4.17 Системы охлаждения лопаток газовых турбин

Сопловые лопатки конвективного охлаждения с дефлектором Вставной тонкостенный дефлектор позволяет организовать хорошее конвективное охлаждение стенок и струйное охлаждение изнутри входной кромки лопатки. Охладитель покидает лопатку чаще всего через выходную кромку, выполняемую полой, или рядом с ней.

Сопловые лопатки с конвективно-пленочным охлаждением применяют для более высоких температур газа, чем требуется при чисто конвективном охлаждении. Достоинство конвективно-пленочного охлаждения лопаток: возможность дополнительного снижения температуры металла на 100 °С и более по сравнению с чисто конвективным охлаждением; и лопатки с внутристеночным охлаждением.

конвективного охлаждения с дефлектором; б - конвективно-пленочного охлаждения; в - проникающего охлаждения; г - внутристеночного охлаждения.

Охлаждение рабочих лопаток – на первом этапе внедрения охлаждаемых рабочих лопаток получили распространение лопатки с продольным течением охладителя

Достоинства такого способа охлаждения: сравнительная простота конструкции; возможность выполнения отверстий как при отливке лопатки, так и электроэрозионным или иным способом в штампованной заготовке или обработанной лопатке.

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

Высоких коэффициентов теплоотдачи можно достичь в дефлекторных рабочих лопатках с преимущественным поперечным течением охладителя и выпуском его в кромку (рисунок 4.17.2 в). Удачно разработанный дефлектор выполняет также функцию демпфера колебаний.

а - с продольным течением охладителя; б - со смешанным течением охлаждающего воздуха; в - с дефлектором и выпуском воздуха в выходную кромку.

4.18 Системы охлаждения статоров

Система 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

5. Динамика и прочность турбомашин

5.1. Конструкции рабочих лопаток. Основные элементы лопаток, расчетные сечения и размеры. Геометрические характеристики сечений лопаток

Рабочие лопатки входят в состав роторов турбомашины. Конструктивно состоят из рабочей части (пера) и хвостовика , служащего для крепления лопатки на роторе. Зону плавного перехода пера в хвостовик, обеспечивающую отсутствие концентрации напряже­ний, называют галтелью. В периферийной и средней части пера с целью повышения экономичности, вибрационной прочности часто выполняют бандажные полки и, иногда, отверстия под бандажную проволоку. Для предупреждения поломок лопаток при их случайных задеваниях о статор на периферийных торцевых поверхностях выполняют утонения и усики радиального уплотнения , которые срабатываются при задеваниях.

Для крепления лопаток турбин и компрессоров применяют хвосто­вики следующих вариантов; трапециевидный ("ласточ­кин хвост"), елочный, зубчиковый.

Требуемые геометрические характеристики сечений определяют по известным интегральным формулам сопротивления материалов:

Площадь сечения: .

Моменты инерции относительно конструктивных осей:

Координаты центра тяжести

Моменты инерции относительно центральных осей:

Моменты инерции сечения относительно главных центральных осей определим как максимальный и минимальный:

Ориентация главных центральных осей определится углом , отсчитываемым от оси Х1.