1. Общая характеристика двигателя 5 1 Конструктивнокомпоновочная схема двигателя 5
 Скачать 2.33 Mb.
|
3. Разработка мероприятий по усовершенствованию системы охлаждения турбины высокого давления вертолетного двигателя3.1 Анализ способов охлаждения газовых турбинОхлаждению в различной степени подвергаются практически все детали турбины. Способы охлаждения достаточно разнообразны. Простейшим является поддержание допустимой температуры детали за счет теплоотвода в менее нагретый элемент. Пример такого способа - охлаждение рабочих лопаток отводом тепла в диск. При этом интенсификация отбора тепла достигается охлаждением диска, продувкой воздухом соединений лопаток с диском и повышением теплопроводности как материала, так и соединений. Снижение температуры лопатки происходит в корневых и близлежащих к ним сечениях и относительно невелико (50...80° в корневых сечениях), но приводит к увеличению допустимых напряжений в наиболее нагруженной части лопатки. Достаточно эффективен рассматриваемый способ в коротких лопатках низкотемпературных турбин (температура газа перед турбиной не выше 1150... 1200 К). Повышение рабочих температур деталей горячего тракта газотурбинных двигателей достигается благодаря применению новых высокожаропрочных материалов, получаемых прогрессивными технологическими методами, а также использованию различных видов термической обработки, включая горячее изостатическое прессование (ГИП). Известно, что в процессе работы материал лопаток горячего тракта современных ГТД может достигать температур 1100…1150°С, поэтому проблема эффективного охлаждения лопаток является чрезвычайно важной. Существуют по крайней мере два пути повышения эффективности воздушного охлаждения. Первый, общепринятый способ, заключается в использовании конвективно-пленочного охлаждения, которое осуществляется путем оптимизации движения воздушных потоков во внутренних полостях лопаток и достижения устойчивости воздушной пелены на внешних поверхностях лопаток. В результате совершенствования конструкций лопаток с конвективно-пленочным охлаждением удалось повысить температуру газа на входе в турбину до 1800–1850К, что является пределом для данного способа охлаждения. Второй способ заключается в разработке принципиально новых схем охлаждения, например таких, как транспирационное и близкое к нему двустенное охлаждение. Транспирационное охлаждение обеспечивает весьма высокую эффективность путем просачивания воздуха через пористую стенку, но большим недостатком этого метода является загрязнение пористой стенки, что серьезно снижает эффективность охлаждения. Тем не менее известны по крайней мере три патента, посвященные конструкциям лопаток с транспирационным охлаждением В последнее время авиадвигателестроительные фирмы разрабатывают новые высокоэффективные охлаждаемые конструкции лопаток для ГТД с температурой газа на входе в турбину ТГ>2000 К. Основная идея состоит в создании дополнительного контура охлаждения непосредственно в стенках лопатки – так называемая двустенная лопатка с инжекционным охлаждением. Существует множество схем инжекционного охлаждения, и практическая реализация каждой из них определяется лишь технологическими возможностями изготовления двустенных лопаток. Следует отметить, что во всех случаях используется комбинированное охлаждение, т. е. сочетание конвективно-пленочного с инжекционным охлаждением в стенках лопатки.  Рисунок 3.1 - Охлаждение лопаток проточной части ГТ и оценка его эффективности с помощью безразмерного параметра охлаждения а. - методы охлаждения лопаток газовых турбин; б. - зависимость интенсивности охлаждения от Анализ систем охлаждения показывает, что их применение охлаждения ведет не только к усложнению конструкции ГТД, но и требует дополнительных затрат энергии на их функционирование. Потери энергии определяются увеличением гидравлических сопротивлений (из-за увеличения радиусов кромок лопатки, увеличения относительного шага решетки, изменения структуры пограничного слоя и т. д.) и дополнительными затратами мощности на подготовку и прокачку охладителя. Очевидно, что использование того или иного способа охлаждения следует считать оправданным только в том случае, когда выигрыш за счет повышения температуры газа существенно перекрывает появляющиеся при этом энергетические затраты. |