Охлаждение гт гту – требования к системам охлаждения, типы систем, теплоносители. Показатель интенсивности охлаждения.
Функции системы охлаждения:
- охлаждение всех деталей, находящихся под высокой температурой(ротор, подшипники, сопловые и рабочие лопатки, корпус)
Требования к системам охлаждения:
-обеспечить необходимое время работы лопаток
-рост экономичности всей установки
-умеренные градиенты температуры охл. деталей
-усложнение ГТУ системой охлаждения не должно приводить к значительному удорожанию
-надежность на всех режимах
Охлаждают с помощью: воздуха, пара, дистиллированную воды, т.д.
Особенности при применении охлаждения:
-расход рабочего тела в проточной части изменяется по тракту ГТ и увеличивает по мере подвода охлаждающего воздуха.
-внутренний КПД ГТ снижается из-за дополнительных потерь.
-отвод тепла и подмешивание охл.воздуха в проточную часть ГТ приводят к изменению параметров рабочего тела.
В итоге, снижается удельная мощность ГТ.
Потери при применении охлаждения:
-Потери на прокачку охлаждающего воздуха.
-термодинамические потери (при охлаждении лопаток отводиться часть тепла от потока газа)
-газодинамические потери (используют не совершенные аэродинамические профили лопаток)
-потери при смешении
-потери от перетекания воздуха в поток газа через лабиринтные уплотнения, зазоры.
Типы систем охлаждения:
Воздушное охлаждение:
Открытая система:
Рис. 1.1
Закрытая система:
Рис.1.2
Контур воздушного охлаждения рабочих лопаток целиком размещается внутри ротора. Воздух дозируется непосредственно самими лопатками. Подача воздуха к сопловым лопаткам и корпусу ГТ осуществляется отдельными трубопроводами и соответствующими каналами.
Паровое охлаждение:
Открытая система
Рис.1.3
Закрытая система
Рис.1.4
Пар обладает лучшими теплофизическими свойствами. Меньше потери при сжатии. Применение пара позволяет на существенной части пера лопатки использовать конвекционный принцип охл. Температура за камерой сгорания увеличивается на 100-200С при тех же схемах охлаждения.
Комбинированное охлаждение:
Переходная секция, соединяющая КС и вход газов в ГТ и первая ступень лопаток (преимущественно сопловых) охлаждают паром, отводимым обратно в тепловую схему ПГУ. Остальные элементы ГТ охлаждают воздухом по открытой схеме.
Также в первых ступенях могут применять специальные термозащитные и антикоррозионные покрытия.
Охлаждение ротора ГТ:
Зависит от размеров дисков. Осуществляет продувка воздуха через хвостовые крепления рабочих лопаток(является самой нагретой частью лопатки):
Рис.1.5(охл.ротора.при относительно небольших полотнах диска)
Если диски с большим полотном, то применяют специальные покрывные диски – дефлекторы
Рис.1.6(с дефлектором)
Используют струйное охлаждение поверхностей диска:
Рис.1.7
Охлаждение корпуса ГТ:
Чем ниже его температура, тем из более дешевого материала можно изготовлять.
Применяют: специальные ребра, дополнительная теплоизоляция, отверстия для прохода охлаждающего воздуха, который по трубопроводам подводиться к отдельным частям корпуса ГТ.
Охлаждение лопаточного аппарата:
Допустимая температура 900С.Температура на входе в турбину – 1400С.
Интенсивность охлаждения - оценка эффективности способов охлаждения лопаток:
Тетта=(Tг*-Тм)/(Тг*-Тохл.в*)
Tг*, Тохл.в* - температуры полного торможения газа, охлаждающего воздуха.
Тм- температура металла лопаток.
1>Тетта>=0
Тетта=0 – охлаждения лопаток отсутствует.
Безразмерный параметр охлаждения:
Бета.охл=(Gохл.в*Ср.в)/(k*Fл)
Доля охлаждающего воздуха из компрессора в зависимости от т-ры: g=0,04-0,1
Существуют различные способы охлаждения:
Рис.1.8
Рис.1.9(оценка эффективности)
Способы охлаждения лопаток:
Охлаждение конвекцией. Применяется при относительно не высоких температурах. Внутреннее конвективное воздушное охлаждение с продольно-петлевым движением. После перемещения по внутренним каналам лопаток воздух выпускается через их выходные кромки. Снижает температуру на 150С.
Отражательное охлаждение стенок лопаток. Применение дефлекторов и поперечное течение охлаждающего воздуха позволяет повысить теплообмен. Воздух подается в хвостовик лопатки с выпуском его через щели в выходной кромке- в проточную часть турбины. Достигаются аналогичные результаты (1).
Пленочное охлаждение(заградительное): охл.в. проходит в зазоры между дефлекторами и внейшей оболочкой, затем полностью/частично выходит через многочисленные отверстия. На наружной поверхности лопатки образуется пленка – которая защищает её от контакта с горячими газами. Больше воздуха забирается из компрессора: 0,02-0,03 – охл до 250С.
Пористое охлаждение (проникающее): Пористая профильная оболочка с внутренним несущим стержнем.Охл.в. поступает в зазоры между несущей конструкцией и пористой оболочкой, выдуваясь через пористую стенку в пограничный слов. Эффективнее. Поры могут загрязняться. Жестче требования к чистоте воздуха.