Особенности проектирования лопаток газовой турбины. (гт)

Сопловые лопатки, собраннее в решетку в каждой ступени ГТ, образуют сопловой аппарат. Сопловые лопатки в зависимости от рабочей температуры газа выполняются охлаждаемыми или нет. При этом учитывается, что сопловые лопатки могут иметь более высокую температуру нагрева, т.к. в отличии от рабочих лопаток они не нагружены центробежными силами. Сопловой аппарат выполняет две функции?

1. Выполняет разворот потока газа, чтобы газ плавно вошел на лопатки турбины.

2. Происходит расширение газа.

В современных двигателях сопловые лопатки первых ступеней имеют температуру выше 1000 ⁰С, а при существующей неравномерности температурного поля отдельные лопатки могут быть нагреты до температуры 1400 ⁰С и выше. В месте с тем, вследствие разной толщины профилей охлаждаемых и неохлаждаемых лопаток прогрев и охлаждение происходит с различной скоростью. Кроме этого, в зависимости от компоновочных требований внутри лопатки может быть предусмотрено расположение каких-либо конструктивных элементов, например: наличие силовой связи, при помощи болтов и шпилек, магистрали подвода и отвода масла. В этом случае относительные размеры лопаток увеличиваются, и, соответственно уменьшается их число по окружности. Все это сказывается на протекании газодинамических процессов, т.к. изменение расхода воздуха через сопловой аппарат влияет на величину работы, получаемой на турбине. С другой стороны, уменьшение количества лопаток является положительным фактором с точки зрения экономической эффективности, т.к. в этом случае происходит уменьшение затрат на приобретение жаропрочных материалов на изготовление лопаток. В процессе проектирование соплового аппарата необходимо учитывать, что при нагрев соплового аппарата от холодного аппарата до горячего проходная площадь поперечного сечения соплового аппарата увеличивается на 2 – 3% от рассчитанной в холодном состоянии. Поэтому величину проходного сечения соплового аппарата необходимо обеспечить в пределах допустимых, путем подбора рабочих лопаток. Сопловая лопатка обычно выполняется с полками, которые образуют проточную часть и используются для крепления.

При проектировании сопловых лопаток надо учитывать следующие требования:

1. Обеспечение необходимой точности установки лопатки в корпусе и стабильность их положения под нагрузкой при многократных изменениях теплового режима и наличие вибраций при работе двигателя.

2. Обеспечить простоту подвода охлаждающего воздуха на охлаждаемую лопатку и для уменьшения нагрева наружного соплового корпуса, при обеспечении герметизации стыков и сведения к минимуму величину утечек

3. Исключение местного и общего перегрева.

4. Обеспечение технологичности изготовления лопатки при установки корпусных деталях.

5. Обеспечение возможности замены лопаток при подборе выходного сечения и дефектных лопаток в процессе эксплуатации и ремонта.

6. При проектирование лопаток необходимо поддерживать принцип экономичной целесообразности.

При охлаждении лопатки первой ступени подвод охлаждаемого воздуха выполняется как со стороны наружного силового корпуса, так и со стороны внутреннего. При этом подвод воздуха может быть отделен и поддаваться в переднюю и заднюю область с различными значениями давления и температур. Статор ГТ двигателя АЛ-31Ф состоит из сопловых аппаратов ТНД и ТВД. Сопловые лопатки статора ТВД пустотелые и охлаждаемые. Наружные и внутренние полки образуют с другими полками соседних лопаток проточную часть. Внутренняя полость сопловых лопаток разделяется перегородкой. А на передней кромке лопатки имеются перфорации, которые обеспечивают пленочное охлаждение наружной поверхности. В задней и передней полости размещены дефлекторы, имеющие отверстия для охлаждаемого воздуха. Сопловой аппарат ТНД так же состоит из охлаждаемых пустотелых лопаток. Проточная часть соплового аппарата ТНД образуется при помощи наружных и внутренних полок и профиля лопаток. Во внутренней полости пера лопатки расположены перфорированные дефлекторы и на внешней полости лопатки имеются поперечные ребра, для организации течения воздуха, с целью повышения эффективности охлаждения.