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

Изменение температуры охлаждающего воздуха в пределах от 473 до 673 К не влияет на осевую разность температур при обеих рас­ сматриваемых системах охлаждения. В радиальном направлении разность температур в 2—2,5 раза больше при охлаждении дисков с помощью вращающегося экрана, чем с помощью заградительной воздушной пленки. Причем этот разрыв увеличивается с уменьше­ нием начальной температуры охлаждающего воздуха. Снижение начальной температуры охлаждающего воздуха в 2 раза при охлаж­ дении диска с помощью вращающего экрана увеличивает радиальную разность температур почти на 60%, а с помощью заградительной пленки всего на 10%. Эти расчетные данные подтверждаются мно­

служить основой для получения температурных напряжений в охлаж­ даемых дисках, что является важным звеном в оценке надежности работы всей газовой турбины.

На основании проведенных исследований можно считать, что расчет температурных полей охлаждаемых дисков методом конечных разностей на ЭЦВМ позволяет вычислить температуру в любой точке диска с заданной точностью и учитывать изменение толщины диска по радиусу и изменение граничных условий. Наиболее эффективной с точки зрения обеспечения наименьшей разности температур в диске является система охлаждения с помощью воздушной заградительной пленки. Для снижения разности температур в диске целесообразно увеличивать температуру охлаждающего воздуха.

Наряду с воздушным охлаждением дисков газовых турбин при­ меняют охлаждение дисков при помощи водяных экранов, которое в сочетании с воздушным охлаждением может быть весьма эффек­ тивным. Экспериментальные исследования экранного и экранновоздушного охлаждения на моделях дают основания считать, что экранное охлаждение в некоторых случаях требует меньших затрат энергии, чем воздушное. Однако практического применения водя­

ного. Сравнение произведено по среднеарифметической температуре по оси диска в зависимости от изменения расхода воздуха. При чисто экранном охлаждении значение среднеарифметической темпе­ ратуры соответствует на рис. 123 точкам на оси ординат, когда

GB = 0.

Из приведенных экспериментальных зависимостей на рис. 123 видно, что чисто экранное охлаждение при глубоком экранирова­ нии имеет такую же интенсивность, как воздушно-струйное при рас-

или

чаем систему трех дифференциальных уравнений для определения температуры диска:

Применяя для решения уравнения (266) преобразование Лапласа 00

О = J lAe~sxdx;

о

со

(44 -|- п + s) Q1 — 6402 + (20 -J- 4л) 93 = 4nQ's + tms - j - nil)

(5 — 1,5m) 0! — (16 -І- п + s) 02 + [11 + 1,5п + 0,25 (6 + п) т] 03 =

Решить систему (269) алгебраических уравнений можно с помощью определителей

(при і = 1, 2, 3), получаем:

Применив теорему разложения операционного исчисления для обратного перехода к определению температуры диска, получим

д і s&sa S i (s — s2 ) (s , — s3 ) ~т"

Полученное решение можно применить для расчета распределе­ ния температуры по радиусу диска с учетом его охлаждения и пе­ ременной толщины. Однако проведенные расчеты [77] показывают, что решение без учета изменения толщины диска для существующих газовых турбин незначительно отличается от полученного. Поэтому для практических расчетов можно применять решения, не учиты­ вающие изменения толщины диска по радиусу.

Охлаждение дисков при переменных режимах работы способ­ ствует снижению разности температур, вследствие чего определяю­ щим режимом, с точки зрения температурных напряжений, является установившийся режим 162], что подтверждается эксперимен­ том.

При эффективно организованной системе охлаждения диска, работающего в потоке температуры, принципиально можно достичь такого распределения температуры по его радиусу, что при любых режимах работы турбины температурные напряжения будут мини­ мальными н необходимости в учете их не будет. Поэтому главными мероприятиями для обеспечения меньших напряжений в дисках являются:

§59. Температурное состояние охлаждаемого ротора газовой турбины

из названных конструкций распределены по-разному. Однако оче­ видно, что в цельнокованых роторах при запусках и остановках двигателей будут возникать большие температурные напряжения из-за большей их массивности и меньшей возможности равномерно прогреваться, чем у составных.

Рассмотрим температурное состояние цельнокованого охлаждае­ мого ротора при пуске и остановке ГТ-25-700 [53]. Возникающие разности температур в цельнокованом охлаждаемом роторе зави­ сят от механических свойств материала ротора, расхода и параметров охлаждающего воздуха и режима запуска и остановки. Семиступенчатый ротор турбины ГТ-25-700 изготовлен из стали перлитного класса 25Х2МФ. Для первых ступеней рабочих лопаток применена сталь ЭИ612. Механические свойства материалов ротора приведены в табл. 40.

Воздух охлаждает только первые четыре ступени путем после­ довательной продувки зазоров в хвостовых соединениях лопаток. Расход и давление воздуха, представленные в табл. 41, составляет 1 %.

В зависимости от режимов течения газа и охлаждаемого воздуха коэффициенты теплоотдачи по проточной части были приняты:

работы с мгновенным поднятием температуры газа до номиналь­ ного значения оценивается радиальной разностью температур.

бежное циклическое повторение таких режимов приводит к появле­ нию трещин в лопатках, а иногда и к их поломкам задолго до того, как будет исчерпан ресурс, определенный по длительной проч­ ности.

Проведенные расчеты многими авторами показывают, что при резком изменении температуры газа разность температур централь­ ной части и кромок лопаток может достигать 50—80% от величины заторможенной температуры газа.

Одним из способов снижения температур в сечении лопатки при запусках машин является уменьшение толщины лопатки в ее сред­ ней части. Для охлаждаемых оболочковых лопаток разности темпе­ ратур будут значительно меньше, так как толщина оболочки невелика.