1. Способы охлаждения элементов газовых турбин.

Охлаждение рабочих лопаток - несравнимо более сложная задача, чем охлаждение направляющих, из-за существенно большей их нагру­женности™, уменьшения поперечного сечения профиля к периферии, большой закрутки при умеренных втулочных отношениях. Еще в самых ранних конструкциях газовых турбин для снижения температуры корневой части рабочей лопатки был использован теплоотвод в диск; имеющий более низкую температуру.

На первом этапе внедрения охлаждаемых рабочих лопаток полу­чили распространение лопатки с продольным течением охладителя (рис.5.2, а). Для современных и перспективных высокотемпературных газовых турбин такие рабочие лопатки недостаточно эффективны для первой ступени, однако могут быть при­менены для последующих ступеней.

Более распространены рабочие лопатки внутреннего конвективного охлаждения со смешанным течением охлаждающего воздуха при выпус­ке основной части его через выходную кромку (рис.5.2, б). Внутри такой лопатки размещены прерывистые и наклонные перегородки, штырьки и другие турбулизаторы, значительно интенсифицирующие теплообмен

Рис.5.2. Конструктивные схемы охлаждаемых рабочих лопаток:

а - с продольным течением охладителя; б - со смешанным течением

охлаждающего воздуха; в - с дефлектором и выпуском воздуха в выходную

кромку; 1 - корпус лопатки; 2 – дефлектор

Высоких коэффициентов теплоотдачи можно достичь в дефлекторных рабочих лопатках с преимущественным поперечным течением охладителя и выпуском его в кромку (рис.5.2, в).

Системы охлаждения дисков и роторов

Все системы охлаждения относятся к внешним конвективным системам охлаждения.

Наиболее распространены следующие системы охлаждения дисков и роторов (Рисунок 4.16.1):

a) обдув обода диска с обеих сторон или с одной стороны воздушными струями в зоне хвостовых соединений рабочих лопаток;

б) продувка воздуха под полками рабочих лопаток или через зазоры в хвостовых соединениях;

в) обдув боковой поверхности диска (радиальный обдув);

г) комбинирование струйного обдува обода с радиальным;

д) заградительное пленочное охлаждение на внешней поверхности ротора.

Системы охлаждения статоров

С

Рисунок 4.18.1 Схема охлаждения статора турбины с термобарьерными сегментами:

1 - полость подвода низконапорного охлаждающего воздуха; 2 - обойма ТВД; 3 - сегменты; 4 - экран

истема охлаждения статоров должна обеспечивать одинаковую тепловую инерцию ротора и статора, поэтому при проектировании особое внимание уделяют деталям, которые определяют радиальные зазоры по лопаточному аппарату. Ими являются обоймы или другие промежуточные детали, в которых закрепляют направляющие лопатки. Их охлаждают до определенной температуры, которую выбирают, учитывая среднюю температуру рабочих колес. При близких значениях средних температур ротора и обойм возможно достижение минимальных радиальных зазоров по лопаточному аппарату на всех рабочих режимах ГТУ. Особенно хорошие результаты можно получить при приблизительно одинаковой тепловой инерции ротора и статора, В этом случае обеспечивается сохранение малых радиальных зазоров в длительной эксплуатации, меньшее снижение эксплуатационного КПД в межремонтный период, меньший объем ремонтных работ по восстановлению зазоров.

Сопловые лопатки обычно устанавливают не непосредственно в обоймы, а в специальные термобарьерные сегменты (рисунок 4.18.1). Наружный корпус можно выполнить из углеродистых или низколегированных сталей, а материал промежуточных деталей выбирают в зависимости от их температурного состояния: средние и высоколегированные стали или сплавы на никелевой основе.

Наружный корпус турбины в стационарных ГТУ обычно является средне- или низкотемпературным в зависимости от выбора места отбора охлаждающего воздуха: после компрессора или из его промежуточной ступени. В некоторых конструкциях отбираемый воздух предварительно кондиционируют, т.е. охлаждают в специальных теплообменниках, иногда очищают.

Широко распространено применение внутренней теплоизоляции наружных корпусов для снижения теплового потока от высокотемпературных деталей. Корпус, укрытый снаружи тепло- и звукоизолирующим кожухом, обдувается специально прокачиваемым или просасываемым воздухом. Двигатели судового и авиационного типа обычно развитой внутренней теплоизоляции не имеют, их охлаждают путем просасывания воздуха за счет разрежения в дымовой трубе или обдувом.

В системах охлаждения статора стационарных ГТУ значительное место занимают внутренние подшипники, расположенные в труднодоступных горячих местах. Обычно в их картерах давление атмосферное, они защищены от теплоподвода кожухом, тепловой изоляцией, охлаждаются маслом и воздухом, поступающим через лабиринтовые уплотнения подшипника. Отвод теплоты маслом вызывает увеличение размеров маслоохладителей и расхода электроэнергии, а поступление в масляную систему большого количества воздуха приводит к повышенному окислению масла и снижению срока его службы.