Охлаждение лопаток турбин

Как отмечалось ранее, охлаждение лопаток турбины требует дополнительных затрат энергии, что приводит к снижению КПД охлаждаемых турбин. [c.196]

ОХЛАЖДЕНИЕ ЛОПАТОК ТУРБИН [c.205]

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]

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]

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]

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

Следует ожидать, что суммарная степень повышения давления не претерпит существенного изменения, так как она и в современных двигателях ограничена температурой воздуха на выходе из компрессора (при полете на предельной скорости), приемлемой для системы охлаждения лопаток турбины и применяемых материалов. [c.549]

Кроме жидкостных ракетных двигателей, конвективное охлаждение используется также при создании высокотемпературных турбин и высотной радиоаппаратуры. Для охлаждения лопаток газотурбинного двигателя возможно использование разомкнутой воздушной системы или замкнутой жидкостной системы. Для охлаждения радиоаппаратуры можно применять разомкнутую воздушную систему или конвективное испарительное охлаждение. [c.467]

Компрессор 1 засасывает, атмосферный воздух, сжимает его и направляет в камеру сгорания 4, в которую через форсунку 3 впрыскивается жидкое топливо топливо подается топливным насосом 2. Часть воздуха в количестве, необходимом для сгорания (с небольшим коэффициентом избытка), подводится непосредственно к форсунке остальная часть его подмешивается к продуктам сгорания для их охлаждения с тем, чтобы снизить температуру лопаток турбины до 600—800° С. [c.549]

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]

Параметры рабочего тела в установке очень высокие перед ТВД Т = = 1573 К, перед ТНД Т = 1444 К общая степень повышения давления Як 55. Расчетный КПД установки 38 -ь39 %. Она предназначена для работы в составе ПГУ. Для обеспечения работоспособности турбин при высоких Т обе ступени двухступенчатой ТВД и первые две ступени четырехступенчатой ТНД выполнены охлаждаемыми. Воздух для охлаждения лопаток этих [c.197]

В газовую турбину поступает газ из камер сгорания с высокой температурой торможения Т] и статической температурой Ги поэтому в газовых турбинах лопатки работают в более тяжелых условиях, чем в компрессорах. В связи с этим возникают важные задачи охлаждения лопаток и дисков турбин и обеспечения прочности и долговечности турбинных дисков и лопаток ). [c.112]

Потери от охлаждения лопаток. В высокотемпературных газовых турбинах принимают ступени с охлаждаемыми лопатками. При этом возникают потери из-за отвода теплоты от газа, вследствие смешения охлаждающего тела с газом, ухудшения формы профиля лопаток и т. п. Указанные потери обычно оценивают по опытным данным. [c.141]

Особенности газовых турбин. По принципу действия газовые турбины не отличаются от паровых. При освоенных в настоящее время температурах начальное давление и срабатываемый в газовой турбине перепад энтальпий в несколько раз меньше, чем в паровой. В результате для получения требуемой мощности необходимо, чтобы расход рабочего тела через газовую турбину был большим. Высокие температуры, относительно малые давления и перепады энтальпий, а также большие расходы обусловливают следующие особенности судовых ГТД малое число ступеней (2—8) и малую массу ротора большую длину лопаток (степень парциальности е == 1) применение диффузора на выходе из турбины применение тонкостенной составной конструкции корпуса с вертикальными разъемами широкое использование подшипников качения соединение элементов турбины, обеспечивающее тепловые расширения воздушное охлаждение подшипников, дисков, а иногда и лопаток турбин. [c.242]

ПГТУ выполняются по различным схемам, но все они преследуют одну цель — расширить температурный интервал за счет высокотемпературной газотурбинной надстройки , а также соединить другие достоинства ПТУ и ГТУ. КПД зависит от схемы и параметров РТ, при температуре перед газовой турбиной 1100— 1200° С (применяется жидкостное охлаждение лопаток) он может достигать значений 50% и выше. [c.160]

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]

Охлаждающими телами обычно являются вода, водяной пар, воздух. Долгое время не придавали никакого значения влиянию охлаждения лопаток на к. п. д. турбины. Однако большие потери тепла в рабочих лопатках экспериментальных машин показали существенное влияние охлаждения на общий к. п. д. турбины. [c.139]

Только этот метод охлаждения лопаток пока нашел себе применение в паровых и газовых турбинах. [c.34]

При описанной системе охлаждения лопаток и значительном ресурсе стационарных газотурбинных установок (ГТУ) температура перед турбиной едва ли сможет превысить 800—850° С (с учетом современных достижений металлургии жаропрочных сплавов). [c.37]

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

Наряду с обзором уже известных схем, книга содержит очерк путей дальнейшего технического развития комбинированных парогазовых установок и циклов. В частности, в ней рассмотрены такие новые решения, как охлаждение лопаток газовых турбин водяным паром и глубокая утилизация отходящего тепла. [c.2]

Можно предполагать, что установка с парциальным вводом газа и пара в турбину способна обеспечить к. п. д., доступный лишь в парогазовых установках (без охлаждения лопаток) с двумя или тремя ступенями нагрева. А ведь последние установки по степени сложности не идут ни в какое сравнение с предельно простой схемой рис. 4-9. [c.121]

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]

Повреждение рабочих лопаток турбины создается повторным действием центробежных сил при наборе и сбросе оборотов и циклическими термическими нагрузками, действующими синхронно с ним. Нагружению лопаток свойствен неизотермический характер с изменением знака напряжений и величины температур в экстремальных точках цикла. Сжатие материала кромок, происходящее при высоких температурах, вызывает повреждения, свойственные высокотемпературному деформированию,— деформацию границ зерен, коагуляцию упрочняющих фаз, выход к границам зерен дислокаций и формирование микротрещин на границах зерен и в углах на стыке трех зерен. Последующее охлаждение и связанные с ним растягивающие напряжения приводят к повреждению тела зерен, вызванному деформацией сдвига по плоскостям скольжения и холодным наклепом материала. При этом в случае жесткого нагружения внешние условия нагружения (размах деформаций) остаются неизменными, но в пределах каждого полуцикла происходит необратимый процесс накопления статического и циклического повреждения. [c.79]

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

Гелий, подогретый в бланкете 2 и конденсаторах низкого и высокого давления, через сглаживающий теплообменник 8 подводится к газовой турбине 14. Перспективным представляется использование в таких установках высокотемпературных газовых турбин с паровым охлаждением лопаток. Теплота отходящих газов используется в парогенераторе 13 для производства пара, подводимого к паровой турбине 10, откуда он поступает в конденсатор И. Для подогрева поступающей в парогенератор питательной воды служит система регенерации 12. Гелий направляется к бланкету реактора компрес сором 15 через теплообменник 16. На одном валу с турбинами и компрессором расположен электрический генератор 9. В качестве материала для приготовления лайнера наибольшего внимания заслуживают жидкий кадмий или цинк [11]. [c.260]

В. И. Локай еще в 1951 г. [2] с целью определить возможность охлаждения лопаток турбины впрыском воды провел исследование теплообмена для короткого кольцевого канала. Расход воды был невелик — около 1 % по весу воздуха. Увеличение коэффициента теплообмена при температуре стенки 450—480° С было двукратным для воды и лишь 5—10% при вводе керосина. [c.260]

Вторым примером течений рассматриваемого вида, важным для приложений, может служить следующий. Для предотвращения прогорания стенок, вдоль которых движется газ высокой температуры, применяется иногда впрыскивание жидкости, образующей на поверхности стенок испаряющиеся пленки, защищающие поверхность от воздействия горячего газа. Подобным же образом применяется (например, для охлаждения лопаток турбин) вдув холодного воздуха в поток горячего газа сквозь щели в обтекаемой поверхности или сквозь участки, изготовленные из пористого материала. Холодный воздух образует защитный теплоизолирующий слой, увлекаемый внешним потоком. В последние годы опубликованы многочисленные работы (см., например, [2]), в которых изложены методы расчета течений газа и жидкости в охдаждающих пленках, основанные на использовании интегральных соотношений теории пограничного слоя. [c.195]

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]

Рис. 8.2. Рабочая лопатка с вихревыми мик-роэнергоразделителями Патент N57-45881 Япония. Схема охлаждения лопаток газовых турбин/Кобаяси С., 1982, МКИ ГОШ 5/18 /— коллектор 2— охлаждающий поток 3— диафрагма 4— цилиндрические каналы 5 — нагретый поток

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]

Транспиращюнное охлаждение широко используется при создании различных типов пористых лопаток турбин [ 10]. Предложено большое количество конструкщ1Й таких лопаток. В основном они состоят из стержня с продольными кананами для подачи охлаждающего воздуха и соединенной со стержнем проницаемой оболочки, имеющей профиль турбинной лопатки. В некоторых случаях охлаждающий воздух подается не по каналам, а сквозь промежуточный проницаемый слой между стержнем и оболочкой. Материал зтого слоя имеет проницаемость значительно выше аналогичной характеристики пористой оболочки. [c.8]

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]

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]

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]

В турбинах с регулируемым отбором пар расширяется до промежуточиото давления, соответствующего необходимому для целей теплового потребления, и часть пара через установленные за точкой отбора регулирующие клапаны поступает в часть низкого давления турбины, где расширяется до конечного давления, как в обычной конденсационной турбине (фиг. 26). Количество отбираемого от турбины пара может иеменяться в широких пределах от нуля до некоторой величины, при которой в часть низкого давления пропускается ЛИШЬ минимальное количество niapa для охлаждения лопаток ступеней низкого давления турбины. Обычно (так строятся все стандартные турбины с отбором пара в СССР) расчетный пропуск через часть высокого давления турбины до точки отбора выбирается так, чтобы турбина могла развивать свою установленную (максимально длительную) мощность при пропуске в часть низкого давления лишь небольшой доли общего пропуска пара. [c.49]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...