Расчет охлаждения рабочих лопаток газовых турбин

Рубрика: Основная |

В работе изложен метод расчета охлаждения рабочих лопаток газовых турбин, у которых каналы имеют радиальное направление. В основу метода было положено совместное решение в одномерной постановке уравнения импульсов для охлаждающих каналов и уравнения теплопроводности для стержня лопатки. При проведении практических расчетов предполагалось, что коэффициенты теплоотдачи к воздуху и коэффициенты сопротивления могут быть определены по эмпирическим зависимостям, соответствующим неподвижным каналам. Разработанная методика позволила рассчитывать распределение средней температуры по длине лопатки, расход охлаждающего воздуха, его подогрев и другие параметры, соответствующие заданным геометрическим размерам, заданному перепаду давления в системе охлаждения, начальной температуре воздуха условиям тепло-подвода со стороны газового потока и заданной частоте вращения. При проведении расчетов средние коэффициенты теплоотдачи от газа к профилю лопатки определялись по критериальной зависимости, которая была получена О. И. Голубевой в условиях неподвижных решеток профилей. Для учета влияния вращения указанные средние значения коэффициентов теплоотдачи были увеличены на 20%.

Экспериментальная проверка указанного метода расчета, проведенная на двух различных роторах турбины, показала, что наблюдается существенное несоответствие между измеренной н рассчитанной глубинами охлаждения. Так, например, при перепаде давлений между входом рг н выходом р2, равном рг/р2 = = 1,5, расчет для конкретной охлаждаемой лопатки дает среднему сечению, равную 0,33 при относительном расходе воздуха 2,7%, в то время как фактически измеренная глубина охлаждения составляет только 0,23. Аналогичное несоответствие наблюдается также между результатами испытаний рабочих лопаток в неподвижных решетках и на роторе турбины, причем сопоставление расчета с результатами испытаний в неподвижных решетках дает удовлетворительное совпадение.

Одна нз возможных причин ухудшения охлаждения рабочих лопаток, имеющих радиальные каналы, — возрастание гидравлического сопротивления, которое могло быть вызвано полем массовых сил.

Факт увеличения гидравлического сопротивления во вращающихся радиальных каналах в технической литературе отмечался неоднократно. В частности, в работе было показано, что увеличение гидравлического сопротивления происходит только в направлении течения от центра к периферии и что наблюдаемое интенсивное увеличение сопротивления не может быть в полной мере объяснено только перекосом потока, вызванным вращением или отрывом. В этой связи представляет большой практический интерес изучение сущности явлений, происходящих при течении охладителя в радиальных каналах.

Известно, что течение во вращающемся радиальном канале происходит в условиях силового поля, обусловленного центростремительным н кориолисовым ускорениями, и сопровождается образованием системы вихрей. Картина усложняется еще в большей мере в случае неизотермического течения. В этих условиях на гидравлическое сопротивление и теплообмен начинает оказывать влияние разность плотностей теплоносителя по сечению канала. На рабочих лопатках современных газовых турбин центростремительное ускорение достигает порядка 8-104. В охлаждаемых лопатках, имеющих радиальные каналы, при течении воздуха от корня к периферии разность плотностей по сечению приводит к возникновению конвективных токов, которые противодействуют течению охладителя. Как было показано в работе, при смешанной конвекции, когда тепловая конвекция действует против вынужденной (т. е. возникает так называемая разнонаправленная Конвекция), происходит интенсификация теплообмена, которая сопровождается увеличением гидравлического сопротивления. В схематичном виде появление конвективных токов, обусловленных разностью плотностей по сечению канала.

Статья предоставлена сайтом metall-work.ru

Вы должны войти, чтобы оставить комментарий Войти