книги из ГПНТБ / Жаров Г.Г. Судовые высокотемпературные газотурбинные установки

Величину q определяют на основании поступеичатого расчета либо по формуле В. В. Уварова. В сравнительных и приближенных расчетах количество отведенного при охлаждении тепла можно при­ нимать по графической зависимости, приведенной на рис. 66.

После учета всех внутренних потерь внутренняя работа турбины

Считая, что внутренний к. п. д. неохлаждаемой турбины мало изме­ няется с введением внутреннего жидкостного охладителя, можно принять его постоянным.

В случае охлаждения только части всей турбины ее внутренний к. п. д. можно представить как средневзвешенную величину

_ WlX-i-4BLa _ Le

где индекс один штрих относится к охлаждаемой части турбины, а два штриха — к неохлаждаемой ее части.

Если принять, что внутренние к. п. д. обеих частей охлаждаемой турбины равны между собой, т. е. т|п = "Пв, и равны внутреннему к. п. д какой-то другой неохлаждаемой турбины с такой же изоэнтропийной работой L a , то отношения внутренних к. п. д. охлаждаемой и неохла­ ждаемой турбин можно представить

Чв ий ий

Пример расчета высокотемпературной ГТУ с охлаждаемой жидкостью

§ 20, Расчет ВГТУ с турбинами, охлаждаемыми воздухом

При расчете ВГТУ с охлаждаемой воздухом по открытой схеме турбиной [20 ] учитывают потери на приготовление и прокачивание воздуха по системе охлаждения, изменение аэродина­ мики газового потока и подмешивание в поток более холодного охла­ ждающего агента.

Термодинамическая потеря не учитывается, так как все отведен­ ное тепло в процессе охлаждения при смешении возвращается потоку. Правда, происходит некоторое перераспределение перепадов. Но вследствие того, что падение температуры газового потока незначи­ тельно (единицы градусов) в сравнении с разностью температур за счет расширения (сотни градусов), это перераспределение не оказы­ вает значительного влияния на потерю энергии.

Основной потерей при воздушном открытом охлаждении является потеря, связанная с отбором и прокачиванием охлаждающего воз­ духа. При этом часть воздуха, возвращенного в цикл после охлажде­ ния горячих деталей, обычно учитывают при расчетах. Потери, свя­ занные с изменением аэродинамики потока и подмешиванием в поток более холодного воздуха, учитывают с помощью специальных коэф­ фициентов, полученных экспериментально для определенных кон­ струкций систем охлаждения.

При создании охлаждаемых турбин всегда необходимо внима­ тельно анализировать целесообразность сокращения расхода охла­ ждающего воздуха и соответственно потерь, связанных с его приго­ товлением, и других видов потерь, которые возникают при этом.

Так, увеличение шага решетки уменьшает количество воздуха на охлаждение, но одновременно снижает и к. п. д. ступени. Поскольку при воздушном охлаждении происходит отбор воздуха от компрес­ сора, то для оценки потери необходимо определить ту работу, которую

Чаще всего воздух на охлаждение отбирается за последней ступенью компрессора высокого давления. В этом случае

I — ^"а- к •^Зр — v, •

Чк

Количество воздуха, необходимое для охлаждения каждого узла турбины, определяется из интенсивности охлаждения этого узла, полученного экспериментально. Возвращенную работу авторы пред­ лагают рассчитывать по зависимости

параметров в месте подмешивания до параметров газа за турбиной);

їїр — условный к. п. д. процесса расширения, к которому отне­ сены все потери, возникающие при вытекании охладителя в проточную часть.

Условный к. п. д. определяют экспериментально в зависимости от конструкции системы охлаждения и параметров потока. Основное влияние на этот коэффициент оказывает, как показали эксперименты, реактивность у корня лопатки. В результате проведенных опытов получено, что потеря по к. п. д. ступени зависит от расхода охлаж­ дающего воздуха и реактивности у корня:

Д г , ~ 0 , 6 3 ( 1 - 4 р к ) 2 ё о х л г .

По имеющимся в литературе данным, т ] р х ^ 0,6—0,7; тір.л^ 0,6— 0,8; г)р.к*=«0,3—0,5. Если принять во внимание эти величины, то отношение возвращенной работы в цикле к затраченной лежит в пре­ делах

ц.= ^ £ ~ 0 , 4 - 0 , 6 .

^з.р

мощью которого можно было бы сравнить рассматриваемые системы охлаждения. Лучшим критерием для этого могла бы быть зависимость температуры лопатки от количества охлаждающего воздуха. Однако известно, что зависимость средней температуры лопаток от относи­ тельного расхода воздуха неоднозначна.

Очень часто в практике проектирования для сравнения эффектив­ ности различных систем охлаждения лопаток используют зависимость относительной температуры от относительного расхода воздуха

Сравнение эффективности охлаждения показывает, что лучшие результаты получают при использовании полой тонкостенной ло­ патки со вставным дефлектором. При одинаковом расходе охлаждаю­ щего воздуха можно добиться того, что температура этой лопатки будет меньше или при одинаковой температуре стенки расход воз­ духа будет меньше, чем у лопаток с каналами.

Лопатки с петлевой системой охлаждения двигателя «Конвей» имеют меньшую эффективность. Однако, по мнению автора работы [74], вследствие равномерного температурного поля по профилю и по высоте такие лопатки имеют меньшие температурные напряже­ ния и используются для машин с большим ресурсом. Лопатки с ра­ диальными отверстиями двигателя «Олимп» (см. рис. 44) имеют не­ сколько большую эффективность охлаждения, чем лопатки с петлевой системой охлаждения. В лопатках с радиальными отверстиями про­ пускная способность ограничена, а неравномерность температурного поля по высоте и в поперечном сечении достигает 300 К, что приводит к дополнительным температурным напряжениям. Последние увеличиваютобщие напряжения в средней по хорде части лопатки до такого уровня, когда возникают большие деформации ползучести вблизи вогнутой стороны лопатки, что вызывает коробление последней.

Такой анализ и сравнение эффективности можно проводить только