4.13 Предельный теплоперепад ступени по условиям прочности

Максимальные напряжения действуют в корне на радиусе R_к

Эта формула имеет полезные модификации:

где - высота рабочей части лопатки; - средний диаметр ступени; - окружная скорость на среднем диаметре; S -торцевая (ометаемая) площадь ступени. Из этих формул видна конечная прочность лопаток постоянного по­перечного сечения, ограничивающая мощность ступени. Ограниченное значение ограничивает теплоперепад.

4.14 Торцевая площадь ступени газовой турбины. Предельный расход

Торцевая площадь ступени , или как еще ее называют, ометаемая площадь, определяется как

где D_cр – средний диаметр ступени, l – длина рабочей лопатки.

Задавшись коэффициентом запаса (на практике коэффициент запаса для рабочих лопаток 2÷2.5) выразим S через допускаемые напряжения.

По определению, массовый расход через ступень

Зависимость расхода через ступень или группу ступеней отражает формула Стодолы-Флюгеля. Для спрофилированной реально существующей ступени максимальный расход будет осуществлен, если в ступени будет достигнута скорость звука. При этом расход через ступень

4.15 Проблемы, связанные с ростом температуры газа перед турбиной

Непрерывный рост начальной температуры объясняется тем, что это дает повышение основных показателей ГТУ: экономичности, удельной мощности, массогабаритных характеристик. Напомним, что термический КПД простой установки, работающей по открытому циклу

Коэффициент использования полезной работы, которая показывает, какая часть мощности, вырабатываемой турбиной идет на привод нагрузки (иными словами, полезная мощность)

Чтобы не “просадить” коэффициент полезной работы совместно с увеличением степени сжатия необходимо увеличивать и верхнюю температуру цикла T₃.Таким образом, при увеличении верхней температуры цикла T₃ увеличивается и КПД цикла.

За последние 25 лет верхний температурный уровень лимитирующих жаропрочных материалов ГТУ рос в среднем не быстрее 10 °С в год из-за трудности повышения их механических свойств. Интенсивный рост температуры газа был бы невозможен без применения систем охлаждения высокотемпературных деталей. Заметим, что научно-технические разработки более эффективных систем охлаждения требуют меньших затрат, чем создание и освоение производства новых материалов.

4.16 Системы охлаждения дисков и роторов

Назначением систем охлаждения газовых турбин является снижение температуры узлов и деталей до такого уровня, при котором можно обеспечить их надежную работу и применить менее дорогие и дефицитные материалы. 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.