Тема 16 Основные параметры ступени турбины (Кн1 стр147).
Ступень турбины прежде всего характ-тся своей геометрией. Основными геом-кими раз-мерами РК (рис9.7) явл-ся:
Dт – нар-ный диам (по концам лопаток);
Dвт – внутр-й диам (по основанию лопаток);
Dср – средний диам
Dср = Dт + Dвт/2
Отношение Dвт и Dт принято называть относительным диам-ом d= Dвт/ Dт.
Втеории турб широко польз-ся понятием относ-ной длины лопаток h /Dср , под кот-ой понимают отношение h к ср-му диам Dср , Очевидно, что d и h /Dср между собой связаны однозначно.
Относ-ная длина лопаток 1-ой ступени турб ТРД, ввиду достаточно плотности газа п-д турб-ой, не очень велика 1/6...1/12(d=0,70...0,85)
Относ-ная длина лопаток последней ступени турб, ввиду падения плотности газа при его расширении, существенно больше 1/5...1/4(d=0,65...0,6).
Выбор относ-ной длины лопаток непременно связан с величиной ск-сти турб. Окр-ная ск-сть (u) явл-сяосн-ным параметромтурб. Чем больше относ-ная длина лопатки, тем меньше должна быть окр-ная ск-сть из прочностных соображений. Для турб ГТД на ср-ем радиусе
измен-ся от uср= 270...370м/с до 450...500м/с.
Др-ми парам-ми турб явл-ся ск-сть с0 газа на вх в СА первой ступении осевая ск-сть с2а на вых из раб-х лопаток последней ступени, определяющая длину лопатокэтой ступени. Зна-чение с0колеблется в пределах от 150 до 200м/с, а значение с2а = 200...350м/с и более.
Помимо абсолютных значений параметров в теории турбин важное значение имеют относ-ные параметры ступени. К относ-ся:
Отнош-е давл-я п-д и за ступенью р*0 / р2 = πст, называемое степенью расширения газа или степенью пониж-я давл-я. Для краткости мы будем называть ее перепадом
давл-я ступени. Ср-ее значение πст= 1,7...2,2
Степень реактивнос ступени. Под степ-ью реакт-сти понимают отнош-ие распола-
гаемого телплоперепада в колесе к располагаемому теплоперепаду в ступени,т.е.
ρ = Hк /H
Для авиа-х турб на среднем радиусе ρ = 0,3...0,4. Это означает, что 60...70% распо-логаемой энергии срабатывается на лопатках СА, а 30...40% на лопатках РК.
Коэффициент нагрузки ступени турб или коэф-нт мощности понимают отнош-ие эф-ной раб ступени к u2, т.е.
µт = Lт / u2.
Коэф-нт нагрузки харкт-ет нагружность ступени турбины при заданной ск-сти.
Для турб ТРД µт на ср-нем радиусе изм-ся в пределах 1,2...1,8.
Тема 17 Система охлаждения лопаток газовых турбин ад (Кн1 стр 187).
Развитие авиа-х ГТД идет по пути повыш-я tг п-д турбиной, что позволяет увел-ть тягу (мощность) на каждый килогр в-ха и умен-ть массу дв-ля, а в сочетании с ростом степени повыш-я давл-я πк*(и степени 2хконтурности) уменьшить и удельный расход топлива.
В настоящее время на дв-лях повыш-я tг п-д турбиной от1500К до 1800К. Увел-ние tг ог-ранич-ся прочностью раб-х лопаток турбины. Для сохр-нии необ-мой надежностиработы элементов газовой турбины идет по двум напр-ниям;
Повышение жаропрочности и жаростойкости материалов,
Разработка керамических и спеченных материалов для турбинных лопаток, кото-рые не изменяют своихмеханических свойств при нагреве до 1550К. Однако их низкая пластичность, чувствительность к вибрациям, ударным нагрузкам и мест-ным концентрациям напряжений пока не позволяют их применять в дв-лях.
Наиболее важным направлением повыш-я tг п-д турбиной явл-ся охлаждение сопловых и рабочих лопаток,а также других наиболее нагретых и нагруженных деталей турбины.
Система охл-ия турбинныхлопаток подразд-ся на откые и замкнутые.
В откр-тых сист-ах охладитель (в-х отбир-мый от компр-ра) исп-тся для отвода тепла от лопаток однократно , после чего выпускается в проточную часть турб (рис11.1).
Отрк-тые сист охлаж-ия сравнительно просты по конструкции и достаточно эф-ны, полу-чили распространение.
К недостаткам можно отнести большие затраты энергии на подготовку и подачу охлади-теля (в-х); ухудшение эф-сти сист возд-го охлаждения.
В замкнутых системах жидкий или газообразный теплоноситель циркулирует в замкну-том контуре, включающем внутренние полости лопаток и теплообменник (рис11.2). Отби-рая тепло от горячих лопаток, теплоноситель охл-ся в теплообменникепотоком относ-но хол-го в-ха или топливом. В качестве теплоносителя в таких сист-х могут исп-ться нейтр-
ные газы или жидкие теплоносители. Замкнутые сист-ы охл-ния обладают большей эф-стью охл-ния (меньше затраты на охл-ние и более глубокое охл-ние), но они более сложны по конструкции, менее надежны в экспл-ции и имеют большую массу.
Из всех известных сп-бов охл-ния лопаток газовых турбин сущес-ными преимуществами
(прежде всего, простотой и экспл-ной надежностью) обладает открытая сист воздушного охл-ния. Она наиболее распространенной и пока единственной практически осуществи-мой схемой охлаждения турбин АД. Одной из основных задач явл-ся повыш-ие интенсив-ности охлаж-я лопаток с целью снижения расх охлаждающего в-ха.
Три способа охл-ния турбинных лопаток:
Путем конвективноготеплообмена;
Пленочного (заградительного) охл-ия;
Пористого охл-ия.
При конвективном охл-нии лопаток охл-щий в-х проходит по спец каналом внутри лопат-ки и выпус-ся в проточную часть турбины. Некот-рые сх-ы охл-ния раб-х лопаток показа-ны на рис 11.3 и 11.4
В зав-сти от характера движ-я охлаждающего в-ха вып-ются лопатки с прод-ми, попер-ми и смешанными охлаждающими каналами. На рис11.3 охлаждающий в-х вх-т со сторо-ны замковой части лопатки во все каналы и протекая по продольным каналам, выбрас-ся
радиальный зазор.
Достоинством продольной схемы охл-ния лопаток явл-ся простая технол-ия изгот-ния, эф-ность охл-ния высокая, однако неравном-сть темпер-рного поля по высоте и по профи-лю лопатки (разница Т0 г до 200К)
Стремление к повышению эф-сти охл-ния и снижению неравном-сти темпер-рного поля лопатки привело к появлению петлевых схем (см рис 11.4,а), дефлекторных лопаток с по-перечным течением охладителя и развитой внутренней поверхности теплообмена, введе-нию оребрения входной и выходной кромок и лопаток
Наиболее эф-ным явл-ся пористое охл-ния. Лопатки с такими охл-нием (рис11.6) сост-т
из внутреннего несущего стержня 1 с профилированными ребрами и пористой оболочки 2
образующей профильную часть. Оболочка лопатки выполняется из проницаемых материа-лов (пористых, многослойных перфорированных, сеток). Ребра на стержне сл-т для покре-
пления оболочки и образуют продольные каналы, по которым проходит охлаждающий
в-з. Пористое охл-ние отлич-ся от пленочного более мелкими разм-ми отверстий (пор) и меньшей упорядоченностью их расположения. Сущность пористого охл-ния закл-ся в том, что в-х проходя ч-з мелкие отвер-я (поры или перфорации) в стенке лопатки, отбира-ет от него тепло и образует сплошной теплозащ-ный слой на ее наружной поверхности.
Наилучший результат пористой схемы охл-ния дает оболочка, выполненная из многослой-ного перфорированного материала(рис 11.7). При рацион-ном распол-нии отвер-стий в сло-ях материала повысит эф-сть охл-ния в 1,5…1,6 раза по сравнению с лопатками канальной констр-ий.
В закл-ние, при длительной экспл-ции дв-ля происх-т засорение пор оболочки твердыми частицами пыли и продуктов сгорания, что также ухудшает надежность раб сист охл-ния.
Шероховатая поверхность лопаток вызывает сниж-ие КПД турб.