Особенности расчета охлаждаемых лопаток турбин

Страницы работы

4 страницы (Word-файл)

Содержание работы

Лекция 14

14.1 Особенности расчета охлаждаемых лопаток турбин.

Количество используемого воздуха при охлаждении существенно влияет на параметры рабочего процесса в двигателе: , и. т. д.

Необходимое количество охладителя связанно с глубиной охлаждения лопаток. Данный параметр можно охарактеризовать величиной коэффициента эффективности охлаждения.

Коэффициент эффективности охлаждения:

, где

– расчетная температура для материала лопатки из прочностных соображений.

– температура отобранного воздуха за какой-либо ступенью компрессора.

– прирост температуры при перекачке воздуха из компрессора к турбине.

– для соплового аппарата, где

– коэффициент неравномерности учитывает неравномерность рабочего тела на выходе из компрессора.

– для рабочего колеса.

Рассмотрим характеристику различных способов охлаждения

Рис. 14.1.

Как видно из диаграммы после величины  эффективность охлаждения больше не увеличивается.

Рассмотрим распределение охлаждения при

Сопловой аппарат первой ступени:

Рабочее колесо первой ступени:

Сопловой аппарат второй ступени:

Рабочее колесо второй ступени:

Следует заметить, что определенное количество воздуха идет на охлаждение дисков.

Пути повышения эффективности охлаждения.

­- использование наиболее эффективной системы охлаждения, которая при заданном  требует для своей реализации меньшее количество воздуха.

- использовать воздух с более низкой температурой, что можно достигнуть путем охлаждения в теплообменнике.

- применение более жаропрочных материалов для лопаточных венцов и теплозащитных покрытий, что позволяет повышать .

Следует так же отметить, что расчет турбины с охлаждаемыми лопатками отличается от расчета неохлаждаемой турбины. Это отличие заключается в том, что количество рабочего тела в процессе расчета заранее неизвестно. Поэтому проводят расчет без учета охлаждения. Затем подбирают необходимое число воздуха для охлаждения и ступень считают отдельно с охлаждением (рис. 14.2).

Рис. 14.2

Так же отличие состоит в следующем:

 - для лопаток без охлаждения

- для лопаток с охлаждением

14.2. КПД охлаждаемых турбин и потери в проточной части.

Наличие охлаждения приводит к потерям:
- термодинамические (эти потери связаны с уменьшением полезной работы турбины при отводе некоторого количества тепла в процессе расширения);

- газодинамические (эти потери обусловлены особенностями лопаток турбин и смешением и вихреобразованием в потоке, где вводится прошедший через лопатки охладитель);

КПД охлаждаемой турбины ниже, чем неохлаждаемой.

14.3. Выбор параметров при проектировании многоступенчатой осевой турбины. Распределение работы между ступенями.

После определения количества ступеней, которое позволяет получить необходимую для реализации цикла работу, проводится распределение этой работы между ступенями.

А) Равномерное распределение КПД (Данный вариант является наиболее выгодным с точки зрения КПД, но имеет так же ряд недостатков);

Б) С целью уменьшения количества охлаждаемых венцов и соответственно расхода охлаждаемого воздуха используют срабатывание наиболее высокого теплоперепада на первых ступенях. Тогда за первыми ступенями наблюдается снижение температуры рабочего тела, дает возможность работать последним ступеням  без охлаждения. Срабатывание большого теплоперепада на 1 ступени требует большой кривизны, т.к. требуется совершить большой поворот потока в 1 ступени, что влияет на КПД.

В) Применение более высоких теплоперепадов на последних ступенях позволяет несколько увеличить КПД, однако при заданной окружной скорости на среднем радиусе величины работ ограничиваются тем, что .

Выбор распределения работы между ступенями, его оптимизация возможны после анализа турбины.

Так же следует заметить такую особенность:
При движении потока снижается его плотность и для сохранения расхода необходимо увеличивать либо скорости, либо площади проходных сечений. С одной стороны рост  ограничен, и увеличение площади поперечного сечения так же ограничено углами раскрытия. Так для первых ступеней , а для последних .

Что же касается степени реактивности, то ее стремятся сделать поменьше

, что позволяет обеспечить большие значения коэффициента  

.

В случае, когда

, тогда

Похожие материалы

Информация о работе