-
Газовые турбины, конструктивные схемы. Процесс расширения в t-s диаграмме.
В конструкциях современных и перспективных ГТД преимущественное применение получила осевая газовая турбина, в большинстве случаев многоступенчатая, позволяющая пропускать большие расходы высокотемпературного газа при приемлемых габаритных размерах и массе. Радиальные центростремительные турбины в ГТД используются лишь для малоразмерных двигателей вследствие их больших габаритных размерах, а следовательно, и большей массы, т.е. там, где с этими недостатками можно примириться в целях упрощения и удешевления производства рабочего колеса и наличия в этих случаях более высокого значения КПД.
-
Охлаждение газовых турбин.
С целью повышения экономичности ГТУ и уменьшения ее размеров, массы необходимо повысить температуру газа перед турбиной. Для сохранения запаса прочности в элементах турбины нагретые детали охлаждают. Наиболее интенсивного охлаждения требуют напряженные детали - рабочие лопатки, сопловые лопатки и диски ротора турбины. К системам охлаждения высокотемпературных газовых турбин (ВГТ) предъявляют следующие основные требования: 1) высокая эффективность, то есть обеспечение необходимого по условиям прочности среднего уровня температуры охлаждаемой детали при минимальном расходе хладагента; 2) достаточная гибкость и возможность управления теплообменом на различных участках детали;3) недопустимость нарушения технологичности охлаждаемых деталей; 4) отсутствие факторов, приводящих к понижению надежности охлаждаемой турбины.
Системы охлаждения могут: открытые и закрытые: 1) открытая воздушная система охлаждения; 2) закрытая воздушная система охлаждения; 3) закрытое охлаждение с замкнутым контуром; 4) Открытое паровое охлаждение; 5) закрытое паровое охлаждение. В открытых системах хладагент после прохождения тракта охлаждения выводится в проточную часть турбины и может участвовать в производстве полезной работы. Обычно в этих системах в качестве охладителя используется цикловой воздух, который отбирается из соответствующей ступени компрессора. В закрытых системах охлаждающий тракт выполняется газоплотным, а охлаждающий воздух вводится в цикл после его дожатия в компрессоре. При закрытом охлаждении хладагент можно применять многократно, для чего выделяется отдельный контур охлаждения. Кроме воздуха в качестве охладителей ВГТ можно применять воду водяной пар, паровоздушную смесь, керосин и др. Большой глубины охлаждения можно достигнуть при использовании воды. Высокой эффективностью обладает паровое охлаждение газовой турбины. Пару как охладителю турбины по сравнению с воздухом присущи следующие достоинства: 1) значительно меньшие затраты энергии на сжатие пара, так как процесс повышения давления происходит в жидкой фазе; 2) лучшие физические свойства, которые определяются прежде всего большой удельной теплоемкостью; 3) возможность использования пара вместо воздуха в системах воздушного охлаждения без их существенных конструктивных изменений; 4) возможность полезного использования отходящей теплоты газовой турбины.
Процесс охлаждения обеспечивается, прежде всего, за счет конвективного теплообмена. Глубина охлаждения в этом случае зависит от параметров и количества охладителя. Конвективный теплообмен используется как в открытых, так и в закрытых системах. Высокую эффективность охлаждения обеспечивает заградительное охлаждение, при котором охладитель образует на поверхности детали тонкий относительно холодный защитный слой. Различают два типа заградительного охлаждения: пленочное и пористое. При пленочном охлаждении охладитель выдувается на поверхность детали через систему малых отверстий или щелей и за счет этого образует на поверхности защитную пленку. Поскольку пленка быстро размывается основным потоком газа, на охлаждаемой поверхности предусматривают несколько рядов выпускных отверстий. Пленочное охлаждение значительно эффективнее конвективного, поэтому в одинаковых условиях при пленочном охлаждении требуется в 1,5 – 1,8 раза меньше охладителя. Еще более эффективно пористое проникающее охлаждение, при котором поверхность охлаждаемой детали, выполненной из пористого материала, пропускает через поры охладитель. За счет выдува охладителя на поверхности детали образуется тонкий холодный слой, препятствующий теплообмену между горячим газом и поверхностью детали. При пористом охлаждении требуется в 2,5 – 3 раза меньше охладителя по сравнению с конвективным теплообменом.
- схема конвективного охлаждения;
- схема пленочного охлаждения
Также охл ротор.
