7.2. Особенности распределения температуры по поверхности рабочих лопаток

Характер выходного сигнала ФП во многом определяется распределением температуры по траектории визирования. Рассмотрим особенности данного распределения.

Повышение температуры газа перед турбиной, Тг, привело к создания охлаждаемых рабочих и сопловых лопаток. Если бы лопатка была неохлаждаемой, то изготовление ее из материала, допускающего повышение температуры, например на 50К, дало бы возможность на столько же повысить температуру газа перед турбиной .Если же сделать из этого материала охлаждаемую лопатку, то чем больше интенсивность ее охлаждения, тем на большую величину можно было бы повысить температуру газа. Прочность лопатки напрямую зависит от ее температуры, которая должна быть ограничена для выбранного материала лопатки и температурных напряжений, имеющих место из-за неравномерного температурного поля. Конструкция лопатки и способ ее охлаждения должны обеспечивать необходимую температуру, а ее распределение должно быть равномерным как в установившемся режиме, так и при быстром нагреве или охлаждении. В настоящее время наибольшее применение нашло воздушное охлаждение: конвективное, струйно-конвективное, пленочное и пористое.

Характерной особенностью авиационных ГТД является влияние условий полета – высоты и скорости на температуру лопаток. С увеличением высоты уменьшается коэффициент теплоотдачи охлаждающего воздуха  ухудшаются условия внутреннего теплообмена. При увеличении скорости на постоянной высоте температура воздуха на входе увеличивается, что приводит к увеличению температуры охлаждающего воздуха и снижению эффективности охлаждения.

У охлаждаемых лопаток наблюдается большая неравномерность температуры по поверхности, особенно по профилю лопатки. Наиболее нагретыми участками лопатки являются входная и выходная кромки. Это объясняется трудностью организации охлаждения вблизи кромок и специфическим распределением коэффициента теплоотдачи газа _г к поверхности лопатки. Максимальное значение _г соответствует точке разделения потока газа, то есть входной кромке.

Рис.7.4.Зависимость температуры лопатки от режима полета

На рис.7.4 показана связь температуры лопаток с режимами полета, а на рис.7.5 ее распределение по профилю лопатки

Рис.7.5. Распределение температуры по поверхности лопатки

В местах перехода цилиндрической поверхности входной кромки в линейный участок лопатки величина _г резко изменяется. На выходной кромке _г вновь увеличивается из-за перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный.

Как видно из рис.7.5, максимальные градиенты температуры возникают в местах перехода цилиндрической поверхности входной кромки в линейные участки «спинки» и «корыта» лопатки, а так же на выходной кромке лопатки.

На отдельных участках охлаждаемых лопаток градиент температуры достигает 25 /мм. В радиальном направлении он значительно ниже. У неохлаждаемых лопаток градиенты температуры по поверхности малы и не превышают 3/мм по поверхности среднего сечения.

Абсолютная температура и ее распределение по поверхности лопатки зависит от многих факторов: конструкции, режима работы ГТД, режимов полета. Неравномерность температуры по поверхности среднего сечения лопатки достигает 200С, при этом градиенты температуры на входных и выходных кромках достигает 25 /мм, в радиальном направлении они на порядок ниже. Наиболее нагретыми, как правило, являются входная и выходная кромки. Диапазон изменений температур составляет от 700-1050с.