналогично охлаждению лопаток газовых турбин и основано на охлаждении пограничного слоя вокруг лопатки введением в него жидкости. Бода выводится на поверхность лопатки через щели, расположенные по касательной к поверхности, или через поры материала лопаток. В первом случае гидродинамическая неустойчивость пленки жидкости ведет к образованию крупных капель, что приводит к снижению эффективности их испарения и росту потерь энергии. Увеличение количества щелей уменьшает толщину пленки и размеры капель, но при этом растет расход воды, а следовательно, снижается термический к.п.д. ПГТУ. Лучшие результаты могут быть получены при выводе воды на поверхность лопаток через поры материалов. Пористая структура стенок лопаток получается [c.52]

ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ЛОПАТОК ГАЗОВЫХ ТУРБИН [c.193]

На рис. 11.8 приведено сравнение эффективности различных схем воздушного охлаждения лопаток авиационных газовых турбин. Видно, что наибольшую эффективность обеспечивает пористое охлаждение, наименьшую — конвективное. [c.195]

Интенсивность охлаждения лопаток турбины с конвективным охлаждением зависит от теплового потока, проходящего через стенку лопатки, от термодинамических свойств газа и коэффициента теплоотдачи. Тепловой поток, в свою очередь, определяется теплофизическими параметрами охлаждающего воздуха и скоростью его движения в полости лопатки. Интенсификация теплоотдачи со стороны охладителя, т. е. воздуха, может существенно увеличить эффективность системы конвективного охлаждения лопаток. [c.56]

Пленочное охлаждение в сочетании с конвективным позволяет увеличить эффективность охлаждения при умеренных расходах охлаждающего воздуха и широко применяется для наиболее нагретых частей сопловых и рабочих лопаток высокотемпературных турбин, Б частности входных кромок и вогнутых поверхностей лопаток, а также торцевых поверхностей межлопаточных каналов (рис. 32). [c.57]

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]

Распределенный поверхностный вдув газа используется для уменьшения тепловых потоков к поверхности летательных аппаратов, движущихся с большой сверхзвуковой скоростью, для охлаждения лопаток турбин и т. д. Вдув изменяет эффективную форму поверхности и может использоваться также для создания аэродинамических сил и моментов. Для последнего случая характерны величины нормального компонента скорости, превосходящие вертикальную скорость в пограничном слое на непроницаемой поверхности. Режимы течений с интенсивным вдувом исследованы в ряде работ, их обзор приведен в статье [Левин В.А., Липатов И.И., Нейланд В.Я., 1980]. Вместе с тем для целей теплозащиты оптимальным оказывается вдувание расхода газа, сравнимого с расходом в пограничном слое на непроницаемой поверхности, такая интенсивность вдува обеспечивает уменьшение теплового потока в главном члене. Течение вблизи проницаемой поверхности описывается в этом случае системой уравнений пограничного слоя. [c.181]

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]

Интенсификация теплоотдачи в охлаждающий воздух увеличивает эффективность системы конвективного охлаждения лопаток. С этой целью в охлаждаемых лопатках турбин применяются различные конструктивные решения. [c.159]

Рис. 4.20. Графики эффективности различных схем открытого воздушного охлаждения лопаток турбины

Использование рациональной пространственной конфигурации профильной части лопаток — пера 1 — с весьма развитой системой конвективно пленочного охлаждения выпуклой и вогнутой поверхностей и особенно входной части профиля обеспечивает высокую эффективность работы турбины. Этому способствует и теплозащитное покрытие 6 на омываемых газом поверхностях полок 2 и 3, что позволило исключить систему их пленочного охлаждения — сэкономить расход охлаждающего воздуха. [c.180]

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]

Какими параметрами характеризуется эффективность охлаждения лопаток газовых турбин [c.477]

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]

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]

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]

В модификации RM.8B к вентилятору была добавлена одна ступень доведением размеров лопаток первой ступени компрессора низкого давления до размеров лопаток вентилятора, так что число ступеней вентилятора увеличилось до трех, а компрессор низкого давления стал трехступенчатым. Изменен также компрессор низкого давления (для получения большого запаса устойчивости в условиях работы двигателя на большой высоте). Вентилятор и компрессор низкого давления находятся на одном валу и приводятся неохлаждаемой трехступенчатой турбиной. Компрессор высокого давления имеет семь ступеней, по конструкции аналогичен компрессору двигателя JT8D и приводится одноступенчатой охлаждаемой турбиной, система охлаждения которой более эффективна, чем у гражданского двигателя. Камера сгорания трубчато-кольцевая с четырьмя топливными форсунками на каждой жаровой трубе, что обеспечивает высокий коэффициент полноты сгорания топлива. Форсажная камера двигателя позволяет увеличивать тягу на взлете почти на 70%, а в полете до 1507о- Всережимное эжекторное реактивное сопло регулируется автоматически соответственно степени форсирования тяги. [c.118]

Примером программы регулирования, учитывающей снижение эффективности системы охлаждения турбины с ростом числа М полета, может служить программа n = onst 7 = /(Г ], где с ростом 77 допустимая температура 7 снижается. Необходимость снижения температуры газа за турбиной при высоких значениях температуры воздуха на входе в двигатель может быть вызвана тем, что по мере роста Т увеличивается температура воздуха за компрессором Г, используемого для охлаждения лопаток турбины. [c.77]

Характерные особенности закрученного потока наиболее полно подходят для создания эффективной схемы конвективных и конвективно-пленочных систем охлаждения лопаток проточной части ГТД. В турбинных двигателях IV—VI поколений прослеживается тенденция использования больших степеней понижения давления газа в ступени (я > 2), что обусловливает возможность применения вихревых энергоразделителей (ВЭ) в охлаждаемых лопатках. По прогнозу к 2000 г. будут вводиться в эксплуатацию перспективные двухконтурные турбореактивные двигатели со степенью повышения давления в компрессоре до л = 60, с последней центробежной ступенью компрессора и противоточной камерой сгорания в этом случае на охлаждение соплового аппарата второй ступени удобно подвести воздух высокого давления из внутреннего кожуха камеры сгорания, и использование ВЭ становится перспективным. [c.367]

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]

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]

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]

Трудности создания турбин с высокой газодинамической эффективностью для современных авиационных ГТД связаны с наличием системы воздушного охлаждения. Воздушное охлаждение деталей турбины сопровождается дополнительными газодинамическими потерями, вызванными выпуском охлаждаюш,его воздуха в проточную часть турбины, особенно его утечками, а также конструктивными изменениями элементов проточной части, в частности утолш,ением профилей сопловых и рабочих лопаток и введением коммуникаций подвода охлаждаюш,его воздуха. Кроме того, отбор некоторого количества воздуха из компрессора, который в высокотемпературных двигателях превышает 10%, увеличивает газодинамическую нагруженность турбины. Однако в результате большой исследовательской работы КПД современных турбин находится на достаточно высоком уровне и составляет 0,91—0,93 для неохлаждаемых и 0,88—0,9 для охлаждаемых турбин. [c.48]

Замки елочные (см. фиг. 70) изготовляются специальпымп фрезами и протяжкой. Для устранения температурных напряжений в елочном соединении предусматривается зазор между телом лопатки и пазом диска. Этот зазор может быть использован также для организации охлаждения лопаток и колеса турбины продувкой воздуха. Елочный замок получил широкое распространение. В нем наиболее эффективно используется металл для передачи усилий от лопатки к диску. Замок применяется в турбокомпрессорах средней и высокой напорности. [c.102]

В процессе проектирования двигателя стремятся обеспечить высокую эффективность системы охлаждения горячих узлов двигателя, уделяя большое внимание охлаждению лопаток, дисков и других деталей газовых турбин, используя так называемые разомкнутые многосетевые системы охлаждения. При этом предусматривается решение следующих задач [c.218]

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]

При заданных значениях расхода охладителя, температуре газа и его расходе через турбину эффективность системы охлаждения лопаток определяется значением температуры наружной поверхности лопатки. Чем меньше расход охлаждающего воздуха при допустимой температуре наружной поверхностн лопатки, тем совершеннее система охлаждения и тем большее количество воздуха участвует в процессе расширения в турбине. [c.458]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...