2. Системы охлаждения лопаток газовых турбин.

Системы охлаждения турбинных лопаток подразделяются на открытые (рис. 4.11) и замкнутые (рис. 4.12).

В открытых системах охладитель (обычно воздух, отбираемый от компрессора) используется для отвода тепла однократно, после чего выпускается в проточную часть турбины.

Открытые системы воздушного охлаждения элементов газовой турбины сравнительно просты, надежны в работе и достаточно эффективны, благодаря чему получили широкое распространение.

К недостаткам открытой системы охлаждения можно отнести большие затраты энергии на сжатие и подачу охлаждающего воздуха; ухудшение эффективности системы воздушного охлаждения с увеличением и скорости полета (из-за роста температур охлаждающего воздуха и уменьшения пропускной способности системы охлаждения).

Рис. 4.11. Схема открытой системы охлаждения:

1 - отбор воздуха; 2 - отбор тепла и выпуск охлаждающего воздуха;

К – компрессор; КС - камера сгорания; Т - турбина

В замкнутых системах жидкий или газообразный теплоноситель циркулирует в замкнутом контуре, включающем внутренние полости лопаток и теплообменник. Отбирая тепло от горячих лопаток, нагретый теплоноситель охлаждается в теплообменнике потоком относительно холодного воздуха или топливом. В качестве теплоносителя в таких системах могут использоваться нейтральные газы, а также жидкие теплоносители. Замкнутые системы обладают большей эффективностью охлаждения (меньше затраты на охлаждение и более глубокое охлаждение), но они более сложны по конструкции, менее надежны в эксплуатации и имеют большую массу.

Рис. 4.12. Схема замкнутой системы охлаждения:

Б - бак с запасом охлаждающей жидкости; ПН - подкачивающий насос; Р - внешний радиатор; 1 – отбор тепла; 2 и 3 – вxод и выxод охлаждающего воздуха

Жидкостное охлаждение лопаток в авиационных ГТД пока не применяется, но работы по созданию таких систем ведутся в направлениях:

а) использования принципа «термосифона» (когда тепло, оттираемое от лопаток жидким теплоносителем, передается воздуху в автономных радиаторах);

б) применения испарительно-конденсационного принципа «тепловой трубки» (тепло, отбираемое от лопатки испаряющимся жидким теплоносителем, передается воздуху в радиаторе; сконденсированная жидкость возвращается в горячую зону по фитилю трубки капиллярными силами);

в) применения циркуляционных систем с принудительной прокачкой охлаждающей жидкости.

Из известных способов охлаждения лопаток газовых турбин существенными преимуществами (прежде всего простотой и эксплуатационной надежностью) обладает открытая система воздушного охлаждения. Это и сделало ее наиболее распространенной и пока единственной практически осуществимой схемой охлаждения турбин авиационных двигателей. Однако при такой системе с ростом температуры газа и соответственно потребного расхода охлаждающего воздуха уменьшается выгода от повышения температуры газа. Поэтому одной из основных задач является повышение интенсивности охлаждения лопаток с целью снижения расхода охлаждающею воздуха.