32. Охлаждение турбин. Характерные неисправности.

Развитие авиационных ГТД характеризуется быстрым (на

20-30 град. в год) увеличением температуры газов перед турбиной, которая достигает у серийных двигателей 1500-1600 град. Одним из основных путей создания высокотемпературных турбин является интенсивное охлаждение сопловых и рабочих лопаток.

Системы охлаждения турбинных лопаток могут быть подразделены на замкнутые и открытые. В замкнутых системах жидкий или газообразный теплоноситель циркулирует в замкнутом контуре, включающем в себя внутренние полости лопаток и теплообменник, в котором нагретый в лопатках теплоноситель охлаждается воздухом или топливом. В открытых системах воздушного охлаждения лопаток воздух, отбираемый от компрессора, используется непосредственно для охлаждения лопаток и выпускается затем в проточную часть турбины. Такие системы благодаря своей простоте получили широкое распространение, Хотя более сложные замкнутые системы могут обеспечить значительно более интенсивное охлаждение лопаток.

В авиационных ГТД используется два основных способа воздушного охлаждения лопаток:

- внутреннее конвективное охлаждение, при котором воздух проходит по каналам внутри лопатки и выпускается затем в проточную часть турбины за лопаткой;

- заградительное охлаждение, при котором воздух через систему щелей или отверстий выпускается на поверхность лопатки и создает пленку, защищающую лопатку от непосредственного соприкосновения с горячими газами.

Охлаждаемые рабочие лопатки позволяют уве­личивать рабочую температуру газа перед турбиной или применять для изготовления лопаток менее дефицитные материалы. Охлаждение лопаток в основном осуществляется воздухом, отбираемым из компрес­сора, хотя возможно охлаждение и жидкими охладителями (вода, топливо, расплавленные металлы, например натрий и др.).

В настоящее время применяют в основном два типа охлаждаемых рабочих лопаток: каркасные и составные. Каркасная лопатка (рис. 32, е) состоит из несущего стержня-каркаса и покрывающей его тонкостенной оболочки. Между каркасом и оболочкой имеются каналы для прохода охлаждающего воздуха. Такие лопатки по своим аэроди­намическим качествам мало уступают цельным, неохлаждаемым, но наличие на стержнях поперечных канавок сильно снижает их проч­ность. Составные лопатки (рис. 32, в) выполняются из двух отдельных частей. Каждую часть изготовляют отдельно, а затем на стыкуемых поверхностях выфрезеровывают каналы. После соединения обеих частей внутри лопатки образуются полости для прохода охлаждающего воз­духа.

Рис. 32. Охлаждаемые рабочие лопатки (поперечные сечения)

Кроме перечисленных способов охлаждения рабочих лопаток, воз­можно охлаждение при помощи защитной пленки (заградительное ох­лаждение). Такой способ основан на принципе создания защитного слоя охладителя между горячим газом и поверхностью лопатки. В этом случае в стенках лопаток имеется ряд щелей, через которые охладитель вдувается в пограничный слой газа у лопатки.

Охлаждение лопаток путем отвода тепла в обод диска является наи­более простым способом, однако эффективность его зависит от типа замка крепления лопатки и теплопроводности материала лопатки

Параметрические дефекты

Суть такого рода дефектов заключается в несоответствии уровня определённых пара­метров установленным нормам, оговоренным в технических условиях. Например:

• Высокая температура элементов статора (корпуса, СА, опоры и т.п.).

• Высокая температура элементов ротора (дисков, РЛ, валов и т.п.).

• Завышен расход воздуха для охлаждения элементов турбины.

• Недобор КПД турбины (или её отдельного каскада).

• Увеличенная закрутка газа на выходе из турбины.

• Нестабильность давлений в полостях турбины.

• Повышенный теплоподвод в масло в узле турбины.

• Перегрев стенок масляной полости и труб суфлирования.