28. Открытая воздушная система охлаждения. Закрытое воздушное охлаждение. Закрытое охлаждение с замкнутым контуром.

Рисунок I.33 – Процесс расширения в охлаждаемой турбине

Показатели турбины при закрытом охлаждении. Работа ох­лаждаемой турбины зависит от отведенной теплоты q_OХJI и составляет

, (I.70)

где - коэффициент потери работы.

Коэффициент потери работы можно представить как . Если ввести некоторую температуру T_q как среднюю температуру отвода теплоты q_ОХЛ, равную q_ОХЛ /Δs_ОХЛ (рисунок I.33), то температура газа за охлаждаемой турбиной

Тогда легко получить, что

Теплоту системы охлаждения находят по известному уравне­нию конвективного теплообмена Ньютона—Рихмана. Примени­тельно к охлаждаемому венцу это уравнение имеет вид Q_{ОХЛ i} =α_{Г i} (Т_Г — T_СТ)_iF_i, где α_{Г i}, F_t — средний коэффициент тепло­отдачи и площадь поверхности теплообмена со стороны газа; Т_Г, Т_СТ — средние температуры газа в пределах охлаждаемого венца и поверхности охлаждаемой детали.

Число охлаждаемых венцов n зависит от температуры газа и допустимой температуры стенки Т_СТ.

Показатели турбины при открытом охлаждении. При расчете работы турбины с открытым охлаждением следует учитывать работу, совершаемую охладителем, выпускаемым в проточную часть турбины. L_Т.ОХЛ = L_Т - χ q_ОХЛ+L_ОХЛ g_ОХЛ, где g_охл = G_ОХЛ /G_Т - относительный расход охладителя; q_охл — теплота открытого охлаждения.

Рисунок I.36 – Принципиальная схема открытого охлаждения турбины

Работа охладителя L_охя зависит от условий ввода охладителя в про­точную часть турбины.

Теплота q_oxn при открытом охлаждении за счет изменения параметров газа несколько отличается от этого параметра при закрытом охлаждении. Использование условной температуры газа T_g позволяет предложить принципиальную схему охлаждае­мой турбины, представленную на рисунке I.36, в соответствии с ко­торой q_ОХЛ^ОТК= q’_ОХЛ + q’’_ОХЛ, где q’_ОХЛ =α*_Г c_РГ n’(Т₃ — -T_СТ) и q’’_ОХЛ =α*_Г c_РГ n’’(Т₃ -ΔT_g - T_СТ) - теплота охлаждения до и по­сле ввода охладителя; п' и п" — число охлаждаемых венцов в каж­дой части турбины; ΔT_g= T_g — T'_g — понижение температуры газа за счет ввода охладителя.

Расход охладителя турбины g_oxл зависит от интенсивности охлаждения каждого охлаждаемого элемента и с достаточной точностью может быть определен при подробном газодинамиче­ском расчете проточной части турбины. При этом расчете должны быть учтены конструктивные решения системы охлаждения.

Расход g_охл зависит от физических свойств охладителя. При охлаждении турбины можно условно выделить три составляющие общего расхода охлаждающего воздуха: g^Р_ОХЛ, g^СТ_ОХЛ и g^Л_ОХЛ — расход воздуха на охлаждение элементов ротора, ста­тора и лопаточного аппарата соответственно

В качестве хладагента системы охлаждения турбины находят применение и другие теплоносители, например водяной пар. Расход охладителя в этом случае можно оценить по соотношению удельных теплоемкостей. Например, для определения расхода пара можно рекомендовать формулу g^П_ОХЛ = g_ОХЛс_РВ/с_РП, где с_РВ и с_РП — удельные теплоемкости воздуха и пара соответственно.

КПД охлаждаемой турбины η_{Т ОХЛ} зависит от дополнительных потерь, обусловленных охлаждением элементов проточной части. К числу этих потерь относятся термодинамические и аэродинамические, обусловленные в основном изменением геометрии профиля охлаждаемой лопатки и выпуском охладителя в проточную часть турбины. Термодинамическая потеря энергии, связанная с уменьшением энтальпии рабочего тела за счет отвода теплоты, определяется коэффициентом χ.